数字电路--半导体存储器原理
- 格式:ppt
- 大小:4.14 MB
- 文档页数:74
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。