Электрорадиоэлементы устройства функциональной микроэлектроники и технология радиоэлектронных (стр. 28 из 102)
128
подаются импульсы тока Iр=Im/2. В остальных сердечниках появляется магнитное поле меньшее, чем Нс и их состояние не изменяется.
Магнитные носители на тонких пленках отличаются малыми габаритами и энергопотреблением. Различают несколько случаев намагниченности тонких пленок:
1) h<hкр1 2) h≥ hкр1 3) hкр1<h< hкр2
h | Вся плѐнка – один домен вдоль оси легкого намагничивания | Монодоменная структура с перпендикулярной ОЛН | Микрополосковая структура намагничивания незамкнутого типа, представляющая наибольший интерес для практики |
По сравнению с запоминающими элементами на ферритовых сердечниках ЗУ на магнитных пленках позволяют миниатюризировать устройства и уменьшить энергетические затраты на управление ими, а также повысить технологичность.
Матрица памяти на очень тонких плѐнках с плоскими магнитными доменами.
Обеспечивает плотность информации 103…104 Бит/см2 и емкость 109 бит.
Схема построения матрицы памяти на очень тонких магнитных плѐнках представлена на Рисунке 1.11.1.
Материалом пленок чаще всего служит пермаллой – сплав Fе с Ni. Они имеют толщину 310 мкм и наносятся вакуумными методами на стеклянную подложку с предварительно осажденной пленкой Сu. В запоминающих элементах имеется также управляющая матрица, которая представляет собой совокупность пленочных проводников шириной 350 мкм, расположенных перпендикулярно друг другу с двух сторон полиамидной пленки. Таким образом формируются числовые и сигнально-разрядные шины. Магнитная пленка имеет анизотропию, а при подаче на шины импульсов тока при их совпадении на перекрестке шин появляется доменная область с противоположно направленной намагниченностью, вдоль ОЛН.
Однако в ЗУ на плоских магнитных пленках информация при считывании, как правило, теряется.
129
1 2 3 4
Рисунок 1.11.1. Плетѐная матрица запоминающих устройств на цилиндрических магнитных плѐнках
1 – плѐнка Fe-Ni;
2 – подложка;
3 – подслой меди;
4 – диэлектрическая плѐнка;1
5 – сигнально-распределительные шины;
6 – числовые шины;
7 – полиамидная плѐнка;
В ЗУ на цилиндрических магнитных пленках этот недостаток устраняется, правда, ценой технологичности. ЗУ такого типа содержат систему микропроводов с покрытием магнитной пленкой, которые объединены в разрядные шины и переплетены проволочными числовыми шинами. Когда по числовой шине пропускается импульс тока, магнитная пленка намагничивается в сторону оси трудного намагничивания (ОТН). Информация при считывании в этом случае не теряется. В основном на этом принципе работают ОЗУ.
5
Рисунок 1.11.2. Схема матрицы памяти на ЦМП
1 – ЦМП; 2 – печатные платы; 3 – адресная шина; 4 – выходные контакты разрядной шины; 5 – выходные контакты;
Параметры:
| Количество адресов | 260 (4 записи) |
| Количество разрядов | 160 |
| Габариты с диодным дешифратором, мм | 240x200x8 |
| Сопротивление адресной шины, Ом | 1,2±0,2 |
| Индуктивность адресной шины, мкГ | 0,38±0,02 |
| Сопротивление разрядной шины, Ом | 3,4±0,2 |
| Амплитуда адресного тока, мА | 500±50 |
| Амплитуда разрядного тока, мА Амплитуда выходного сигнала после | 500± |
| взаимодействия 212 импульсов считывания (без записи информации), мВ | ≥ 3 |
131
1.12 ЭЛЕМЕНТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЗАПОМИНАЮЩИХ
УСТРОЙСТВ
Основные виды ЗУ. Выше были рассмотрены ЗУ на магнитных носителях.. Однако прежде чем рекомендовать эти элементы для применения в ЗУ аппаратуры, следует остановиться на полупроводниковых ЗУ. Следует подчеркнуть, что в РЭА и ЭВМ требования к ЗУ существенно различаются. Остановимся только на ЗУ для РЭА, где они применяются в основном coвместно с микропроцессорами для создания микропроцессорных устройств. Чаще всего применяются полупроводниковые ОЗУ, ПЗУ и ППЗУ.| Вывод цифры | Вывод цифры |
Рисунок 1.12.1
Широкое применение в РЭА получили полупроводниковые элементы ЗУ на биполярных и МДП-транзисторах из-за их высокой надежности, малых габаритов и массы, простоты реализации, произвольного считывания. Физический смысл их функционирования основан на статических неоднородностях в полупроводнике (р-п переходы). Биполярные и МДПтранзисторы в ЗУ используются как коммутаторы и в составе триггеров.
