数字电路--半导体存储器原理

sram bit 8个晶体管电路SRAM (Static Random Access Memory) 是一种基于晶体管的半导体存储器。

它不需要刷新电路，可以随时读写，速度快，应用广泛。

本文将介绍一个 SRAM 的 8 位单元电路，包含 8 个晶体管。

下面将详细介绍电路工作原理和实现方法。

一、SRAM 原理SRAM 是在 MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) 可控电阻基础上发展起来的存储器，它的基本单元是一个双稳态电路。

这种电路可以在两种稳定状态之间切换，代表 1 或 0的存储状态。

具体来说，SRAM 的每个存储单元包括一个反相器（Inverter）和一个传输门（Transmission Gate）。

当传输门的开关控制引脚为高电平时，反相器的输出会被保存在传输门的存储电容器上；当传输门的开关控制引脚为低电平时，反相器的输出不会被保存在传输门上。

二、电路图及分析接下来介绍的是一个包含 8 个 SRAM 单元的电路图，如下所示：图中矩形框内部分为一个 SRAM 单元。

T1 和 T2 形成一个反相器，输出为 Q1；T3和 T4 形成另一个反相器，输出为 !Q1。

T5 和 T6 形成传输门，用来控制 Q1 的保存和释放。

T7 和 T8 形成传输门，用来控制 !Q1 的保存和释放。

在电路图中同时连接了 8 个 SRAM 单元，所以分别存在 Q1~Q8 和 !Q1~!Q8 两路电路。

Q1~Q8 构成一个 8 位字节的存储单元，用来保存数据，!Q1~!Q8 则是其补码。

当Q1~Q8 中的传输门为开状态（控制引脚为高电位），则存储的数据被保存在它们的电容器中。

当传输门为关状态（控制引脚为低电位），则数据可能会被改变或者保持不变。

半导体存储器一．存储器简介存储器（Memory）是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。

在数字系统中，只要能保存二进制数据的都可以是存储器；在集成电路中，一个没有实物形式的具有存储功能的电路也叫存储器，如RAM、FIFO等；在系统中，具有实物形式的存储设备也叫存储器，如内存条、TF卡等。

计算机中全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。

存储器件是计算机系统的重要组成部分，现代计算机的内存储器多采用半导体存储器。

存储器（Memory）计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。

计算机中的全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。

它根据控制器指定的位置存入和取出信息。

自世界上第一台计算机问世以来，计算机的存储器件也在不断的发展更新，从一开始的汞延迟线，磁带，磁鼓，磁芯，到现在的半导体存储器，磁盘，光盘，纳米存储等，无不体现着科学技术的快速发展。

