只读存储器(ROM).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第6章 半导体存储器,6.3 只读存储器(ROM),6.3.1,掩膜式只读存储器,(MROM),MROM的内容是由生产厂家按用户要求在芯片的生产过程中写入的，写入后不能修改。MROM采用二次光刻掩膜工艺制成，首先要制作一个掩膜板，然后通过掩膜板曝光，在硅片上刻出图形。制作掩膜板工艺较复杂，生产周期长，因此生产第一片MROM的费用很大，而复制同样的ROM就很便宜了，所以适合于大批量生产，不适用于科学研究。MROM有双极型、MOS型等几种电路形式。,图6.12是一个简单的4,4位MOS管ROM，采用单译码结构，两位地址线A,1,、A,0,译码后可有四种状态，输出4条选择线，分别选中4个单元，每个单元有4位输出。在此矩阵中，行和列的交点处有的连有管子，表示存储“0”信息；有的没有管子，表示存储“1”信息。若地址线A,1,A,0,00，则选中0号单元，即字线0为高电平，若有管子与其相连(如位线2和0)，其相应的MOS管导通，位线输出为0，而位线1和3没有管子与字线相连，则输出为1。因此，单元0输出为1010。对于图中矩阵，各单元内容如表6.1所示。,图6.12 掩膜式ROM示意图,表6.1 掩膜式ROM的内容,单元,D,3,D,2,D,1,D,0,0,1,0,1,0,1,1,1,0,1,2,0,1,0,1,3,0,1,1,0,位,6.3.2,可编程只读存储器,(PROM),可编程只读存储器出厂时各单元内容全为0，用户可用专门的PROM写入器将信息写入，这种写入是破坏性的，即某个存储位一旦写入1，就不能再变为0，因此对这种存储器只能进行一次编程。根据写入原理PROM可分为两类：,结破坏型和熔丝型,。图6.13是熔丝型PROM的一个存储元示意图。,图6.13 PROM存储电路示意图,基本存储电路由1个三极管和1根熔丝组成，可存储一位信息。出厂时，每一根熔丝都与位线相连，存储的都是“0”信息。如果用户在使用前根据程序的需要，利用编程写入器对选中的基本存储电路通以20,50 mA的电流，将熔丝烧断，则该存储元将存储信息“1”。由于熔丝烧断后无法再接通，因而PROM只能一次编程。编程后不能再修改。,6.3.3,可擦除、可再编程的只读存储器,PROM虽然可供用户进行一次编程，但仍有局限性。为了便于研究工作，实验各种ROM程序方案，可擦除、可再编程ROM在实际中得到了广泛应用。这种存储器利用编程器写入信息，此后便可作为只读存储器来使用。,目前，根据擦除芯片内已有信息的方法不同，可擦除、可再编程ROM可分为两种类型：紫外线擦除PROM(简称EPROM)和电擦除PROM(简称EEPROM或E,2,PROM)。,1,EPROM,和,E,2,PROM,简介,初期的EPROM元件用的是浮栅雪崩注入MOS，记为FAMOS。它的集成度低，用户使用不方便，速度慢，因此很快被性能和结构更好的叠栅注入MOS即SIMOS取代。,SIMOS管结构如图6.14(a)所示。它属于NMOS，与普通NMOS不同的是有两个栅极，一个是控制栅CG，另一个是浮栅FG。FG在CG的下面，被SiO,2,所包围，与四周绝缘。单个SIMOS管构成一个EPROM存储元件，如图6.14(b)所示。,与CG连接的线W称为字线，读出和编程时作选址用。漏极与位线D相连接，读出或编程时输出、输入信息。源极接V,SS,(接地)。当FG上没有电子驻留时，CG开启电压为正常值Vcc，若W线上加高电平，源、漏间也加高电平，SIMOS形成沟道并导通，称此状态为“1”。当FG上有电子驻留，CG开启电压升高超过Vcc，这时若W线加高电平，源、漏间仍加高电平，SIMOS不导通，称此状态为“0”。人们就是利用SIMOS管FG上有无电子驻留来存储信息的。因FG上电子被绝缘材料包围，不获得足够能量很难跑掉，所以可以长期保存信息，即使断电也不丢失。,图6.14 SIMOS型EPROM,(a)SIMOS管结构；(b)SIMOS EPROM元件电路,SIMOS EPROM芯片出厂时FG上是没有电子的，即都是“1”信息。对它编程，就是在CG和漏极都加高电压，向某些元件的FG注入一定数量的电子，把它们写为“0”。EPROM封装方法与一般集成电路不同，需要有一个能通过紫外线的石英窗口。擦除时，将芯片放入擦除器的小盒中，用紫外灯照射约20分钟，若读出各单元内容均为FFH，说明原信息已被全部擦除，恢复到出厂状态。写好信息的EPROM为了防止因光线长期照射而引起的信息破坏，常用遮光胶纸贴于石英窗口上。,EPROM的擦除是对整个芯片进行的，不能只擦除个别单元或个别位，,擦除时间较长，且擦写均需离线操作，使用起来不方便，因此，能够在线擦写的E,2,PROM芯片近年来得到广泛应用。,E,2,PROM是一种采用金属氮氧化硅(MNOS)工艺生产的可擦除可再编程的只读存储器。擦除时只需加高压对指定单元产生电流，形成“电子隧道”，将该单元信息擦除，其他未通电流的单元内容保持不变。,E,2,PROM具有对单个存储单元在线擦除与编程的能力,，而且芯片封装简单，对硬件线路没有特殊要求，操作简便，信息存储时间长，因此，E,2,PROM给需要经常修改程序和参数的应用领域带来了极大的方便。但与EPROM相比，E,2,PROM具有集成度低、存取速度较慢、完成程序在线改写需要较复杂的设备等缺点。