Энергонезависимая память для телевизоров седьмого поколения (стр. 7 из 11)
- напряжение прямого смещения диода; 
- напряжение заряда и разряда конденсатора, когда умножитель питается выходным током.Для емкости
, связанной с тактом, и паразитной емкости 
, в каждом узле имеем: 
(5.2)Хотя общий заряд, переносимый каждым диодом за время одного такта есть (
) , ток, даваемый множителем на тактовой f будет 
(5.3)где
-ток на выходе умножителя.Заменяя
и в (5.1), получим
(5.4)и для N каскадов
. (5.5)Преобразовывая (5.5) получим выражение для выходного напряжения
: 
(5.6)
Существует так же пульсирующее напряжение
на выходе умножителя из-за нагрузочного сопротивления 
, разряжающего выходную емкость 
.Обычно выходная емкость достаточно велика, чтобы 
было мало по сравнению с выходным напряжением, так что 
(5.7)В практически используемом умножителе должна также быть гармоника из-за емкостей связи между тактами через диод.
При перекрывающихся тактах, тем не менее, тоже должен быть всплеск от другой фазы такта, когда изолирующий диод находится в проводящем состоянии. Величина всплеска от обеих фаз дается выражением
при 
(5.8)где
-емкость каждого диода, так что для не перекрывающихся тактовых сигналов (фаз) 
(5.9)и для перекрывающихся фаз
(5.10)Из (5.6) следует, что умножение напряжения имеет место, если
(5.11)Важно отметить, что это выражение не зависит от N, так что здесь в принципе нет ограничений на число каскадов в множителе такого типа. Более того, если последнее выражение удовлетворяется, способность управления током также не зависит от числа каскадов умножителя. Из (5.6) следует:
(5.12)где
и 
-соответственно эквивалентные напряжения и сопротивления умножителя напряжения,
(5.13) 
(5.14)Формула (5.12) приводит к простой эквивалентной схеме выхода умножителя, показанной на рисунке 5.4.
При развитии данной модели для умножителя напряжения далее необходимо предложить, что конденсаторы полностью разряжаются и заряжаются до напряжения отсечки
. На практике это не является препятствием благодаря нелинейности ВАХ и внутреннего последовательного сопротивления диодов 
. Это приводит к остаточному напряжению в дополнение к , остающемуся на другом конце цепочки диодов.В конце каждого цикла, вызывающему нелинейный рост последовательного сопротивления умножителя
при увеличении тока нагрузки. Однако делая достаточно малым, чтобы 
, (5.15)увеличение
из-за этого эффекта будет меньше 5%.На рисунке (5.5) показана схема умножителя, используемая в ЭСППЗУ на МНОП триггере-защелке. Хотя здесь используется технология р-канальных МОП транзисторов с алюминиевым затвором, в которой нельзя получить изолированный диод, цепочка умножителя может быть сделана, используя, как показано, МОП транзисторов в диодном включении. В этом случае прямое напряжение диода
заменяется пороговым напряжением транзистора 
в (5.6). Получаем: 
(5.16)Поскольку в схеме показанной на рисунке (5.5)
и 
,а также учитывая, что пороговое напряжение транзистор равно 0,6 В, мы получаем: 
(5.17)В схеме, показанной на рисунке 5.5, тактовые сигналы генерируются двухкаскадными МОП инверторами, управляемыми от генератора. Кроме того, выход ограничивается последовательно соединенными цепочкой МОП транзисторов и диодами с защитой. Это необходимо для обеспечения превышения выходного напряжения над номиналом, если напряжение питания случайно уменьшится ниже своего значения.
Межкаскадная и паразитная емкости отличаются на порядок и значение межкаскадной емкости ограничивается единицами пикофарад. При моделировании получили
=3,03 пФ, а =0,28 пФ. Подставляя эти значения в (5.17) и учитывая, что 
=5,1 мА и напряжение питания 5 В, получили в первом каскаде напряжение 4,654 В. При увеличении числа каскадов до семи получили требуемое значение умножаемого напряжения (около 30 В).На рисунках 5.6 и 5.7 показаны результаты моделирования умножителя с нагрузкой и без нее.
Рисунок 5.6-Результат моделирования напряжения с нагрузкой
Рисунок 5.7- Результат моделирования напряжения без нагрузки
 |
В качестве нагрузки используется RC-цепь общим сопротивлением 10 МОм.
5.2 Обоснование выбора площади запоминающей ячейки. Расчет соотношения емкостей
Как известно, для запоминания информации в запоминающих устройствах используются специальные транзисторы. Массив, состоящий из таких транзисторов, называется накопителем. Накопители бывают различных объемов от нескольких бит до сотен килобит. ЭСППЗУ в телевизорах седьмого поколения обладает объемом накопителя в 16К, где К=1024 бита. 16К является достаточно большим объемом и с точки зрения технологии изготовления накопитель по занимаемой площади будет самым большим. Чтобы уменьшить размеры накопителя необходимо иметь как можно меньшую запоминающую ячейку. На сегодняшний день существует несколько вариантов запоминающей ячейки. Один из них представлен на рисунке 5.2.1 Но малой площади ячейки еще не достаточно. Для нормальной работы ячейки надо знать соотношение емкостей. Одна емкость между двумя слоями поликремния С1, другая – сумма емкостей С2: инжектора, подзатворного окисла, N+- стока, толстого окисла. От этого отношения зависит работа всей ячейки, то есть будет ли происходить стирание, запись, считывание информации.
Рассчитаем соотношение емкостей для нескольких ячеек, то есть для ячеек имеющих разную общую площадь. В нашем распоряжении имеется ячейкис площадью 64, 76 и 90 мкм2 . Первым рассмотрим отношение емкостей для ячейки с площадью 64 мкм2. Значение емкости рассчитывается по формуле
(5.39)где S – площадь поверхности объекта,
d – расстояние между поверхностями объекта,