存储器的主要功能是存储程序和各种数据，并能在计算机运行过程中高速、自动地完成程序或数据的存取。

存储器是具有“记忆”功能的设备，它采用具有两种稳定状态的物理器件来存储信息。

这些器件也称为记忆元件。

在计算机中采用只有两个数码“0”和“1”的二进制来表示数据。

记忆元件的两种稳定状态分别表示为“0”和“1”。

日常使用的十进制数必须转换成等值的二进制数才能存入存储器中。

计算机中处理的各种字符，例如英文字母、运算符号等，也要转换成二进制代码才能存储和操作。

储器的存储介质，存储元，它可存储一个二进制代码。

由若干个存储元组成一个存储单元，然后再由许多存储单元组成一个存储器。

一个存储器包含许多存储单元，每个存储单元可存放一个字节（按字节编址）。

每个存储单元的位置都有一个编号，即地址，一般用十六进制表示。

一个存储器中所有存储单元可存放数据的总和称为它的存储容量。

假设一个存储器的地址码由20位二进制数（即5位十六进制数）组成，则可表示2的20次方，即1M个存储单元地址。

mos的工作原理MOS(Metal-O某ide-Semiconductor)是一种基于场效应晶体管技术的半导体器件，用于制作各种应用的集成电路。

MOS的工作原理基于半导体PN结和金属导体、氧化层之间的相互作用。

在MOS器件中，金属导体和半导体之间的氧化物形成了不同的氧化状态，从而控制了器件的导电特性。

MOS具有低功耗、高稳定性、制造成本低等优点，广泛应用于各种数字电路、放大器电路、模拟电路和存储器等领域。

MOS的结构形式主要包括pMOS和nMOS两种类型，分别由p型半导体和n型半导体构成。

nMOS与pMOS的开关原理不同，nMOS的导通通过给源极加正电压，而pMOS通过给源极加负电压来实现导通。

下面将分别介绍nMOS和pMOS的工作原理。

1.nMOS：nMOS由一个p型半导体基底、一层n型沟道和一层金属导电层构成。

在正常情况下，沟道是不导电的，因为金属电极和沟道之间的氧化物具有一定的绝缘性。

当向金属电极施加正电压时，沟道下方会形成一个p型区域，这可以促使电子从n型区域向p型区域移动，这个过程被称为势垒调制。

当沟道下方出现足够的空穴时，沟道变成了由n型异质区和p型区域构成的导通通道。

如果将金属电极换成另一个电压，则电荷通道会关闭，沟道变为不导电状态。

2.pMOS：pMOS由一个n型半导体基底、一层p型沟道和一层金属导电层构成。

与nMOS不同的是，pMOS的响应电压相反。

在正常情况下，pMOS的沟道处于导电状态。

当施加负电压时，会在n型基底中产生一个n型区域，从而吸引沟道中的空穴，导致沟道关闭，于是电荷流无法通过。

如果将金属电极换成另一个电压，则导电沟道会打开，从而允许电荷流。

总之，MOS的工作原理基于场效应晶体管技术，通过氧化层和金属导体之间的相互作用来控制电荷流的导通。

MOS优点是低功耗，制造成本低，能够制作高性能的存储器，缺点是面积和封装方式限制了集成度的发展，以及一定程度上的灵敏度问题，需要定期的校准。

第7章半导体存储器内容提要半导体存储器是存储二值信息的大规模集成电路，本章主要介绍了（1）顺序存取存储器（SAM）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）的工作原理。

（2）各种存储器的存储单元。

（3）半导体存储器的主要技术指标和存储容量扩展方法。

（4）半导体存储器芯片的应用。

教学基本要求掌握：（1）SAM、RAM和ROM的功能和使用方法。

（2）存储器的技术指标。

（3）用ROM实现组合逻辑电路。

理解SAM、RAM和ROM的工作原理。

了解：（1）动态CMOS反相器。

（2）动态CMOS移存单元。

（3）MOS静态及动态存储单元。

重点与难点本章重点：（1）SAM、RAM和ROM的功能。

（2）半导体存储器使用方法（存储用量的扩展）。

（3）用ROM 实现组合逻辑电路。

本章难点：动态CMOS 反相器、动态CMOS 移存单元及MOS 静态、动态存储单元的工作原理。

7.1■■■■■■■■■半导体存储器是存储二值信息的大规模集成电路，是现代数字系统的 重要组成部分。

半导体存储器分类如下：I 融+n 右西方性翼静态（SRAM ）（六管MO 白静态存储单元） 随机存取存储器〔^^'｛动态侬^1口3网又单管、三管动态则□吕存储单元） 一固定艮cmil 二极管、M 口号管） 可编程RDM （PROM ）［三极管中熠丝上可擦除可编程ROM （EPROM ）［叠层栅管、雪崩j1-电可擦除可编程良口财（EEPROM^【叠层栅管、隧道）按制造工艺分，有双极型和MOS 型两类。

双极型存储器具有工作速度快、功耗大、价格较高的特点。

MOS 型存储器具有集成度高、功耗小、工艺简单、价格低等特点。

按存取方式分，有顺序存取存储器（SAM ）、随机存取存储器（RAM ）和只读存储器（ROM ）三类。

（1）顺序存取存储器（简称SAM ）：对信息的存入（写）或取出（读）是按顺序进行的，即具有“先入先出”或“先入后出”的特点。

（2）随机存取存储器（简称RAM ）：可在任何时刻随机地对任意一个单元直接存取信息。

存储电路原理一、概述存储电路是一种能够存储数字信号的电路，它可以将输入的数字信号转换成电压或电流等模拟量信号，然后将这些模拟量信号存储在电容器、磁芯或其他存储元件中。

