9.1.2 Пзу с уф стиранием

ПЗУ со стиранием информации ультрафиолетовым излучением в настоящее время наиболее широко используются в микропроцессорных системах. В БИС таких ПЗУ каждый бит хранимой информации отображается состоянием соответствующего МОП-транзистора с плавающим затвором (у него нет наружного вывода для подключения). Затворы транзисторов при программировании «1» заряжаются лавинной инжекцией, т.е. обратимым пробоем изолирующего слоя, окружающего затвор под действием электрического импульса напряжением 18 – 26 В. Заряд, накопленный в затворе, может сохраняться очень долго из-за высокого качества изолирующего слоя. Так, например, для ППЗУ серии К573 гарантируется сохранение информации не менее 15–25 тысяч часов во включенном состоянии и до 100 тысяч часов (более 10 лет) - в выключенном.

9.1.3 Пзу с электрическим стиранием

Они позволяют производить как запись, так и стирание (или перезапись) информации с помощью электрических сигналов. Для построения таких ППЗУ применяются структуры с лавинной инжекцией заряда, аналогичные тем, на которых строятся ППЗУ с УФ стиранием, но с дополнительными управляющими затворами, размещаемыми над плавающими затворами. Подача напряжения на управляющий затвор приводит к рассасыванию заряда за счет туннелирования носителей сквозь изолирующий слой и стиранию информации. По этой технологии изготовляют микросхемы К573РР2.

Достоинства ППЗУ с электрическим стиранием: высокая скорость перезаписи информации и значительное допустимое число циклов перезаписи - не менее 10000.

9.2 ОЗУ

9.2.1 Статические ОЗУ

Рассматриваемые типы запоминающих устройств (ЗУ) применяются в компьютерах для хранения информации, которая изменяется в процессе вычислений, производимых в соответствии с программой, и называются оперативными (ОЗУ). Информация, записанная в них, разрушается при отключении питания.

Главной частью ЗУ является накопитель, состоящий из триггеров {глава 6.1}.

Рис.9-1 Матрица ЗУ

Накопитель двухкоордииатпого ЗУ состоит из нескольких матриц (рис.9-1), количество которых определяется числом разрядов записываемого слова. Запоминающие элементы (ЗЭ) одной матрицы расположены на пересечении адресных шин Х строк и Y столбцов, имеют одну общую для всех элементов разрядную шину. В ЗЭ одной матрицы записываются одноименные разряды всех слов, а каждое слово - в идентично расположенные запоминающие элементы ЗЭi, всех матриц, составляющие ячейку памяти. Таким образом, в двухкоординатное четырехматричное ЗУ, матрицы которого содержат по 16 запоминающих элементов (рис.9-1), можно записать 16 четырехразрядных слов.

9.2.2 Динамические озу

В них запоминающий элемент содержит только один транзистор (рис.9-2).

Рис.9-2 Элемент динамической ОЗУ

Информация в таком элементе хранится в виде заряда на запоминающем конденсаторе, обкладками которого являются области стока МОП-транзистора и подложки. Запись и считывание ннформаини производятся путем открывания транзистора по затвору и подключения тем самым заноминаюшей емкости к схеме усилителя-регенератора. Последний, по существу является триггерным элементом, который в зависимости от предварительной подготовки или принимает (считывает) информацию из емкостной запоминающей ячейки, устанавливаясь при этом в состояние 0 или 1, или наоборот, в режиме записи соответствующим образом заряжает ячейку, будучи предварительно установленным в 0 или 1.

В режиме чтения триггер усилителя-регенератора в начале специальным управляющим сигналом устанавливается в неустойчивое равновесное состояние, из которого при подключении к нему запоминающей емкости он переключается в 0 или I. При этом в начале он потребляет часть заряда, а затем при установке в устойчивое состояние, возвращает его ячейке, осуществляя таким образом регенерацию ее состояния. В режиме хранения информации необходимо периодически производить регенерацию для компенсации естественных утечек заряда. Максимальный период цикла регенерации для каждой из ячеек обычно составляет 1-2 мс.

10 Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП)

ЦАП реализует преобразование цифрового кода в ток или напряжение.

I,U = ƒ(управляющего кода).

Чаще всего ƒ – линейная функция. Преобразование ведется в 2 этапа: код → I → U.

10.1 ЦАП c матрицей R-2nR

1) Преобразование код → ток производится с помощью резистивной матрицы.

Переключатели Пi выполнены в виде транзисторных ключей:

Рис.10-1 Резистивная матрица R-2nR

2) Преобразование ток → напряжение производится операционным усилителем. Величина выходного напряжения определяется резистором R, который установлен внутри корпуса ЦАП; ОУ подключается дополнительно.

Недостаток матрицы R-2nR: резисторы матрицы сильно отличаются по величине и должны быть очень точно подобраны, поэтому чаще используется матрица R-2R.

10.2 ЦАП с матрицей R-2R

Рис.10-2 ЦАП с матрицей R-2R

В этой матрице используются резисторы только двух номиналов, которые можно изготовить с высокой точностью.

10.3 Преобразование кодов со знаком

Подключение ЦАП для преобразований кодов со знаком

При вводе кода со знаком в ЦАП путем инверсии {глава 1.1} знакового разряда к этому коду прибавляется код 128-ми (таблица 10). Диапазон входных кодов: -128 - 127 переходит в диапазон 0 - 255. После преобразования из полученного тока вычитается ток соответствующий 128-ми (рис.10-3) и тогда знак напряжения на выходе ОУ совпадает со знаком входного кода.

