Лекция 17. Узлы постоянной памяти

17.1. Постоянные запоминающие устройства

Близкую к ПЛМ структуру имеют постоянные запоминающие устройства. Они служат для создания модулей памяти микроЭВМ и УЧПУ, в которых средствами самой использующей эту память ЭВМ изменить записанную информацию невозможно, и предназначены для хранения констант и программ. Запоминающие элементы в них объединяются в двухкоординатную матрицу, образованную пересечением совокупности входных (адресов) и выходных (данных) информационных шин. В местах пересечений шин могут быть включены диоды, биполярные транзисторы и МОП-транзисторы. Наибольшее распространение получили ПЗУ на МОП-транзисторах ввиду технологической простоты и связанной с этим возможностью получения высокой степени интеграции, а также малой потребляемой мощности. Преимуществом ПЗУ, выполненных на биполярных транзисторах, по сравнению с ПЗУ на МОП-транзисторах является более высокое быстродействие.

Серийно выпускаются следующие подтипы постоянных ЗУ: ПЗУ (ROM) – ЗУ с данными, занесенными в процессе изготовления ИМС, ППЗУ (PROM) – ЗУ, программируемые потребителем (однократно), РПЗУ (EPROM) – репрограммируемые (многократно) в процессе эксплуатации (см. http://parallel.ru/FPGA/glossary.html).

В ПЗУ запись информации производится изготовителем с помощью сменного заказного фотошаблона (маски).

Постоянные запоминающие устройства, допускающие однократное программирование у заказчика (программируемая память со считыванием) – это микросхемы, в которых состояние ячеек можно задать уже после изготовления устройства (создав либо разрушив перемычки).

Накопитель ППЗУ представляет собой матрицу на биполярных или канальных транзисторах с программируемыми перемычками, включенными последовательно с эмиттерами транзисторов, то есть функциональная схема БИС ППЗУ аналогична схеме масочного ПЗУ.

Постоянные запоминающие устройства, допускающие многократное репрограммирование и сохраняющие информацию при отключении питания (стираемая программируемая память только со считыванием) – это микросхемы, использующие элементы коммутации, которые можно устанавливать в одно (скажем, замкнутое) состояние избирательно, а в другое – коллективно. Программирование таких ПЗУ состоит в предварительной коллективной установке всех перемычек в одно состояние, что равносильно стиранию ранее записанной информации, и последующей поочередной установке нужных перемычек в другое состояние. Большинство БИС репрограммируемых ПЗУ имеют один принцип организации – это наличие матричного накопителя с двумя дешифраторами и вспомогательных схем управления. Существует два подтипа РПЗУ: с электрическим стиранием (ЭРПЗУ, EEPROM, E²PROM) и со стиранием ультрафиолетом (РПЗУ-УФ, UVPROM). Электрически репрограммируемые ПЗУ характеризуются сочетанием положительных качеств ПЗУ – энергонезависимым хранением информации и высокой удельной плотностью ее записи – с возможностью многократной смены информации, как в ОЗУ. В настоящее время БИС ЭРПЗУ развиваются по двум направлениям. Первое направление, наиболее раннее, заключается в том, что электрически программируемые ПЗУ изготавливаются как обычная МОП-матрица, но между металлическим затвором и слоем изолирующей окиси осаждается тонкий слой нитрида кремния. Этот слой имеет свойство сохранять электрический заряд после подачи на затвор транзистора программирующего импульса. Технология изготовления МОП-приборов со слоем нитрида кремния получила название МНОП-технологии. Практически до 1980 года МНОП ЗУ изготавливались по р-канальной технологии с Al-затвором, что ограничивало быстродействие этих БИС в режиме считывания в микросекундном диапазоне. Второе направление развития электрически программируемых ПЗУ заключается в использовании элементов памяти на основе двухзатворной модификации лавинно-инжекционной МОП-структуры с плавающим затвором (ЛИПЗ/МОП), где запоминающие транзисторы имеют два затвора – управляющий и плавающий (последний не имеет внешнего вывода). Микросхемы, построенные на основе ЛИЗ/МОП-структур, имеют меньшее время выработки, чем МНОП-приборы. Но в последнее время разработана технология, позволяющая реализовать устройство на основе быстродействующих МНОП-приборов по n-канальной технологии с поликремниевыми затворами, при этом гарантируется хранение информации до 10 лет. Микросхемы со стиранием ультрафиолетом представляют собой РПЗУ на основе лавинно-инжекционных МОП-транзисторов с плавающим затвором, в которых запись информации осуществляется электрическим способом, а для стирания информации требуется облучение источником ультрафиолетового излучения. Из-за сложности перепрограммирования их использование сокращается.

Кодируются соответствующие отечественные микросхемы буквами РЕ – для ПЗУ, РТ – для ППЗУ и ПЛМ, РФ – для РПЗУ с УФ-стиранием, РР – для РПЗУ с электрическим стиранием.