电路中的存储器设计与存储器技术

SOC中MBIST结构的设计与实现作者：黄玮来源：《科技传播》2015年第12期摘要现代SOC电路中，嵌入式存储器所占规模与数量趋于变大，使得测试也越之复杂，目前常用的测试方法是通过eda软件自动生成MBIST电路进行自测试。

该设计基于一个实际的项目，对电路中存储器进行了完整的MBIST结构设计，同时加入了一个标志位移位电路，从而能够准确诊断出故障存储器，最后通过NC_verilog软件完成MBIST结构电路的仿真。

关键词存储器；MBIST；测试；SOC中图分类号TP39 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2015）141-0130-020 引言随着集成电路的规模越来越大，嵌入的存储器也随着变多，传统的测试方法受测试难度和测试成本所制约，已不为芯片设计厂商所接受。

目前存储器最常用的测试方法是通过内建自测试存储器电路[1]（MBIST：存储器内建自测试）来实现，其通过eda软件，自动生成存储器的测试电路，根据相应的算法对存储器地址进行读写，完成存储器的测试。

该种测试方法虽然会在电路中加入一些控制逻辑，从而增加芯片的面积，但是对于大规模测试电路，其能够实现测试自动化，减小测试时间，提高测试覆盖率，很大程度上节约测试成本。

本文采用MBIST测试方法，完成对电路中存储器的测试，同时加入了标志位移位电路，能够准确判断错误存储器的位置，从而减少测试诊断时间。

1 MBIST结构介绍MBIST是以存储器为目标，通过采用特定的算法，来检测存储器中存在的某些缺陷的一种测试方法，其主要由bist控制电路，测试向量生成电路，测试响应比较电路三部分组成[2-3]，其常用的结构图如图1所示。

图1 MBIST电路结构图1中bist控制电路其内部为一个状态机电路，控制bist电路对存储器进行读写操作；测试向量生成电路根据所选的算法生成不同的测试向量，不同的算法可以得到不同的存储器测试覆盖率；测试响应比较电路是通过对实际存储器输出值与控制电路生成的理想值做对比，来判断存储器是否有问题。

数字集成电路设计一、引言数字集成电路设计是一个广泛且深入的领域，它涉及到多种基本元素和复杂系统的设计。

本文将深入探讨数字集成电路设计的主要方面，包括逻辑门设计、触发器设计、寄存器设计、计数器设计、移位器设计、比较器设计、译码器设计、编码器设计、存储器设计和数字系统集成。

