вход Вход Регистрация



Запоминающие устройства на МОП-транзисторах могут быть выполнены как на статических, так и на динамических ЗЭ. Статические ЗЭ основаны на статическом триггере, состоящем из двух МОП-транзисторов VT1, VT2 (рис.8.3а). Нагрузочные сопротивления формируются на двух транзисторах VT3, VT4, работающих в режиме динамической нагрузки. Транзисторы VT5, VT6 используются в качестве вентилей для обращения к триггеру по адресной шине Хi, а VT7, VT8 – по адресной шине Yi. В режиме хранения на адресные шины Хi и Yi подается потенциал ~ 0, а на разрядные шины РШО и РШI – положительный потенциал, близкий к Un, при этом транзисторы VT5, VT6, VT7, VT8 – заперты, изолируя тем самым триггер от разрядных шин. В режиме записи на адресные шины Хi, Yi подается положительный потенциал и потенциал ~ 0 в соответствующую разрядную шину РШО или РШI, при этом на выходах триггера устанавливаются требуемые уровни. При считывании в результате подачи импульса >Un на адресные шины транзисторы VT6 и VT8 открываются, и измеряется ток, протекающий через открытую половину триггера (рис.8.3,б).

Рис.8.3. Статический ЗЭ на МОП-транзисторах: а – схема;

б – диаграмма его работы; в – триггерный усилитель считывания

В качестве усилителя считывания обычно используется дифференциальный каскад триггерного типа (рис.8.3,в), который обладает высокой чувствительностью. Усилитель считывания связан непосредственно с ЗЭ. В режиме хранения (тактовый сигнал ТС=0) транзисторы VT1, VT3 закрыты, а потенциалы шин РШО, РШI установлены в нуль дополнительными схемами, не показанными на рис.8.3,в. В режиме считывания на обе разрядные РШО, РШI подается сигнал считывания от выбранного ЗЭ. Сигнал ТС=1 открывает VT1, VT3, и паразитне емкости Сп1, Сп2 заряжаются от источника Еп через VT1, VT3 и транзисторы ЗЭ. В зависимости от хранимой в ЗЭ информации на разрядных шинах РШО, РШI устанавливается разбаланс напряжений, и по достижении порога срабатывания триггера на РШI, РШО установятся логические уровни в соответствии с кодом хранимой информации.

Существенное снижение потребляемой мощности и увеличение быстродействия статических ЗЭ можно достичь за счет применения КМОП-транзисторов (рис.8.4,а). здесь один из транзисторов в последовательной паре всегда открыт, а второй – всегда закрыт, поэтому потребляемая мощность мала и определяется в статическом режиме лишь величиной токов утечки. Быстродействие ЗЭ на КМОП-транзисторах значительно выше, чем на одноканальных МОП-транзисторах. Это обусловлено тем, что перезаряд нагрузочных емкостей происходит через малое сопротивление открытого транзистора противоположного типа проводимости в отличие от большого нелинейного сопротивления нагрузочного МОП-транзистора того же типа проводимости, что и активный прибор.

Рис.8.4. Схема ЗЭ: а – статического на КМОП-транзисторах;

б – динамического на МОП-транзисторах

Динамические ЗЭ. В основу работы динамических ЗЭ положен принцип накопления и восстановления заряда на затворе МОП-транзистора. Основа динамического ЗЭ – конденсатор, накапливающий заряд (примем, что отсутствие заряда на конденсаторе означает состояние «0», а наличие – состояние «1»). Поскольку конденсаторам свойственна утечка, то накопленный заряд должен периодически восстанавливаться, поэтому в ЗУ на динамических ЗЭ необходимы схемы восстановления заряда. Периодическое, а не постоянное поступление энергии в ЗЭ позволяет значительно сократить мощность потребления и упростить схему элемента, а следовательно, повысить плотность их компоновки на кристалле.

На рис. 8.4,б показана схема динамического ЗЭ.ЗЭ представляет собой триггер без нагрузочных резисторов. Транзисторы VT3 и VT4 совмещают функции возбуждения числовых шин и нагрузки. Запись информации в ЗЭ производится подачей положительного импульса >Un в адресную шину (АШ) и отрицательного импульса в соответствующую разрядную шину. При этом VT3 и VT4 открываются, и информация с разрядных шин РШО и РШI заносится в триггер. В режиме хранения информации в ЗЭ хранится в виде зарядов паразитных емкостей Сп1, и Сп2. Заряд, накопленный в режиме записи на паразитных емкостях Сп1 или Сп2, уменьшается из-за токов утечки. Поэтому для восстановления информации в ЗЭ периодически возбуждается АШ и одновременно на разрядные шины подается одинаковое по знаку напряжение (отрицательное для р-канальных транзисторов). При считывании информации возбуждается АШ, и ток считывания через транзистор VT3 и VT4 поступает в разрядную шину, подсоединенную к открытому плечу триггера.

