只读存储器(ROM).ppt

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1、第6章 半导体存储器 6.3 只读存储器只读存储器(ROM)6.3.1 掩膜式只读存储器掩膜式只读存储器(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。第6章 半导体存储器 图6.12是一个简单的44位MOS管ROM，采用单译码结构，两位地址线A1、A0译码后可有四种状态，输出4条选

2、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A1A000，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。第6章 半导体存储器 图6.12掩膜式ROM示意图第6章 半导体存储器 表表6.1 掩膜式掩膜式ROM的内容的内容 单元D3D2D1D001010111012010130110位第6章 半导体存储器 6.3.2 可编程只读存

3、储器可编程只读存储器(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6.13PROM存储电路示意图第6章 半导体存储器 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2050mA的电流，将熔丝烧断，则该存储元将存储信息“1”。由于

4、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。第6章 半导体存储器 写入时，按给定地址译码后，选通字线，根据要写入信息的不同，在位线上加不同的电位，若Di位要写“0”，则对应位线Di悬空(或接较大电阻)而使流经被选中基本存储电路的电流很小，不足以烧断熔丝，该位仍保持“0”状态；若要写“1”，则位线Di加负电位(2V)，瞬间通过被选基本存储电路的电流很大，致使熔丝烧断，即改写为“1”。在正常只读状态工作时，加到字线上的是比较低的脉冲电位，但足以开通存储元中的晶体管。这样，被选中单元的信息就一并读出了。是“0”，则对应位线有电流；是“1”，则对应位线无电流。在只读状态，工作电流

5、将很小，不会造成熔丝烧断，即不会破坏原存信息。第6章 半导体存储器 6.3.3 可擦除、可再编程的只读存储器可擦除、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E2PROM)。第6章 半导体存储器 1EPROM和E2PROM简介初期的EPROM元件用的是浮栅雪崩注入MOS，记为

6、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SiO2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。第6章 半导体存储器 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VSS(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

7、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。第6章 半导体存储器 图6.14SIMOS型EPROM(a)SIMOS管结构；(b)SIMOSEPROM元件电路第6章 半导体存储器 SIMOSEPROM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

8、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。第6章 半导体存储器 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E2PROM芯片近年来得到广泛应用。第6章 半导体存储器 E2PROM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

9、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。E2PROM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，E2PROM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，E2PROM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。第6章 半导体存储器 2Intel 2716 EPROM芯片芯片EPROM芯 片 有 多 种 型 号，常 用 的 有 2716(2K8)、2732(4K8)、2764(8K8)、27128(16K8)、27256(32K8)等。1)

10、2716的内部结构和外部引脚2716EPROM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。A0A10：11条地址输入线。其中7条用于行译码，4条用于列译码。O0O7：8位数据线。编程写入时是输入线，正常读出时是输出线。第6章 半导体存储器 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。VPP：编程电源。在编程写入时，VPP+25V；正常读出时，VPP+5V。VCC：工作电源，为+5V。第6章 半导体存储器 图6.15Intel2716的引脚、逻辑符号及内部结构(a)引脚；(b)逻辑符号；(c)内部结构第6

11、章 半导体存储器 2)2716的工作方式的工作方式 表表6.2 2716的工作方式的工作方式 引脚方式PD/PGM数据总线状态读出00+5输出未选中1+5高阻待机1+5高阻编程输入宽52ms的正脉冲1+25输入校验编程内容00+25输出禁止编程01+25高阻VPP/V第6章 半导体存储器 (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525mW下降到132mW，下降了75%，所以又称为功

12、率下降方式。这时数据线呈高阻态。第6章 半导体存储器 (4)编程方式：当VPP+25V，CSl，并在PD/PGM端加上52ms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VPP+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。第6章 半导体存储器 表表6.3 常用的常用的EPROM芯片芯片 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27081K8bit350450NMOS5，+1

13、22427162K8bit300450NMOS+5242732A4K8bit200450NMOS+52427648K8bit200450HMOS+5282712816K8bit250450HMOS+5282725632K8bit200450HMOS+5282751264K8bit250450HMOS+52827513464K8bit250450HMOS+528第6章 半导体存储器 3.Intel 2816 E2PROM芯片芯片Intel2816是2K8位的E2PROM芯片，有24条引脚，单一+5V电源。其引脚配置见图6.16。图6.16Intel2816的引脚第6章 半导体存储器 表表6.4

14、2816的工作方式的工作方式 引脚方式CEOEVPP/V数据线状态读出00+4+6输出待机(备用)1+4+6高阻字节擦除01+21输入为全1字节写入01+21输入整片擦除0+9+15V+21输入为全1擦写禁止1+4+22高阻第6章 半导体存储器 (1)读出方式。当CE=0，OE=0，并且VPP端加+4+6V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VPP端加+4+6V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/O0I/O7)都加高电平且

15、VPP加幅度为+2lV、宽度为915ms的脉冲时，2816处于以字节为单位的擦除方式。第6章 半导体存储器 (4)整片擦除方式。当CE=0，数据线(I/O0I/O7)都为高电平，OE端加+9+15V电压及VPP加21V、915ms的脉冲时，约经10ms可擦除整片的内容。(5)字节写入方式。当CE=0，OE=1，VPP加幅度为+2lV、宽度为915ms的脉冲时，来自数据线(I/O0I/O7)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，VPP为+4+22V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/O0I/O7)呈高阻态，内部存储单元与外界隔离。第6章 半导体存储器 表表6.5 常用的常用的E2PROM芯片芯片 型号参数28162816A28172817A2864A取数时间/ns250200250250200250250读电压VPP/V55555写/擦电压VPP/V2152155字节擦写时间/ms10915101010写入时间/ms10915101010封装DIP24DIP24DIP28DIP28DIP28