二、逻辑门设计逻辑门是数字电路的基本组成单元，用于实现逻辑运算。

常见的逻辑门包括与门、或门、非门、与非门和或非门等。

在设计逻辑门时，需要考虑门的输入和输出电压阈值，以确保其正常工作和避免误操作。

三、触发器设计触发器是数字电路中用于存储二进制数的元件。

它有两个稳定状态，可以存储一位二进制数。

常见的触发器包括RS触发器、D触发器和JK触发器等。

在设计触发器时，需要考虑其工作原理和特性，以确保其正常工作和实现预期的功能。

四、寄存器设计寄存器是数字电路中用于存储多位二进制数的元件。

它由多个触发器组成，可以存储一组二进制数。

常见的寄存器包括移位寄存器和同步寄存器等。

在设计寄存器时，需要考虑其结构和时序特性，以确保其正常工作和实现预期的功能。

五、计数器设计计数器是数字电路中用于对事件进行计数的元件。

它可以对输入信号的脉冲个数进行计数，并输出计数值。

常见的计数器包括二进制计数器和十进制计数器等。

在设计计数器时，需要考虑其工作原理和特性，以确保其正常工作和实现预期的功能。

六、移位器设计移位器是数字电路中用于对二进制数进行移位的元件。

它可以对输入信号进行位移操作，并输出移位后的结果。

常见的移位器包括循环移位器和算术移位器等。

在设计移位器时，需要考虑其工作原理和特性，以确保其正常工作和实现预期的功能。

七、比较器设计比较器是数字电路中用于比较两个二进制数的元件。

它可以比较两个数的值，并输出比较结果。

常见的比较器包括并行比较器和串行比较器等。

在设计比较器时，需要考虑其工作原理和特性，以确保其正常工作和实现预期的功能。

八、译码器设计译码器是数字电路中用于将二进制数转换为另一种形式的元件。

ROM存储器内涵EPROM2716存储器的介绍 课 堂 教 学 实 施 方 案 授 课 时 间： 课 题：只读存储器ROM、主存储器的设计

5.3 只读存储器ROM

指在微机系统的在线运行过程中，只能对其进行读操作，而不能进行写操作的一类存储器，在不断发展变化的过程中，ROM

器件也产生了掩模ROM、PROM、EPROM、EEPROM等各种不同类型。

一、掩模ROM 如图4-11所示，是一个简单的4×4位的MOS ROM存储阵列，采用单译码方式。这时，有两位地址输入，经译码后，输出四条字选择线，每条字选择线选中一个字，此时位线的输出即为这个字的每一位。 此时，若有管子与其相连（如位线1和位线4），则相应的MOS管就导通，这些位线的输出就是低电表平，表示逻辑“0”；而没有管子与其相连的位线（如位线2和位线3），则输出就是高电平，表示逻辑“1”。 二、可编程的ROM

掩模ROM的存储单元在生产完成之后，其所保存的信息就已经固定下来了，这给使用者带来了不便。为了解决这个矛盾，设计制造了一种可由用户通过简易设备写入信息的ROM器件，即可编程的ROM，又称为PROM。 PROM 的类型有多种，我们以二极管破坏型PROM为例来说明其存储原理。 这种PROM存储器在出厂时，存储体中每条字线和位线的交叉处都是两个反向串联的二极管的PN结，字线与位线之间不导通，此时，意味着该存储器中所有的存储内容均为“1”。如果用户需要写入程序，则要通过专门的PROM写入电路，产生足够大的电流把要写入“1”的那个存储位上的二极管击穿，造成这个PN结短路，只剩下顺向的二极管跨连字线和位线，这时，此位就意味着写入了“1”。读出的操作同掩模ROM。 除此之外，还有一种熔丝式PROM，用户编程时，靠专用写入电路产生脉冲电流，来烧断

P+P

+

AlSiO2

SD浮空多

晶硅栅

N基体

字线

EPROM(a)(b)