存储电路广泛应用于计算机、通讯设备、数字音频等领域。

二、基本原理存储电路的基本原理是利用能够保持状态的元件来实现信息的存储。

这些元件可以是电容器、磁芯、场效应管等。

当输入数字信号时，这些元件就会根据输入信号的不同状态来改变其内部状态，从而实现信息的存储。

三、常见存储元件1. 电容器电容器是一种能够在两个导体之间存储能量的被动元件。

当一个电容器接收到一个数字信号时，就会将该信号转换成电压，并将这个电压分布在两个导体之间的介质中。

由于介质具有极高的绝缘性能，因此这个分布在介质中的电荷就会被保持住，从而实现了信息的存储。

2. 磁芯磁芯是一种利用铁磁性材料制成的元件。

当一个磁芯接收到一个数字信号时，就会将该信号转换成磁场，并将这个磁场存储在铁磁性材料中。

由于铁磁性材料具有极高的磁导率和剩磁，因此这个存储在其中的磁场就会被保持住，从而实现了信息的存储。

3. 场效应管场效应管是一种利用半导体材料制成的元件。

当一个场效应管接收到一个数字信号时，就会将该信号转换成电流，并将这个电流存储在半导体中。

由于半导体具有极高的电阻率和电容率，因此这个存储在其中的电流就会被保持住，从而实现了信息的存储。

四、常见存储电路1. 暂态存储器暂态存储器是一种能够暂时存储数字信号的电路。

它主要由若干个触发器组成，每个触发器可以分别存储一个二进制位。

当输入数字信号时，暂态存储器会将该信号转换成若干个二进制位，并将这些二进制位分别写入不同的触发器中。

由于触发器具有极高的稳定性和可靠性，因此暂态存储器可以保持这些二进制位的状态，并在需要时将它们读取出来。

2. 静态随机存储器静态随机存储器是一种能够永久存储数字信号的电路。

它主要由若干个存储单元组成，每个存储单元可以分别存储一个二进制位。

cmos电路和器件基本结构CMOS电路和器件基本结构CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）电路是一种广泛应用于数字集成电路中的技术。