,2,Intel 2716 EPROM,芯片,EPROM芯片有多种型号，常用的有2716(2K,8)、2732(4K,8)、2764(8K,8)、27128(16K,8)、27256(32K,8)等。,1)2716的内部结构和外部引脚,2716 EPROM芯片采用NMOS工艺制造，双列直插式24引脚封装。其引脚、逻辑符号及内部结构如图6.15所示。,A,0,A,10,：11条地址输入线。其中7条用于行译码，4条用于列译码。,O,0,O,7,：8位数据线。编程写入时是输入线，正常读出时是输出线。,CS：片选信号。当CS0时，允许2716读出。,PD/PGM,：待机,/,编程控制信号，输入。,V,PP,：编程电源。在编程写入时，,V,PP,+25 V,；正常读出时，,V,PP,+5 V,。,V,CC,：工作电源，为,+5 V,。,图6.15 Intel 2716的引脚、逻辑符号及内部结构,(a)引脚；(b)逻辑符号；(c)内部结构,2)2716的工作方式,表6.2 2716的工作方式,引脚,方式,PD/PGM,数据总线状态,读出,0,0,+5,输出,未选中,1,+5,高阻,待机,1,+5,高阻,编程输入,宽52 ms的正脉冲,1,+25,输入,校验编程内容,0,0,+25,输出,禁止编程,0,1,+25,高阻,V,PP,/V,(1)读出方式：当CS0时，此方式可以将选中存储单元的内容读出。,(2)未选中：当CSl时，不论PD/PGM的状态如何，2716均未被选中，数据线呈高阻态。,(3)待机(备用)方式：当PD/PGM1时，2716处于待机方式。这种方式和未选中方式类似，但其功耗由525 mW下降到132 mW，下降了75%，所以又称为功率下降方式。这时数据线呈高阻态。,(4)编程方式：当V,PP,+25 V，CSl，并在PD/PGM端加上52 ms宽的正脉冲时，可以将数据线上的信息写入指定的地址单元。数据线为输入状态。,(5)校验编程内容方式：此方式与读出方式基本相同，只是V,PP,+25V。在编程后，可将2716中的信息读出，与写入的内容进行比较，以验证写入内容是否正确。数据线为输出状态。,(6)禁止编程方式：此方式禁止将数据总线上的信息写入2716。,表6.3 常用的EPROM芯片,型号,容量结构,最大读出时间/ns,制造工艺,需用电源/V,管脚数,2708,1K8bit,350450,NMOS,5,，+12,24,2716,2K8bit,300450,NMOS,+5,24,2732A,4K8bit,200450,NMOS,+5,24,2764,8 K8bit,200450,HMOS,+5,28,27128,16K8bit,250450,HMOS,+5,28,27256,32K8bit,200450,HMOS,+5,28,27512,64K8bit,250450,HMOS,+5,28,27513,464K8 bit,250450,HMOS,+5,28,3.Intel 2816 E,2,PROM,芯片,Intel 2816是2K,8位的E,2,PROM芯片，有24条引脚，单一+5 V电源。其引脚配置见图6.16。,图6.16 Intel 2816的引脚,表6.4 2816的工作方式,引脚,方式,CE,OE,V,PP,/V,数据线状态,读出,0,0,+4,+6,输出,待机(备用),1,+4,+6,高阻,字节擦除,0,1,+21,输入为全1,字节写入,0,1,+21,输入,整片擦除,0,+9,+15 V,+21,输入为全1,擦写禁止,1,+4,+22,高阻,(1),读出方式。当,CE=0,，,OE=0,，并且,V,PP,端加,+4,+6 V,电压时，,2816,处于正常的读工作方式，此时数据线为输出状态。,(2),待机,(,备用,),方式。当,CE=1,，,OE,为任意状态，且,V,PP,端加,+4,+6 V,电压时，,2816,处于待机状态。与,2716,芯片一样，待机状态下芯片的功耗将下降。,(3),字节擦除方式。当,CE=0,，,OE=1,，数据线,(I/O,0,I/O,7,),都加高电平且,V,PP,加幅度为+2l V、宽度为915 ms的脉冲时，2816处于以字节为单位的擦除方式。,(4),整片擦除方式。当,CE=0,，数据线,(I/O,0,I/O,7,),都为高电平，,OE,端加,+9,+15 V,电压及,V,PP,加,21 V,、,9,15 ms,的脉冲时，约经,10 ms,可擦除整片的内容。,(5),字节写入方式。当,CE=0,，,OE=1,，,V,PP,加幅度为,+2l V,、宽度为,9,15 ms,的脉冲时，来自数据线,(I/O,0,I/O,7,),的数据字节可写入,2816,的存储单元中。可见，字节写入和字节擦除方式实际是同一种操作，只是在字节擦除方式中，写入的信息为全“,1,”而已。,(6)禁止方式。当CE=1，V,PP,为+4+22 V时，不管OE是高电平还是低电平，2816都将进入禁止状态，其数据线(I/O,0,I/O,7,)呈高阻态，内部存储单元与外界隔离。,表6.5 常用的E,2,PROM芯片,型号,参数,2816,2816A,2817,2817A,2864A,取数时间/ns,250,200,250,250,200,250,250,读电压V,PP,/V,5,5,5,5,5,写/擦电压V,PP,/V,21,5,21,5,5,字节擦写时间/ms,10,915,10,10,10,写入时间/ms,10,915,10,10,10,封装,DIP24,DIP24,DIP28,DIP28,DIP28,