王永军全套配套课件数字逻辑与数字系统设计 第5章 半导体存储器和可编程逻辑器件.ppt

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1、第5章半导体存储器和可编程逻辑器件本章主要内容:5.1半导体存储器分类5.2只读存储器ROM5.3随机存储器(RAM)5.4存储器扩展及应用5.5可编程逻辑器件基础5.6通用阵列逻辑GAL5.7复杂可编程逻辑器件CPLD5.8现场可编程门逻辑阵列FPGA5.1半导体存储器分类半导体存储器的存取方式可分为两类一类是只读存储器ROM(ReadOnlyMemory)一类是随机存取存储器RAM(RandomAccessMemory)只读存储器ROM按照编程方式又可划分为固定ROM可编程PROM(ProgrammableROM)可擦除且可编程的EPROM(ErasablePROM)电可擦除且

2、可编程的E2PROM(ElectricallyEPROM)快闪存储器FEPROM(Flashmemory)随机存取存储器RAM分为静态随机存储器SRAM(StaticRAM)动态随机存储器DRAM(DynamicRAM)5.2只读存储器ROM5.2.1固定ROM固定ROM所存储的数据是在ROM芯片制造过程中固化到芯片内部的,芯片出厂后,用户只能读出ROM芯片的数据,不能对其内容进行改写。这种固定ROM具有结构简单、价格低廉和可靠性高的特点,被广泛应用于大批量生产的设备中。固定ROM的内部电路一般都包含地址译码矩阵,存储单元矩阵和输出缓冲器三个组成部分。图5-1二极管只读ROM的电路

3、地址数据A1A0D3D2D1D0000101011011100100111110表5-1图5-1ROM中的数据表只读ROM中除用二极管实现存储单元外,也可以用双极型三极管和场效应MOS管作为存储单元。图5-2存储矩阵的原理图(a)MOS管表示形式(b)或阵列表示形式(a)(b)【例5-1】试用ROM实现下列函数,并画出其ROM阵列图:解:(1)写出各函数的标准与或表达式按A、B、C、D顺序排列变量,并将Y1、Y2扩展成为四变量逻辑函数。(2)选ROM,画存储矩阵阵列图选用16×4位ROM,存储矩阵阵列图如图5-3所示。图5-3例5-1ROM存储矩阵阵列图5.2.2可编程只读存储器(

4、PROM)图5-4熔丝型PROM存储单元的原理图可编程只读存储器由一只三极管和串在发射极的快速熔断丝组成。三极管的be结相当于接在字线与位线之间的二极管。熔丝用很细的低熔点合金丝或多晶硅导线制成。在写入数据时只要设法将需要存入0的存储单元上的熔丝烧断就行了。图5-4是熔丝型PROM一个存储单元的原理图。图5-516×8位PROM的结构原理图5.2.3可擦除可编程只读存储器(EPROM)可擦除可编程只读存储器PROM又可分为EPROM和E2PROM。其中EPROM(ErasablePROM)是采用紫外线照射的办法来擦除EPROM中的数据,使EPROM内部恢复到全“1”状态,然后通过专

5、用的编程器对EPROM进行重新编程。这一类PROM通常被称为光可擦除式PROM(Ultra-VioletErasablePROM,简称UVEPROM)。E2PROM是采用电擦除的方式来擦除E2PROM中的数据,然后对其进行重新编程。1.光可擦除可编程存储器EPROM图5-6SIMOS管的结构原理图和符号图5-7具有石英窗的EPROM芯片图2.电擦除可编程存储器E2PROM图5-8浮栅隧道氧化层MOS管的原理图和符号图5-9E2PROM的存储单元5.2.4快闪存储器(FlashMemory)快闪存储器FlashMemory是近年来被广泛应用的一种新型存储器,其主要特点是在不加电的情况

6、下也能长期保持存储的信息。FlashMemory归属于EEPROM(电擦除可编程只读存储器)类型。它既有ROM的特点,又有高速的存取性能、擦除和改写方便和功耗很低的特点。图5-10快闪存储器采用的叠栅MOS管的原理示意图5.3随机存储器(RAM)5.3.1静态随机存储器(SRAM)1.SRAM的结构和工作原理SRAM由存储矩阵、地址译码器和读/写控制电路三部分电路组成,其结构框图如图5-11所示。图5-11SRAM的结构框图2.SRAM的存储单元图5-12六只N沟道增强型MOS管组成的静态存储单元SRAM的存储矩阵是由大量的存储单元组成的。这些存储单元是由静态触发器和门控管组成的。

7、因此,它是靠触发器的存储数据的。图5-13常用的几种静态RAM的逻辑引脚图(a)1K×4的静态RAM(b)2K×8的静态RAM(c)8K×8的静态RAM5.3.2动态随机存储器(DRAM)1.DRAM的存储单元和工作原理图5-14是单管DRAM存储单元的结构原理图。图5-14中的CS和CB是两个容量很小的电容,是存储电荷的载体,图中的MOS管起着开关的作用。在执行写操作时,字线为高电平使MOS管导通,位线上的数据经过MOS管以电荷的形式存入CS中。在执行读操作时,字线

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