В настоящее время широкое распространение находят трехтранзисторные динамические ЗЭ. Схема и временные диаграммы роботы такого ЗЭ изображены на рис.8.5. Запоминающей емкостью служит паразитная емкость С затвора транзистора VT2. Шина Y используется для ввода в ЗЭ бита информации при записи и съема его при считывании. Так как источник питания используется только при считывании, то им может служить паразитная емкость CY шины Y.

Предварительно перед считыванием подается сигнал R, открывающий VT4, и конденсатор CY подзаряжается от источника +Е. Затем на шину Х подается сигнал синхронизации записи / считывания Сз/Cч, который открывает VT3, но не может открыть VT1. Если ЗЭ хранит «1», то конденсатор С заряжен и открыт VT2. В этом случае через открытые VT3 и VT2 конденсатор CY разряжается, и низкий уровень «0» сигнала UCY на шине Y указывает, что ЗЭ хранил инверсную величину, т.е. «1». Если ЗЭ хранит «0», то конденсатор С разряжен,VT2 закрыт, и сигнал на шине Х не может вызвать разряд конденсатора CY. Высокий уровень сигнала U (уровень «1») указывает, что ЗЭ хранил «0». Таким образом, усилитель считывания воспринимает с шины Y инверсное значение хранимого в ЗЭ двоичного числа.

 

 

 

 

Рис.8.5. Схема (а) и временные диаграммы (б) работы динамического

ЗЭ на трех МОП-транзисторах

При записи на шину Y поступает сигнал U («1» или «0»). С оответствующий записываемому двоичному числу. Затем на шину Х подается высокий уровень сигнала Сз/Cч, открывающий VT1, который подключает к шине Y конденсатор С. В результате независимо от своего предыдущего состояния конденсатор оказывается заряженным, если записывается «1», и разряженным, если записывается «0». В ЗУ периодически производится регенерация информации. При регенерации в ЗЭ записывается инверсное значение хранимого до считывания кода. После каждой четной регенерации в ЗЭ оказывается исходный код, а после каждой нечетной – его инверсия. В ЗУ имеется схема, сигнал которой указывает, хранит ли в данный момент ЗЭ прямой или инверсный код.

В ОЗУ динамического типа сохранность информации без искажения гарантируется только в течение определенного промежутка времени, называемого временем хранения, или периодом регенерации Трег, по истечении которого необходимо восстановление (регенерация) хранимой информации. В зависимости от способа организации регенерации информации динамические ОЗУ делятся на схемы с планарной регенерацией, с накачкой заряда и со строчной регенерацией.

При планарной регенерации восстановление информации осуществляется в специальном цикле (цикл регенерации), повторяемом с частотой ~ 10 кГц, вне зависимости от режима работы микросхемы. При другом способе организации планарной регенерации каждый цикл обращения несколько увеличивается по длительности и в нем отводится специальное время, в течение которого производится полная регенерация информации одновременно во всех ячейках памяти. Однако при этом способе в случае, если в течение времени Трег к ЗУ не было обращения, то для предотвращения потери информации должен быть сформирован служебный цикл обращения. Особенность регенерации с накачкой заряда состоит в одновременном восстановлении информации во всех ЗЭ с помощью специального импульса регенерации (накачка заряда), подаваемого обычно асинхронно на дополнительный вход ЗУ с периодом регенерации Трег = 0,01….1 мс.

При строчной регенерации восстановление информации осуществляется в специальном цикле, который представляет собой либо цикл считывания по адресу регенерации, либо цикл записи по адресу регенерации с блокировкой записи. В этом цикле регенерируются одновременно все ЗЭ одной из строк матрицы выбранного адреса. При этом, поскольку во время цикла регенерации обращение к ЗУ запрещено, то относительное время доступа tдост к памяти становится меньше 100% на относительное время занятости tзан ЗУ регенерацией, т.е. tдост = 100% (1- tзан).

© 2018
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру