数字电子技术及应用_半导体存储器和可编程逻辑器件.pptx
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
器件。从那时以来，它大体经历了PROM、PLA、PAL、 GAL、EPLD、FPGA和CPLD等发展过程。其中PROM、 PLA、PAL和GAL通常称为简单可编程逻辑器件（Simple
PLD ，SPLD）或低密度可编程逻辑器件（Low Density
PLD ，LDPLD），而EPLD、FPGA和CPLD则被称为高密度
图 7.2.9 2n×m ROM 逻辑符号
实际上，ROM的地址译码器就是由大量“与”门组成的，称 为“与”阵列；而存储矩阵则由大量“或”门组成，称为 “或”阵列。
图 7.2.10 ROM 的逻辑框图
图中，“与”阵列包含2n个n端输入“与门”，产生2n个输出， 每个输出代表一个包含n变量A0～An-1的最小项。“或”阵列 包含的“或”门个数就是ROM的输出端数，即存储字的位数m， 每个“或”门输出端得到的是若干个最小项之和。 任何逻辑函数写成最小项表达式后都是若干个最小项之和， 所以利用上述ROM结构，可以实现任意包含n变量的逻辑函 数。由此可见，ROM不仅可作为只读存储器使用，也可用 于实现任意组合逻辑函数。
2.集成ROM芯片
举例： Intel2716EPROM （24脚双列直插式LSIC芯片 ）
(a)结构框图
(b)引脚排列图
图 7.2.12 2716 的结构框图和引脚排列图
工作方式：1．读出方式；2．功率下降；3．编程方式； 4．编程禁止方式；5．编程检验方式。
7.2.3 半导体存储器的应用
1．存储器容量的扩展
（1）字长（位数）扩展 指存储器字数不变，只增加存储器的位数 接法：将各片存储器的地址线、读/写信号线、片选信号线对应地
根据存储内容写入方式的不同 ，可分为
固定ROM ，也称掩膜ROM 特点：出厂时已固定，不能更改
允许用户根据需要自己写入， 可编程ROM（PROM）但只能写入一次，一经写入便
不能再改写 可擦除可编程ROM：有光擦除（EPROM）和电 擦除（E2PROM）两种。
存储内容写入后，可用紫外线照射方法或电 擦除方法擦除，然后允许再写入新的内容， 不过这种改写操作较复杂且费时，所以正常 工作时仍只进行读出操作。
4×4位MOS场效应管ROM
图 7.2.11 MOS 管构成的存储矩阵
ROM电路中每个位单元所存储 的数据，是以该单元是否设置 MOS场效应管（也可以是二极 管或双极型三极管）来表示的， 设置了管子表示存入“1”，未 设置管子表示存入“0”（当然 也可以相反）。
ROM的分类
按或阵列所用器件类型不同，有二极管ROM、双极型三 极管ROM和MOS场效应管ROM之分。
通用型器件和SSIC、MSIC一样，是已经定型生产的标准化、 系列化产品。 优点：集成度高、功能强、功耗小、价格便宜、 适用面广； 缺点是逻辑功能固定 ，开发研制费用较高 。
专用集成电路（Application-Specific Integration Circuits， ASIC）是为某类专门设备或某种专门用途，由工厂根据用户 的电路设计图专门定制的具有特定功能的集成块，只能用于一 种或几种专用设备和系统中。这类芯片比通用型芯片更有利于 缩小系统体积，减少信号连线，提高电路可靠性，且利于电路 保密。缺点是设计、生产成本高，研制周期长，所以除大批量 生产外一般很少采用。
图 7.2.6 双译码结构地址译码器
2. 集成RAM芯片
RAM芯片举例
6264
(a)结构框图
(b)引脚排列图
图 7.2.7 6264 SRAM 的结构框图和引脚排列图
MCM6264是CMOS静态RAM。
存储容量：213×8=8K×8（位）
7.2.2 只读存储器
1．ROM的基本结构 存储容量：2n×m（位）
可编程逻辑器件（High Density PLD ，HDPLD）。
7.2 半导体存储器
能存储大量二值信息的器件
存储容量
性能指标
存储时间
存储器的容量：存储器的容量=字数（m）×ห้องสมุดไป่ตู้数（n）
例：
210×8
分类
只读存储器（Read-Only Memory，ROM） 随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）
数字电子技术及应用
第7章 半导体存储器和可编程逻辑器件
7.1
概述
7.2
半导体存储器
7.3
可编程逻辑器件
7.1 概述
半导体存储器和可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，PLD）都属于大规模集成电路（LSIC）或 超大规模集成电路(VLSIC)。LSIC/VLSIC从应用角度可分 为通用型、专用型、半定制专用型和用户可编程型四类。
半定制专用型芯片（Semi-Custom Application-Specific Integration Circuits，SCASIC）是介于通用型和专用型之 间的一种LSIC／VLSIC。较典型的有门阵列（Gate Array， GA）和标准单元（Standard Cell，SC）两种。这种芯片的 研制工作通常是在用户和厂家的密切协作下完成的 。
用户可编程型电路，是一种可由用户自己定义或改写功能的 逻辑器件，称为可编程逻辑器件（PLD）。利用PLD进行逻 辑设计，不仅设计灵活方便，而且具有较理想的性价比，较 高的性能指标，较低的风险和较短的设计周期，特别适于需 要反复调试、修改的研制性设计。
PLD是20世纪70年代发展起来的一种新型LSIC／VLSIC逻辑
7.2.1 随机存取存储器（RAM）
1．RAM的基本结构
图 7.2.1 RAM 的基本结构图
（1）存储矩阵
图 7.2.2 1024×4RAM 存储矩阵
存储单元有静态存储单元和动态存储单元两种。
① 静态随机存储器(SRAM)的存储单元
图 7.2.3 六管 NMOS 静态存储单元
② 动态随机存储器(DRAM)的存储单元
RAM的动态存储单元是利用MOS管栅极电容可以存储电 荷的原理制成的。
图 7.2.5 动态随机存储单元
（2）地址译码器
地址译码器就是用于实现对RAM芯片中字单元的选择， 即地址选择。
由于RAM芯片的存储容量一般都很大，所以地址译码器 多采用双译码结构，即将输入地址分为两部分，分别由行译 码器和列译码器进行译码。
PLD ，SPLD）或低密度可编程逻辑器件（Low Density
PLD ，LDPLD），而EPLD、FPGA和CPLD则被称为高密度
图 7.2.9 2n×m ROM 逻辑符号
实际上，ROM的地址译码器就是由大量“与”门组成的，称 为“与”阵列；而存储矩阵则由大量“或”门组成，称为 “或”阵列。
图 7.2.10 ROM 的逻辑框图
图中，“与”阵列包含2n个n端输入“与门”，产生2n个输出， 每个输出代表一个包含n变量A0～An-1的最小项。“或”阵列 包含的“或”门个数就是ROM的输出端数，即存储字的位数m， 每个“或”门输出端得到的是若干个最小项之和。 任何逻辑函数写成最小项表达式后都是若干个最小项之和， 所以利用上述ROM结构，可以实现任意包含n变量的逻辑函 数。由此可见，ROM不仅可作为只读存储器使用，也可用 于实现任意组合逻辑函数。
2.集成ROM芯片
举例： Intel2716EPROM （24脚双列直插式LSIC芯片 ）
(a)结构框图
(b)引脚排列图
图 7.2.12 2716 的结构框图和引脚排列图
工作方式：1．读出方式；2．功率下降；3．编程方式； 4．编程禁止方式；5．编程检验方式。
7.2.3 半导体存储器的应用
1．存储器容量的扩展
（1）字长（位数）扩展 指存储器字数不变，只增加存储器的位数 接法：将各片存储器的地址线、读/写信号线、片选信号线对应地
根据存储内容写入方式的不同 ，可分为
固定ROM ，也称掩膜ROM 特点：出厂时已固定，不能更改
允许用户根据需要自己写入， 可编程ROM（PROM）但只能写入一次，一经写入便
不能再改写 可擦除可编程ROM：有光擦除（EPROM）和电 擦除（E2PROM）两种。
存储内容写入后，可用紫外线照射方法或电 擦除方法擦除，然后允许再写入新的内容， 不过这种改写操作较复杂且费时，所以正常 工作时仍只进行读出操作。
