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1、,第8章 半导体存储器和 可编程逻辑器件,本章教学基本要求,要知道：存储器、ROM、RAM和可编程逻辑器件PLD的概念及分类。 要了解：ROM和RAM的电路结构；PAL、GAL的结构。 会使用：各类PLD。,8.1存储器,8.1.1 只读存储器(ROM) 只读存储器用于存储不可随时更改的固定信息，信息经一定方法写入（存入）存储器后，就只能读出信息不能随时写入新信息，信息可长期保存。只读存储器靠电路物理结构存储数据，故断电后信息仍能保存，不会丢失。只读存储器（ROM）有掩模ROM、可编程ROM、可改写ROM。,8.1.1 只读存储器(ROM),1掩模只读存储器 掩模只读存储器（ROM）是在制造时
2、把信息存放在此存储器中，使用时不再重新写入，需要时读出即可；它只能读取所存储的信息，而不能改变已存内容，并且在断电后不丢失其中存储内容，故又称固定只读存储器。ROM主要由地址译码器、存储矩阵和输出缓冲器三部分组成，如图8-1-1所示。,8.1.1 只读存储器(ROM),2可编程只读存储器 可编程ROM（PROM）由用户自行编程的。PROM在出厂时，存储体的内容为全0或全1，用户可根据需要将某些内容改写，也就是编程。常用的双极型工艺ROM，采用烧毁熔断丝的方法使三极管由导通变为截止，使三极管不起作用，存储器变为“O”信息；而未被烧断熔丝的地方，即表示为“1”信息。PROM只实现一次编写的目的，写
3、好后就不可更改。 如果想对一个ROM芯片反复编程，多次使用，需用可擦除编程ROM即EPROM。常用的MOS工艺制造的EPROM用注入电荷的办法编程，此过程可逆，当用紫外光照射以后，旧内容被擦除。擦除后的芯片内容可能是全1，也可能是全0，视制造工艺而不同，之后可再次编程。,8.1.1 只读存储器(ROM),3ROM容量的扩展 ROM除了地址线和数据线（字输出线）外，还有地线（GND）、电源线（VCC）以及用来控制ROM工作的控制线 （片选线）。当 =1时，芯片处于等待状态，ROM不工作，输出呈高阻态；当 =0时，ROM工作。 一个存储器的容量就是字线与位线（即字长或位数）的乘积。当所采用的ROM
4、容量不满足需要时，可将容量进行扩展。扩展又分为字扩展和位扩展。,8.1.2 随机存储器(RAM),1RAM的基本结构 RAM的基本结构由存储矩阵、地址译码和输入输出控制电路等3个部分组成，如图8-1-6所示。,8.1.2 随机存储器(RAM),2RAM的存储单元 RAM的存储单元结构有双极型、NMOS型和CMOS型。双极型速度快，但功耗大，集成度不高。大容量的RAM一般都采用MOS型。MOS型RAM的基本存储单元有静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）两种。,8.1.2 随机存储器(RAM),1）静态RAM（SRAM） 图8-1-7为由MOS管触发器组成的存储单元图，其中MOS管为NM
5、OS。V1、V2，V3、V4组成的两个反相器交叉耦合构成基本RS触发器作基本存储单元；V5、V6为门控管，由行译码器输出字线X控制其导通或截止；V7、V8为门控管，由列译码器输出Y控制其导通或截止，也是数据存入或读出的控制通路。,8.1.2 随机存储器(RAM),2）动态RAM（DRAM） 图8-1-8所示是用一只NMOS管组成的动态RAM基本存储单元，MOS电容CS用于存储二进制信息，数据1和0是以电容上有无电荷来区分的。NMOS管V是读写控制门，以控制信息的进出。字线控制该单元的读写，位线控制数据的输入或输出。,8.2 可编程逻辑器件(PLD),8.2.1 PLD简介 1PLD的基本结构
6、PLD作为专用集成逻辑器件，其基本结构是由与逻辑阵列和或逻辑阵列组成的。图8-2-1是PLD的基本结构框图。,8.2.1 PLD简介,2PLD的表示方法 PLD阵列庞大，其表示有自己独特的方法，使在芯片内部配置和逻辑图之间建立对应关系。 1）连接方式 PLD门阵列交叉点的连接方式分为固定连接单元、可编程连接单元和断开连接单元，如图8-2-2所示。,8.2.1 PLD简介,2）逻辑门的表示方式 PLD中逻辑门的表示如图8-2-3所示，图8-2-3（a）是PLD与门的表示方法，其逻辑关系为Y1=ABC；图8-2-3（b）是PLD或门的表示方法，表示的逻辑关系为Y2=A+B+C；图8-2-3（c）是
7、能产生互补输出的缓冲器；图8-2-3（d）是具有三态输出的缓冲器。,8.2.1 PLD简介,3PLD的分类 PLD按集成度的高低分为两大类，一类是简单PLD，芯片集成度较低，如PROM、可编程逻辑阵列PLA、可编程阵列逻辑PAL和通用逻辑阵列GAL；另一类是复杂PLD，或者称为高密度PLD，芯片集成度较高，如复杂的可编程序逻辑器件CPLD和现场可编程门阵列器件FPGA。按PLD的内部结构分为乘积项结构器件和查找表结构器件两大类。按编程工艺分为熔丝和反熔丝结构型。,8.2.2 可编程阵列逻辑（PAL）,可编程阵列逻辑（PAL）采用可编程序与门阵列和固定或门阵列的基本结构，如图8-2-4所示。PA
8、L由可编程与门阵列、固定或门阵列和输出电路三大部分组成。PAL采用双极型工艺制作，可编程与门阵列采用熔丝编程技术。,8.2.2 可编程阵列逻辑（PAL）,8.2.3 通用阵列逻辑（GAL）,根据GAL或门阵列的结构，将GAL分为两大类：一类是与门阵列可编程序，或门阵列固定连接的GAL，如GALl6V8、GAL20V8等；另一类是与门阵列、或门阵列都可编程序的GAL，如GAL39V18等。 GALl6V8是一种通用型的GAL器件，图8-2-8所示为GALl6V8的逻辑电路，它由五个部分组成。 1输入端 2与阵列部分 3系统时钟 4输出三态控制端 5输出逻辑宏单元,8.2.3 通用阵列逻辑（GAL）,
