2. Программируемые пзу
Программируемая память, или память типа PROM (Programmable ROM), позволяет пользователю устранить или создать перемычки в исходной заготовке микросхемы памяти. Этот процесс называется программированием микросхемы памяти.
В микросхемах с устраняемыми плавкими перемычками в исходной заготовке имеются все перемычки. В процессе программирования часть перемычек расплавляется импульсами тока достаточно большой амплитуды и длительности. Плавкие перемычки изготавливаются из нихрома, поликремния или титаната вольфрама и обычно включаются в электроды диодов или транзисторов. На рис.3,а показан диод с сохраненной плавкой перемычкой, на рис.3,б — диод, в котором перемычка устранена.
а) б) в) г)
Рис.3 Элементы памяти с плавкими перемычками и с диодными парами
Аналогичным образом осуществляется программирование биполярных транзисторов (в том числе и многоэмиттерных) с плавкими перемычками, включенными в эмиттерные цепи.
В микросхемах с создаваемыми перемычками элемент памяти в исходной заготовке представляет собой два встречно включенных диода или тонкие диэлектрические слои и имеет очень большое сопротивление. В процессе программирования на элемент памяти подается повышенное напряжение, в результате чего происходит пробой элемента с образованием короткого замыкания. На рис.3 в,г показана диодная пара в исходном состоянии и после программирования.
Микросхемы программируемых ПЗУ по принципу построения и функционированию аналогичны маскированным ПЗУ, но имеют существенное отличие в том, что допускают программирование на месте своего применения пользователем. Операция программирования состоит в разрушении (пережигании) части плавких перемычек на поверхности кристалла импульсами тока амплитудой 30...50 мА. Технические средства для выполнения этой операции довольно простые и могут быть построены самим пользователем. Это обстоятельство в совокупности с низкой стоимостью и доступностью микросхем ППЗУ обусловило их широкое распространение на практике.
Микросхемы ППЗУ, которые выпускаются отечественной промышленностью (табл.1). преимущественно изготовленные по ТТЛШ-технологии, и среди них преобладающее положение занимает серия К556. Функциональный состав серии включает микросхемы емкостью до 64 Кбит словарной 4 и 8-разрядной организацией, с длительностью времени выборки 45...85 нc и уровнем потребляемой мощности от 0,6 до 1 Вт.
Небольшая часть микросхем ППЗУ выполнена по другим технологиям: И2Л (К541), n-МДП (К565), ЭСЛ (К500, К1500), КМДП (К1623). Микросхемы серии К1623 отличаются наиболее низким уровнем энергопотребления, но по быстродействию они уступают микросхемам серии К556.
Таблица 1 . Микросхемы ППЗУ
-
Тип микросхемы
Ёмкость, бит
tв.а ,нс
Рсп , мВт
Начальное состояние
КР556РТ1
ПЛМ
70
850
-
КР556РТ2
ПЛМ
80
950
-
КР556РТ4
256х4
70
690
0
КР556РТ5
512х8
80
1000
1
КР556РТ6 (РТ7)
2Кх8
80
900
0
КР556РТ11
256х4
45
650
0
КР556РТ12(РТ13)
1Кх4
60
740
0
КР556РТ14(РТ15)
2Кх4
60
740
0
КР556РТ16
8Кх8
85
1000
0
КР556РТ17
512х8
50
900
1
КР556РТ18
2Кх8
60
950
0
К541РТ1
256х4
80
400
0
К541РТ2
2Кх8
100
770
0
К1608РТ2
512х8
40
920
0
К1623РТ1
2Кх8
200
-
-
К155РЕ3
32х8
70
550
0
К1500РТ1416
256х4
20
670
1
Для микросхем ППЗУ всех серий, кроме К500, К1500, К565, характерны такие свойства, как единое напряжение питания 5 В, наличие входных и выходных ТТЛ-уровней напряжения логического "0" (0,4 В) и логической "1" (2,4 В) и полная совместимость микросхем, однотипные выходы: или с тремя состояниями, или с открытым коллектором. Микросхемы с выходами ТТЛ требуют подключения к ним внешних резисторов и источника напряжения питания.
Типичный вариант реализации микросхемы ППЗУ представлен на рис.4. Для конкретности рассмотрения приведена структура микросхемы К556РТ4. Во всех основных элементах она повторяет структуру ПЗУМ с двухкоординатной адресацией, но имеет дополнительные устройства F1—F4 для формирования тока программирования.
Рис.4.. Построение микросхемы ППЗУ
Матрица перед программированием, т. е. в исходном состоянии, содержит однородный массив перемычек, которые соединяют строки и столбцы во всех точках их пересечений . Перемычки устанавливают из нихрома (у микросхем серии К556 и др.), из поликристаллического кремния (К541), из силицида платины (К 1608) и других материалов. Перемычка в матрице выполняет роль элемента памяти. Наличие перемычки кодируют логической «1», если усилитель считывания является повторителем, и логическим "0", если усилитель считывания — инвертор, как на рис.4.
Микросхема ППЗУ в исходном состоянии перед программированием в зависимости от характеристики исходного усилителя может иметь заполнение матрицы или логическим “0” , или логической “1”. Если такой информации нет, её необходимо получить с помощью начального контроля микросхемы : устанавливая значения управляющих сигналов разрешения, следует перебрать адреса, контролируя при этом состояния выходов.
Программирование микросхемы, матрица которой в исходном состоянии заполнена "0", состоит в пережигании перемычек в тех элементах памяти, где должны сохраняться "1". Если матрица в исходном состоянии заполнена "1", то пережигают перемычки в элементах памяти, где должны сохраняться "0".
Работа запрограммированной микросхемы ППЗУ в режиме считывания ничем не отличается от вариантов работы микросхемы ПЗУМ, рассмотренных раньше. У некоторых микросхем, в частности, КР556РТ5, КР556РТ17, имеется вывод для напряжения программирования Up . В режиме считывания этот вывод не используется.
Разновидностью ППЗУ являются программируемые выжиганием плавких перемычек логические матрицы (ПЛМ), выполненные по ТТЛШ-технологии К556РТ1 и К556РТ2, которые имеют идентичные характеристики и конструктивные параметры, но отличаются типом выхода: у первой из микросхем выход с открытым коллектором, во второй — на трех состояниях. Названные микросхемы ПЛМ имеют 16 входов А15—А0 для переменных, над которыми ПЛМ выполняет запрограммированные операции, вход CS с нулевым уровнем разрешения, вход PR разрешения записи, т.е. программирования, и восемь выходов. Структура микросхемы включает операционную часть из матрицы И, матрицы ИЛИ, входных и выходных усилителей и программирующую часть с адресными формирователями FAI, FA2 и дешифраторы DCPR .