CMOS电路由CMOS 器件构成，它是一种特殊的半导体器件。

本文将介绍CMOS电路和器件的基本结构。

一、CMOS电路的基本原理CMOS电路的基本原理是利用n型MOS（NMOS）和p型MOS （PMOS）两种互补型的场效应晶体管（FET）来实现电路的逻辑功能。

NMOS和PMOS的特性互补，通过它们的联合工作可以实现低功耗、高集成度和高噪声抑制的优点。

二、CMOS器件的基本结构CMOS器件由一对互补型的MOSFET组成，即NMOS和PMOS。

这两种器件的基本结构如下：1. NMOS结构NMOS器件由一个n型沟道和两个控制电极（栅极和源极）组成。

栅极用于控制沟道的导电性，源极和漏极用于连接电路。

当栅极施加高电压时，沟道会形成导电通道，电流可以从源极流向漏极；当栅极施加低电压时，导电通道关闭，电流无法流动。

2. PMOS结构PMOS器件由一个p型沟道和两个控制电极（栅极和源极）组成。

栅极用于控制沟道的导电性，源极和漏极用于连接电路。

与NMOS 相反，当栅极施加低电压时，沟道会形成导电通道，电流可以从源极流向漏极；当栅极施加高电压时，导电通道关闭，电流无法流动。

三、CMOS电路的工作原理CMOS电路的工作原理是利用两个互补型MOSFET的特性，通过不同的输入信号来控制输出信号。

当输入信号为高电平时，NMOS 导通，PMOS截止；当输入信号为低电平时，PMOS导通，NMOS 截止。

这样就实现了输入信号与输出信号之间的逻辑关系。

四、CMOS电路的优点CMOS电路具有以下几个优点：1. 低功耗：CMOS电路只在切换时才消耗电能，而静态时几乎不消耗电能，因此功耗较低。

2. 高集成度：CMOS电路中的晶体管可以非常小型化，因此可以实现高度集成的芯片设计。

半导体工作原理半导体是一种具有特殊导电性质的物质，它在现代电子技术中起着重要的作用。

本文将深入探讨半导体的工作原理及其在电子设备中的应用。

一、半导体基础知识半导体是介于导体和绝缘体之间的一类材料，其导电性介于金属和非金属之间。

半导体中的载流子可以是电子或空穴，它们的行为受到原子晶格结构及掺杂材料的影响。

二、杂质掺杂为了改变半导体的导电性能，可以通过掺杂来引入少量杂质原子。

掺杂分为两种类型：n 型掺杂和 p 型掺杂。

n 型半导体是通过在原有半导体中加入能够提供自由电子的掺杂原子，如磷或砷。

p 型半导体是通过在原有半导体中加入能够提供空穴的掺杂原子，如硼或铝。

三、PN结PN 结是由一个p 型半导体与一个n 型半导体直接接触形成的结构。

在 PN 结中，由于电子从 n 区域向 p 区域迁移，形成了一个电子富集区。

同时，由于空穴从 p 区域向 n 区域迁移，形成了一个空穴富集区。

这两个富集区之间形成了一个电势差，称为内建电压。

PN 结的工作原理基于这一内建电势差。

四、正向偏置和反向偏置在实际应用中，PN 结可以通过外加电压来改变其导电性能。

当外加正向电压时，即 p 区域连接正极，n 区域连接负极，这种情况下，电子从 n 区域向 p 区域迁移，空穴从 p 区域向 n 区域迁移，PN 结导通。

这被称为正向偏置。

当外加反向电压时，即 p 区域连接负极，n 区域连接正极，这种情况下，电子和空穴被引向迁移到 PN 结两端，PN 结不导电。

这被称为反向偏置。

五、二极管二极管是由一个 P 型半导体和一个 N 型半导体组成的器件。

在二极管中，当施加正向电压时，电流通过，而在施加反向电压时，电流被阻止通过。

二极管可用于整流、保护电路及信号调制等应用。

六、晶体管晶体管是一种三层结构的半导体器件，由一个 p 型半导体和两个 n型半导体组成。

晶体管分为 NPN 型和 PNP 型两种。

晶体管的工作原理基于外加电压的控制，当外加电压超过一定阈值时，电流得以通过，否则电流被阻断。

半导体的原理和构造一、半导体的基本原理半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，其导电性介于金属和非金属之间。

