Программируемые постоянные запоминающие устройства

Программируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ) делятся на однократно программируемые (например, биполярные ПЗУ с плавкими соединениями).

В настоящее время ППЗУ получили самое широкое распространение среди всех электрически программируемых устройств памяти. Принцип действия ячейки ППЗУ основан на физических процессах, позволяющих необратимо изменить электрическое сопротивление двухполюсника. По принципу действия различают два типа однократно программируемых запоминающих элементов (ЗЭ): резисторный и диодный, в которых программирование осуществляется соответственно пережиганием плавких перемычек и пробоем p-nпереходов.

Бит информации, хранящийся в ЗЭ резисторного типа, определяется наличием или отсутствием плавкой перемычки. В режиме считывания на ЗЭ подают напряжение и хранимое значение бита определяют по значению тока, протекающего через перемычку. В состоянии после изготовления ЗЭ хранит 1 (сопротивление перемычки мало), а после пережигания плавкой перемычки – 0. в качестве плавких перемычек широко применяют тонкие плёнки из нихрома или поликристаллического кремния. Сопротивление перемычки составляет около 10 Ом. В результате программирования через перемычку пропускают импульс тока, плотностью около 10⁷А/см², в результате чего она не обратимо разрушается. Вследствии малых размеров перемычки и большой энергии, выделяемой при пережигании, физические процессы в плёнке достаточно сложны.

Рис. 3. Запоминающие ячейки на основе резисторного ЗЭ: а – с диодной, б – с транзисторной развязкой.

Работа ЗЭ диодного типа основана на необратимых явлениях, происходящих при пробое обратно смещенного p–nперехода. В исходном состоянии ЗЭ диодного типа хранит 0, а его обратное сопротивление очень велико. При программировании к диоду прикладывается запирающее напряжение повышенного уровня, под действием которогоp–nпереход пробивается, т.е. происходит короткое замыкание (состояние логического 0).

Рис. 4. Запоминающие ячейки на основе диодного ЗЭ: а – на диодах шотки, б – на транзисторе.

В схеме ячейки на рис. 3, а в режиме считывания подается положительное напряжение на шину Х, а выходной сигнал снимается с нагрузки, включенной последовательно в шину Y. В режиме программирования(запись 0) на шину Х подается импульс более высокого напряжения, под действием которого пережигается перемычка и нарушается электрическое соединение между катодом диода и шинойY. Обычно для пережигания нихромовых перемычек необходимо пропустить ток 50 – 100, а кремниевых - примерно 20 мА.

Вследствие того, что диод является пассивным элементом, для получения высокого быстродействия формирователи возбуждения выходных шин выборки строки должны иметь малое выходное сопротивление, т.к. в момент подачи напряжения на шину происходит зарядка паразитных емкостей матрицы входным током. Использование в качестве элементов развязки транзисторов, включенных по схеме с общим коллектором (рис. 3, б), позволяет существенно снизить ток выборки для шин Х, благодаря усилительным свойствам транзистора дешифратор при программировании может задавать в выбранную шину значительно меньший ток, чем необходимо для пережигания перемычек. Обычно запоминающие матрицы строят на основе n-p–nтранзисторов, что позволяет достичь наивысшего быстродействия и наибольшей плотности упаковки на кристалле для биполярных транзисторов.

Ячейки памяти на основе диодного ЗЭ (рис. 4.) состоят из двух встречновключенных p–nпереходов, при считывания состояния ЗЭ на шину Х подается положительное напряжение, а с нагрузки, подключенной к шинеY, снимается выходной сигнал. В исходном состоянии элемент хранит 0, а его сопротивление очень велико. Для записи 1 к встречновключенной пареp–nпереходов прикладывается повышенное напряжение, при котором запертый переход пробивается и замыкается накоротко. Сравнительно перспективным считается выполнение ЗЭ на встречновключенных диодах Шотки (рис.4,а), которые в настоящее время получают все большее распространение. В исходном состоянии встречновключенные диоды не проводят ток (состояние логического 0),по при программировании вследствие пробоя происходит закорачивание обратно смещенного диода (состояние логической 1).

Встречно включенные переходы часто создаются на основе транзистора с отключенной базой (рис.4,б). Эмиттер транзистора соединяются с разрядной шиной. В режиме программирования при подаче достаточного потенциала на эмиттер(при заземлении коллектора) происходит необратимый пробой эмиттерного перехода и транзистор превращается в диод, образованный переходом коллектор - база.

На основе рассмотренных эффектов запоминающих ячеек созданы микросхемы и блоки ППЗУ ёмкостью более 64 Кбит и временем выборки 15 – 100 нс со встроенными схемами обрамления.