структура ПЗУ с организацией тХп бит. Информация записывается однократно. При кодировании может быть принято следующее условие: 0 соответствует наличие соединения базы транзистора с шиной строки, I - отсутствие такого соединения.

При выборке строки открываются транзисторы, соединенные с адресной шиной, и на соответствующих им разрядных шинах фиксируется 0. На остальных шинах будет уровень 1. Обычно предусматривается вход ВМ для сигнала разрешения считывания.

Аналогично строятся масочные ПЗУ на МДП-транзисторах.

-il"f+fh.n

J.C---~~.Г~------

1

ВМ-

j к к к к;

I Мащцца-I нотпитепь

V

Усилители считыШия

Усилители считывания

Выходы

Рис. 5.17. ПЗУ на биполярных транзисторах

Рис. 5.18. ППЗУ на многоэмиттерных транзисторах

Программируемые ПЗУ в отличие от масочных ПЗУ позволяют записать, но тоже однократно, нужную информацию самому пользователю. Для этого с помощью специальной установки пережигают плавкие перемычки в точках соединения столбцов и строк. Один из вариантов ППЗУ на основе многоэмиттерных транзисторов показан на рис. 5.18. Один транзистор составляет строку. При выборке по адресной шине на базу транзистора поступает сигнал. Транзистор открывается, и на разрядных шинах формируются уровни напряжения, соответствующие схеме соединения с этими шинами эмиттеров данного транзистора: если эмиттер соединен с шиной, то в эту шину поступит ток от источника коллекторного напряжения, если перемычка разрушена, то тока в шине не будет. Выходными усилителями это различие в состояниях разрядных шин преобразуется в код числа.

Репрограммируемые ПЗУ обычно строят на основе структур МНОП, т. е. металл-нитрид кремния-окисел кремния-полупроводник, или МДП с плавающим затвором. Структура МНОП представляет собой (рис. 5.19,с) МДП-транзистор с двухслойным диэлектриком под затвором. Нижний, примыкающий к полупроводнику слой двуокиси кремния толщиной 3 - 4 им, «прозрачен» для электронов. Если к затвору относительно подложки приложить импульс напряжения положительной полярности, то под действием сильного электриче-сксгс поля между затвором и подложкой электроны приобретают достаточную энергию, чтобы пройти тонкий диэлектрический слой до границы раздела двух диэлектриков. Верхний слой нитрида кремния имеет значительную толщину, так что электроны преодолеть его не могут.

г-*о

? % su ™ m

аУТпV

Рис. 5.19. МНОП-транзистор (a) и его передаточная характеристика для двух состояний (б)

Накопленный на границе раздела двух диэлектрических слоев заряд электронов снижает пороговое напряжение и смещает передаточную характеристику транзистора влево (рис. 5.19,6). Так записывается 1. Логическому 0 соответствует состояние транзистора без заряда электронов в диэлектрике. Чтобы обеспечить это состояние, на затвор подается импульс напряжения отрицательной полярности. При этом электроны вытесняются в подложку. При отсутствии заряда электронов под затвором передаточная характеристика смещается в область высоких пороговых напряжений.

Для считывания записанной информации на затвор необходимо подать напряжение, значение которого лежит между двумя пороговыми уровнями, соответствующими 0 и 1. Тогда при записанном 1 транзистор откроется, а при 0 - останется в закрытом состоянии.

Число циклов перепрограммирования составляет несколько тысяч. Перепрограммирование осуществляется значительными по амплитуде импульсами напряжения (30 - 40 В), что обусловливает высокие требования к электрической прочности диэлектрических слоев и электронно-дырочных переходов.

Другое направление создания РПЗУ основано на использовании свойств МДП-структур с плавающим

затвором (рис. 5.20,а, б). Особенность устройства такого элемента памяти заключается в том, что затвор формируется внутри диэлектрика и не имеет наружных выводов. Затвор отделен от подложки тонким, прозрачным для электронов слоем диэлектрика.

Для записи 1 между истоком или стоком и подложкой прикладывается обратное напряжение, достаточное для создания условий лавинного размножения электронов в электронно-дырочном переходе. Эти электроны, имея большую кинетическую энергию, попадают на затвор, накапливаются на нем и создают потенциал, достаточный для наведения канала. Если на затворе заряд отсутствует, канал не формируется. Это состояние транзистора соответствует 0.