半导体材料中的导电行为主要来源于其电子结构，其原子结构中存在自由电子和空穴，这使得半导体具有特殊的导电性质。

半导体的导电性主要受到温度和施加的外加电场的影响。

在半导体中，电子可以被激发为自由电子，也可以被填充，形成空穴。

当向半导体施加电场时，自由电子和空穴会在半导体内移动，从而形成电流。

二、半导体的构造半导体器件的构造通常由掺杂的半导体材料构成。

掺杂是指在半导体晶体中引入一定数量的杂质原子，以改变其电子结构和导电性质。

掺杂可以分为N型掺杂和P型掺杂两种。

在N型掺杂中，半导体中引入了富含自由电子的杂质原子，使得半导体带负电子的结构。

而在P型掺杂中，半导体中引入了富含空穴的杂质原子，使得半导体带正电子的结构。

通过控制N型和P型半导体的结合，可以构建各种半导体器件，如二极管、晶体管等。

三、半导体器件的应用半导体器件在现代电子技术中起着重要作用。

例如，二极管作为一种基本的半导体器件，用于整流、检波、稳压等电路中；晶体管则作为一种放大元件，广泛应用于放大电路、开关电路等领域。

除此之外，光伏电池、集成电路、激光器等高科技产品也离不开半导体器件的应用。

半导体的基本原理和构造为现代电子技术的发展提供了基础，促进了信息技术、通信技术等领域的迅速发展。

结论在半导体的原理和构造中，掺杂是一种重要的技术手段，通过控制半导体材料的掺杂类型和浓度，可以实现不同功能的半导体器件。

半导体器件在电子技术领域具有广泛的应用前景，推动了现代电子技术的发展和普及。

第七章半导体存储器7.1 概述半导体存储器是一种能存储大量二值信息(或称为二值的数据)的半导体器件。

在电子计算机以及其他一些数字系统的工作过程中，都需要对大量的数据进行存储。

因此，存储器也就成了这些数字系统不可少的组成部分。

由于计算机处理的数据量越来越大，运算速度越来越快，这就要求存储器具有更大的容量和更快的存取速度。

通常都把存储量和存取速度作为评价存储器性能的重要指标。

目前动态存储器的容量已达到109位每片，一些高速随机存储器的存取时间为10ns左右。

因为半导体存储器的存储单元数目极其庞大而器件的引脚数目有限，所以在电路结构上就不可能像寄存器那样把每个存储单元的输入和输出直接引出。

为了解决这个问题，在存储器中给每个存储单元编了一个地址，只有被输入地址代码指定的那些存储单元才能与公共的输入/输出引脚接通，进行数据的读出或写入。

半导体存储器的种类很多，从功能上可以分为只读存储器和随机存储器两大类。

只读存储器在正常工作状态上只能从中读取数据，不能快速地随时修改或重新写入数据。

ROM的优点是电路结构简单，而且在断电以后数据不会丢失，它的缺点是只适用于存储那些固定数据的场合。

只读存储器中又有掩模ROM、可编程ROM和可擦除的可编程ROM几种不同类型。

掩模ROM 中的数据在制作时已经确定，无法更改。

PROM中的数据可以由用户根据自己的需要写入，但一经写入以后就不能再修改了。

EPROM里的数据则不但可以由用户根据自己的需要写入，而且还能擦除重写，所以具有更大的使用灵活性。

随机存储器与只读存储器的根本区别在于，正常工作状态下就可以随时向存储器里写入数据或从中读出数据。

根据所采用的存储单元工作原理的不同，又将随机存储器分为静态存储器和动态存储器。

由于动态存储器存储单元的结构非常简单，所以它能达到的集成度远高于静态存储器。

但是动态存储器的存取速度不如静态存储器快。

7.2 只读存储器(ROM)7.2.1掩模只读存储器ROM根据用户要求专门设计的掩模板把数据：“固化”在ROM中电路结构ROM的电路结构框图地址译码器：将输出的地址代码翻译成相应的控制信号，把指定单元选出，其数据送输出缓冲器输出缓冲器❖提高存储器带负载的能力❖实现输出状态三态控制，与系统总线连接地址译码器存储矩阵输出缓冲器WW1W2－1nAA1An－1三态控制信息单元(字)存储单元……………存储矩阵是存放信息的主体，它由许多存储单元排列组成。

半导体储存记忆的原理
半导体记忆体的工作原理：
半导体记忆体是一种以半导体电路作为存储媒体的记忆体,就是由称为记忆体晶片的半导体积体电路组成。

记忆体是用来存放当前正在使用的（即执行中）的资料和程式，我们平常所提到的电脑的记忆体指的是动态记忆体（即DRAM），动态记忆体中所谓的“动态”，指的是当我们将资料写入DRAM后，经过一段时间，资料会丢失，因此需要一个额外设电路进行记忆体刷新操作。

具体的工作过程是这样的：一个DRAM的存储单元存储的是0还是1取决于电容是否有电荷，有电荷代表1，无电荷代表0。

但时间一长，代表1的电容会放电，代表0的电容会吸收电荷，这就是资料丢失的原因；刷新操作定期对电容进行检查，若电量大于满电量的1／2，则认为其代表1，并把电容充满电；若电量小于1／2，则认为其代表0，并把电容放电，借此来保持资料的连续性。

数字电路复习资料数字电路复习资料1第一部分：基本要求和基本概念第一章半导体器件的基本知识一，基本建议1，了解半导体pn结的形成及特性，了解半导体二极管的开关特性及钳位作用。