位线 A1

A2A3A4A5A6A7O1O2O0A0地VCCA8A9VPPOEA10

电子设计技术手册电子设计技术是电子工程学科的基础和核心，是诸多工程应用的基石。

在现代高科技产业中得到广泛的应用，涉及到诸多学科领域，如通信、控制、计算机、自动化等。

本手册旨在帮助开发者和电子工程师学习电子设计的相关技术，提高电路设计的效率和质量。

第一章：基础知识在学习电子设计技术之前，必须掌握基础电子学知识，包括电路分析与设计、电子元器件和电子仪器及测试。

1.1 电路分析与设计电路分析与设计是电子设计的核心内容，掌握好电路分析与设计方法可以提高电路设计效率和成功率。

电路分析包括直流电路分析、交流电路分析和数字电路分析。

电路设计包括模拟电路设计和数字电路设计。

在电路分析和设计的过程中，需要根据具体的需要选择不同的电子元器件进行组合。

1.2 电子元器件电子元器件是电路设计的基础，掌握好电子元器件的基本参数和特性对电路设计至关重要。

电子元器件可以分为有源元器件和无源元器件两种类型。

有源元器件包括三极管、场效应管、集成电路等；无源元器件包括电阻、电容、电感等。

不同的电子元器件在电路中有不同的作用和应用场景。

1.3 电子仪器及测试电子仪器是电子工程师必备的工作工具，掌握好电子仪器的使用方法可以提高工作效率。

电子仪器包括示波器、函数发生器、多用表等。

电子测试是电子工程师必须掌握的技能之一，可以使用测试方法验证电路设计的正确性和稳定性。

第二章：模拟电路设计模拟电路在现代电子工程中得到广泛的应用，涉及到电源电路、放大电路、滤波电路、混频电路、振荡电路等。

2.1 电源电路设计电源电路是保证电子设备正常工作的基石，设计合适的电源电路可以保证设备工作的稳定性和可靠性。

电源电路的设计需要确定电源的类型、输出电压和电流，选择合适的变压器和电源滤波电容等元器件。

2.2 放大电路设计放大电路是模拟电路的重要组成部分，可以将微小的信号放大到一定的幅度，涉及到放大器的类型、放大倍数、带宽等参数的选择。

放大电路的设计需要注意防止幅度失真、相位失真和噪声的干扰。

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。

ic设计memory典型电路
在IC设计中，memory电路是其中一个重要的组成部分。

它用于存储和读取数据，并且在现代电子设备中起着举足轻重的作用。

以下是一些典型的memory电路：
1. 静态随机存取存储器（SRAM）：SRAM是一种基于触发器
和电容的memory电路。

它具有快速的读写速度和随机访问的
能力，适用于高速缓存和寄存器等低容量的memory应用。

2. 动态随机存取存储器（DRAM）：DRAM是一种基于电容
和电荷传输的memory电路。

它可以实现较高的存储密度，但
读写速度较慢。

DRAM通常用于大容量的主存储器。

3. 闪存存储器：闪存是一种非易失性存储器，可以在断电情况下保留存储的数据。

它主要用于存储固件、操作系统和数据等。

闪存存储器分为NAND闪存和NOR闪存两种类型，它们的结构和工作原理略有不同。

4. 二进制存储器（EPROM和EEPROM）：EPROM（可擦写
可编程只读存储器）和EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）是一种可编程的存储器，可以多次擦写和编程。

它们通常用于固件更新和配置信息等应用。

5. 缓冲存储器：缓冲存储器用于在不同速度的电路之间提供缓冲，并平衡输入和输出速度之间的差异。

它们通常用于数据传输和接口电路等。

以上只是一些典型的memory电路，实际上，根据不同的应用和需求，还有许多其他类型的memory电路可供选择和设计。

现代计算机存储器件的发展历史和趋势1. 存储器简介存储器(Memory)是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。

2. 半导体存储器由于对运行速度的要求，现代计算机的内存储器多采用半导体存储器。

半导体存储器包括只读存储器(ROM)和随机读写存储器(RAM)两大类。

2.1 只读存储器ROM 是路线最简单的半导体电路，通过掩模工艺，一次性创造，在元件正常工作的情况下，其中的代码与数据将永久保存，并且不能够进行修改。

普通地，只读存储器用来存放固定的程序和数据，如微机的监控程序、BIOS (基本输入/输出系统Basic Input/Output System) 、汇编程序、用户程序、数据表格等。

根据编程方法不同，ROM 可分为以下五种：1、掩码式只读存储器，这种ROM 在创造过程中，其中的数据已经事先确定了，于是只能读出，而不能再改变。

它的优点是可靠性高，价格便宜，适宜批量生产。

2、可一次性编程只读存储器(PROM)，为了使用户能够根据自己的需要来写ROM，厂家生产了一种PROM。

允许用户对其进行一次编程——写入数据或者程序。

一旦编程之后，信息就永久性地固定下来。

用户可以读出和使用，但再也无法改变其内容。

3、可擦可编程只读存储器(EPROM)，这是一种具有可擦除功能，擦除后即可进行再编程的ROM 内存，写入前必须先把里面的内容用紫外线照射它的IC 卡上的透明视窗的方式来清除掉。

4、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)，功能与EPROM 一样，不同之处是清除数据的方式，它是以约20V 的电压来进行清除的。