4×4位MOS场效应管ROM
图 7.2.11 MOS 管构成的存储矩阵
ROM电路中每个位单元所存储 的数据，是以该单元是否设置 MOS场效应管（也可以是二极 管或双极型三极管）来表示的， 设置了管子表示存入“1”，未 设置管子表示存入“0”（当然 也可以相反）。
ROM的分类
按或阵列所用器件类型不同，有二极管ROM、双极型三 极管ROM和MOS场效应管ROM之分。
通用型器件和SSIC、MSIC一样，是已经定型生产的标准化、 系列化产品。 优点：集成度高、功能强、功耗小、价格便宜、 适用面广； 缺点是逻辑功能固定 ，开发研制费用较高 。
专用集成电路（Application-Specific Integration Circuits， ASIC）是为某类专门设备或某种专门用途，由工厂根据用户 的电路设计图专门定制的具有特定功能的集成块，只能用于一 种或几种专用设备和系统中。这类芯片比通用型芯片更有利于 缩小系统体积，减少信号连线，提高电路可靠性，且利于电路 保密。缺点是设计、生产成本高，研制周期长，所以除大批量 生产外一般很少采用。
图 7.2.6 双译码结构地址译码器
2. 集成RAM芯片
RAM芯片举例
6264
(a)结构框图
(b)引脚排列图
图 7.2.7 6264 SRAM 的结构框图和引脚排列图
MCM6264是CMOS静态RAM。
存储容量：213×8=8K×8（位）
7.2.2 只读存储器
1．ROM的基本结构 存储容量：2n×m（位）
可编程逻辑器件（High Density PLD ，HDPLD）。
7.2 半导体存储器
能存储大量二值信息的器件
存储容量
性能指标
存储时间
存储器的容量：存储器的容量=字数（m）×ห้องสมุดไป่ตู้数（n）
例：
210×8
分类
只读存储器（Read-Only Memory，ROM） 随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）
数字电子技术及应用
第7章 半导体存储器和可编程逻辑器件
7.1
概述
7.2
半导体存储器
7.3
可编程逻辑器件
7.1 概述
半导体存储器和可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，PLD）都属于大规模集成电路（LSIC）或 超大规模集成电路(VLSIC)。LSIC/VLSIC从应用角度可分 为通用型、专用型、半定制专用型和用户可编程型四类。
半定制专用型芯片（Semi-Custom Application-Specific Integration Circuits，SCASIC）是介于通用型和专用型之 间的一种LSIC／VLSIC。较典型的有门阵列（Gate Array， GA）和标准单元（Standard Cell，SC）两种。这种芯片的 研制工作通常是在用户和厂家的密切协作下完成的 。
用户可编程型电路，是一种可由用户自己定义或改写功能的 逻辑器件，称为可编程逻辑器件（PLD）。利用PLD进行逻 辑设计，不仅设计灵活方便，而且具有较理想的性价比，较 高的性能指标，较低的风险和较短的设计周期，特别适于需 要反复调试、修改的研制性设计。
PLD是20世纪70年代发展起来的一种新型LSIC／VLSIC逻辑
7.2.1 随机存取存储器（RAM）
1．RAM的基本结构
图 7.2.1 RAM 的基本结构图
（1）存储矩阵
图 7.2.2 1024×4RAM 存储矩阵
存储单元有静态存储单元和动态存储单元两种。
① 静态随机存储器(SRAM)的存储单元
图 7.2.3 六管 NMOS 静态存储单元
② 动态随机存储器(DRAM)的存储单元
RAM的动态存储单元是利用MOS管栅极电容可以存储电 荷的原理制成的。
图 7.2.5 动态随机存储单元
（2）地址译码器
地址译码器就是用于实现对RAM芯片中字单元的选择， 即地址选择。
由于RAM芯片的存储容量一般都很大，所以地址译码器 多采用双译码结构，即将输入地址分为两部分，分别由行译 码器和列译码器进行译码。