десятичный код двоичный код преобразованный код

127

:

:

1

0

-1

:

:

-127

-128 01111111

:

:

00000001

00000000

11111111

:

:

10000001

10000000 11111111

:

:

10000001

10000000

01111111

:

:

00000001

00000000

Таблица 10 Преобразование кода

Рис.10-3 ЦАП-преобразователь кода со знаком

10.4 Умножающие ЦАП

Поскольку выходное напряжение ЦАПа пропорционально и величине Uопорное, и входному коду, значит оно пропорционально их произведению. Поэтому ЦАП производит умножение кода и опорного напряжения.

Умножающие ЦАП можно использовать как усилитель с коэффициентом усиления управляемым с помощью кода.

10.5 Параметры ЦАП

Основные параметры ЦАП:

1) число разрядов n;

2) номинальный выходной ток (Iвых);

3) время установления после подачи кода (tуст);

4) погрешность полной шкалы (δпш);

5) погрешность линейности (δл);

Рис.10-3 Идеальная и реальная характеристики 3-х разрядного ЦАП

6) дифференциальная нелинейность (δлд) - это наибольшая по модулю разность единичного приращения (кванта) выходного напряжения qi и среднего значения этого приращения.

тип ИС n Iвых, мА tуст, мкс Uопорное, В δпш

К572ПА1А

К572ПА2А

К1108ПА1А 10

12

12 1

0,8

5 5

15

0,4 -17 - 17

-15 - 15

2,2 - 10,5 ±30 квант

±20 квант

±30 квант

Таблица 11 Параметры некоторых ЦАП

Погрешность δлд для ПА1А не превышает 1 кванта, ПА1Б – 2 кванта, ПА1В – 4 кванта, ПА1Г – 8 квантов.

11 Аналогоцифровые преобразователи (АЦП)

АЦП – устройства, преобразующие аналоговый сигнал (напряжение) в соответствующий ему код (двоичный, десятичный и т.д.).

Методы преобразования:

1) последовательный счет (динамическая компенсация);

2) слежение;

3) поразрядное уравновешивание (весовой метод);

4) параллельное преобразование;

5) интегрирование.

11.1 АЦП последовательного счета

Структура такого АЦП показана на рис.10-4.

Рис.11-1 АЦП последовательного счета

На выходе счетчика появляется нарастающий код, который ЦАПом преобразуется в нарастающее напряжение Uцап. В тот момент, когда Uцап = Uвх, компаратор выдает сигнал равный "1", по которому полученный код записывается в регистр, и (с некоторой задержкой) сбрасывается счетчик. Процесс повторяется непрерывно.

Рис.11-2 Процесс преобразования в АЦП

Недостаток: время преобразования пропорционально величине сигнала Uвх, поэтому отслеживать можно только сравнительно медленные сигналы.

11.2 Следяший АЦП

В нем применяется реверсивный счетчик, переключаемый сигналом с выхода компаратора. Поэтому АЦП отслеживает изменения напряжения на входе не начиная цикл с начала.

Рис.11-3 Работа следящего АЦП

11.3 АЦП поразрядного уравновешивания

Уравновешивание начинается со старшего разряда кода на выходе АЦП; в нем устанавливается "1" и оценивается знак разности преобразуемого сигнала и уравновешивающего сигнала, формируемого в ЦАП. Если Uцап < Uвх, то "1" сохраняется, если Uцап > Uвх, то "1" сбрасывается. Затем аналогично проверяются все остальные разряды. Уравновешивание происходит за n шагов при n разрядах.

11.4. АЦП параллельного преобразования

Это самый быстрый метод: преобразование выполняется за 1 шаг.

Для построения n–разрядного АЦП параллельного преобразования требуется 2n-1 компараторов. На рис.11-4 приведена структурная схемя простейшего трехразрядного АЦП, поясняющая принцип работы. Здесь n = 3, поэтому требуется 23-1 = 7 компараторов.

Рис.11-4 Трехраэрядный АЦП поразрядного уравновешивания

В делителе верхний и нижний резисторы вдвое меньшей величины, это обеспечивает напряжение на прямых входах компаратора х+0,5В. Благодаря этому АЦП выдает напряжения с учетом правила округления (0B < Uвх <0,5B → 0B; 0,5B < Uвх < 1,5B → 1B и т.д.). Дешифратор преобразует код, поступающий с компараторов в двоичный код (таблица 12).

К7 К6 К5 К4 К3 К2 К1 D2 D1 D0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 1 0 0 1

0 0 0 0 0 1 1 0 1 0

0 0 0 0 1 1 1 0 1 1

Таблица 12 Преобразования выполняемые дешифратором

Параметры АЦП К1107ПВ1 (2):

ПВ1 – 6 разрядов, 63 – компаратора, tпр = 0,1 мкс.

ПВ2 – 8 разрядов, 255 – компараторов.

11.5 Интегрирующие АЦП

Они работают медленнее других АЦП, но обладают высокой помехоустойчивостью. Используются в системах выполняющих до нескольких тысяч измерений в секунду.

11.5.1 АЦП однократного интегрирования

Рис.11-5 АЦП однократного интегрирования

Алгоритм работы

На входы компаратора поступает напряжение Uвх, которое нужно преобразовать в код и напряжение от генератора линейно нарастающего напряжения Uлин. Пока Uлин < Uвх, К = 1 – идет счет импульсов. В момент времени t = t0, когда Uлин = Uвх, К = 0 – счет прекращается. Результат счета пропорционален Uвх. ГЛИН обычно строится на основе ОУ (рис.11-5). Счётчик считает импульсы ГТИ (рис.11-6) в интервале времени 0 – t0. Количество импульсов пропорционально Uвх.

Недостаток: на точность преобразования очень сильно влияет нелинейность ГЛИН.

Рис.11-6 ГЛИН-интегратор на ОУ