Остановимся на использовании МДП-транзисторов. Для выяснения возможностей ЗУ на их основе остановимся только на особенностях и принципе действия ЗУ, что позволит выявить их основные свойства и сравнить с рассмотренными ранее элементами ЗУ, а также выработать рекомендации по применению их в РЭА.
132
Полупроводниковые элементы ПЗУ. Наиболее широкое применение из-за высокой плотности записи имеют элементы ПЗУ на МДП-транзисторах. Схема действия простейшего элемента ЗУ на МДП-транзисторах показана на рис. 12.1, где С – провод строки, по которому поступает сигнал запроса для считывания того, что записано в соответствующих элементах ЗУ или элементах памяти (ЭП); З – провод заземления; К – провод колонки считывания. На рис. 12.1 в левом ЭП записан «0» и МДП-транзистор включен выводами сток-исток между проводами С и З. В правом ЭП транзистор отключен, следовательно, записана «1». Количество строк (на рисунке они не показаны) соответствует количеству 2-разрядных чисел. Когда по проводу строки на затвор МДП-транзистора подается достаточное напряжение в МДП-транзисторе, как было рассмотрено в гл. 3, резко уменьшается сопротивление, напряжение источника питания Uп падает в основном на сопротивлении R, на выходе по проводу К подается «О». В правом ЭП, где транзистор не включен между проводами К и З, подача напряжения по проводу С на затвор не изменяет режима колонки, напряжение питания проходит на выход, символизируя, что в этом элементе записана «1».
Обычно БИС-памяти изготавливают с транзисторами во вcex точках, где могут быть размещены ЭП, а включение или исключение транзисторов осуществляется на выходных технологических операциях по заказу пользователя. Большое распространение получили БИС-памяти, у которых во всех пересечениях включены транзисторы, но тонкий соединительный провод в специальных устройствах для программирования пережигается в тех точках, где нужно записать «1»,
Большое значение имеет организация БИС-памяти. Обычно БИС-памяти ПЗУ изготавливаются на большую емкость, не менее чем тысячи битов; в них записываются многоразрядные числа, например, двух, четырех, восьми и более разрядов. Для таких БИС-памяти большое значение имеет решение задачи отыскания строк и колонок, или адреса, по которому записывается, а затем считывается записанная в ЗУ информация. Код адреса поступает от устройства управления выдачей из ЗУ записанной информации. Типичная организация БИС-памяти представлена на рис. 12.2. Для примера взят случай, когда емкость памяти равна 1024 бит, организация 256X4 (4 – количество разрядов в слове, 256 – количество 4-разрядных слов). На подложке формируется 1024 элемента памяти. На рис. 12.2: РГА – регистр адреса, куда поступает код адреса ячейки, из которой должно быть считано 4-разрядное число; ДШ – дешифратор строк, в котором по коду адреса вырабатывается напряжение, поступающее по определенной строке на затворы МДП-транзисторов, включенных (или исключенных) в соответствующих точках пересечений колонок и строк; М1–М4 – мультиплексоры, подающие напряжение на выход только с определенных колонок. Мультиплексор – это управляемый электронный коммутатор, обеспечивающий выдачу на один выход одного из напряжений, поступающих на несколько входов в зависимости от кода числа, поданного по цепи управления.
133
пРисунок 1.12..2
Следовательно, имеется 256 4-разрядных слов, которые должны быть заранее записаны в накопитель и извлекаться в соответствии с кодом адреса. В данном случае код адреса может содержать восемь символов. Кроме 1024 элементов ЗУ (ЭП) в БИС должны быть сформированы регистр адреса, дешифратор строк и четыре мультиплексора для выбора колонки.
Рассмотрим, как работает такая БИС-памяти. В РГА записывается код адреса (пять символов этого адреса подаются на дешифратор строк и три на мультиплексоры). На все колонки через сопротивление R вдается напряжение источника питания Uп.
На рис. 12.2 показан код адреса 01011010. Это означает, что дешифратор строк выберет 11-ую строку (с учетом того, что есть нулевая строка), а в мультиплексорах будет выделяться каждая вторая колонка (с учетом того, что есть нулевая колонка). Пересечения этих строк и колонок показаны символами ЭП, в качестве которых используются включенные (или не включенные) транзисторы. Предположим, что в этих ЭП было записано число 0110. Тогда на выходах мультиплексоров вырабатывается число 0110.