2，介绍半导体三极管的输出特性和输出特性，熟识半导体三极管共发射极电路的三个工作区的条件及特点，掌控三极管开关电路分析的基本方法。

3，了解绝缘栅场效应管（mos）的结构、符号、工作原理及特性。

二，基本概念1，按导电率为可以把材料分成导体、绝缘体和半导体。

2，半导体中存有空穴和自由电子两种载流子。

3，清澈半导体称作本征半导体。

4，p型半导体中的多数载流子是空穴；少数载流子是自由电子。

5，n型半导体中的多数载流子是自由电子；少数载流子是空穴。

6，pn结是一个二极管，它具有单项导电性。

7，二极管电容由结电容和扩散电容构成。

8，二极管的截至条件就是vd＜0.5v，导通条件就是vd≥0.7v。

9，三极管的截止条件是vbe＜0.5v，截止的特点是ib=ic≈0；饱和条件是ib≥（ec-vces）/（βrc），饱和的特点是vbe≈0.7v，vce=vces≤0.3v。

第二章门电路一，基本要求1，熟识分立元件“与”“或”“非”“与非”“或非”门电路的工作原理、逻辑符号和功能。

2，熟悉ttl集成与非门的结构、工作原理及外部特性，熟悉oc门三态门和异或门的功能及主要用途，掌握各种门电路输出波形的画法。

2，熟识pmos门nmos门和cmos门的结构和工作原理，熟识cmos门的外部特性及主要特点，掌控mos门电路的逻辑功能的分析方法。

二，基本概念1，门是实现一些基本逻辑关系的电路。

2，三种基本逻辑就是与、或、非。

3，与门就是同时实现与逻辑关系的电路；或门就是同时实现或逻辑关系的电路；非门就是同时实现非逻辑关系的电路。

4，按集成度可以把集成电路分为小规模（ssi）中规模（msi）大规模（lsi）和超大规模（vlsi）集成电路。

5，仅有一种载流子参予导电的器件叫做单极型器件；存有两种载流子参予导电的器件叫做双极型器件。

半导体器件的工作原理与应用半导体器件是现代电子技术中不可或缺的关键组成部分。

它们在各个领域中发挥着重要的作用，从通信到娱乐，从能源到医疗。

本文将探讨半导体器件的工作原理和广泛的应用。

一、半导体器件的工作原理半导体器件基于半导体材料的特性而工作。

半导体材料的电学特性是介于导体和绝缘体之间。

通过控制半导体材料中的载流子浓度和类型，可以调节器件的电导率，从而实现对电流和电压的控制。

1. pn结和二极管pn结是半导体器件中最基本的元件之一。

它是由p型半导体和n型半导体接触而成。

在pn结的两侧形成了电场，使得电子由n区域向p区域移动，而空穴则相反。

这种不平衡的电荷分布形成了势垒，使得当电压正向作用于二极管时，电流可以流动；而反向作用于二极管时，电流会被阻断。

2. 晶体管晶体管是一种基于半导体材料的放大器和开关。

它由三个层叠的半导体材料（n-p-n或p-n-p）构成。

当一个小的输入电流作用于晶体管的基极时，它将控制从集电极到发射极的大电流，从而放大电信号。

晶体管的开关能力也使其成为数字电路中的重要组件。

3. MOSFET金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）是一种控制电流的器件。

它由金属栅极、氧化物绝缘层和半导体层组成。

通过对栅极电压的调节，可以改变通道中形成的载流子浓度，从而调控通过器件的电流。

二、半导体器件的应用半导体器件的广泛应用涵盖了各个领域。

1. 通信技术半导体器件在通信技术中起到了至关重要的作用。

例如，光纤通信系统中的激光二极管和光敏二极管利用了半导体材料的性能，实现了高速、高效的数据传输。

此外，无线通信领域中的射频器件和微波器件也离不开半导体技术的支持。

2. 信息技术信息技术的发展离不开半导体器件的进步。

集成电路（IC）是信息技术中的核心。

它集成了大量的晶体管和其他器件，使得计算机和移动设备的性能得以大幅提升。

从微处理器到存储器，从传感器到显示器，半导体器件构成了现代信息技术的基础。

3. 能源技术半导体器件在能源技术中有着多种应用。