Рис. 5.20. РПЗУ на МДП-приборе с плавающим затвором:

а - МДП-прибор с плавающим затвором; б - условное обозначение; в - матрица-накопитель РПЗУ

В состав матрицы-накопителя МДП-транзистор с плавающим затвором включают в паре с обычным МДП-транзистором (рис. 5.20,в). Очевидно, что при проводящем состоянии транзистора Т2, когда записана 1, через тракзисторы ti и Т2 в выходную щину потечет ток считывания. Если же записан 0, транзистор Т2 закрыт и тока в выходной шине не будет.

Стирание информации в РПЗУ такого типа производится ультрафиолетовым облучением кристалла микросхемы через окно в крышке корпуса. Количество циклов перепрограммирования около 100.

Репрограммируемые ПЗУ способны сохранять заряд при отклю-ценном питании в течение 2 - 3 тыс. ч.

выходы

Глава шестая ЦИФРОАНАЛОГОВЫЕ И АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ

6.1. ЦИФРОАНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Под цифроаналоговыми преобразователями (ЦАП) понимают устройства, позволяющие осуществить переход от информации в цифровой форме к информации в аналоговой форме. Эти преобразователи широко используют в системах цифровой обработки данных, в устройствах управления, для вывода информации из ЭВМ и передачи ее на исполнительные устройства и т. п.

В ЦАП входным сигналом является цифровой код в различных системах счисления, а выходным - соответствующее ему значение аналоговой величины в виде напряжения постоянного тока, временного интервала и т. п. В ЦАП, построенных на микросхемах, в качестве входного сигнала чаще всего используют двоичный позиционный код или построенный на его основе десятичный код. Выходным сигналом является напряжение постоянного тока. Подобные ЦАП и будут рассмотрены далее.

Цифроаналоговое преобразование состоит в суммировании эталонных значений напряжения, соответствующих разрядам входного кода, причем в суммировании будут участвовать только те эталоны, для которых в соответствующих разрядах стоит единица. Структурная схема ЦАП в общем виде показана на рис. 6.1. Для ЦАП выходное напряжение определяется следующим образом: Uvt>I~Uoa{bl2-+b£-i+ ... +Ьк2~»),

где Uon - опорное (эталонное) значение напряжения; йь Ь2, Ьп - коэффициенты двоичных разрядов, принимающие значения 0 или 1.

Основными параметрами ЦАП являются:

1. Разрешающая способность, определяемая количеством двоичных разрядов входного кода и характеризующаяся возможным количеством уровней аналогового сигнала.

1< 2<

ЦАП

Рис. 6.1. Структурная схема ЦАП

2.Точность, определяемая наибольшим значением отклонения аналогового сигнала от расчетного. Она обычно выражается в виде половины уровня сигнала, соответствующего младшему значащему разряду (МЗР). Суммарная ошибки, вносимая элементами ЦАП, не должна превышать указанную погрешность квантования.

3.Нелинейность, характеризующаяся максимальным отклонением линейно-нарастающего выходного напряжения от прямой линии, соединяющей точки нуля и максимального выходного CHI нала (обычно не выше

+1/2 значения МЗР).

4.Время преобразования (установления), определяемое интервалом времени от момента подачи цифрового сигнала до момента достижения выходным сигналом установившегося значения.

Как правило, ЦАП содержит резистивную матрицу, с помощью которой формируются выходные сигналы, пропорциональные входному коду; набор токовых ключей, реализующих коэффициенты двоичных разрядов; выходной усилитель и источник опорного стабилизированного напряжения. Кроме того, обычно в схему включают устройство, обеспечивающее согласование входа ЦАП с цифровыми микросхемами.

Рассмотрим принципы построения основных узлов ЦАП.

Резистивная матрица может иметь различную структуру. Один из ее вариантов (с весовыми резисторами) показан на рис. 6.2,а. Здесь каждому разряду соответствует свой разрядный ток I1, I2, 1п. Эти токи задаются с помощью матрицы резисторов, сопротивления которых удваиваются при переходе от старшего разряда к младшему. Основной недостаток рассмотренной структуры - широкий диапазон сопротивлений и их высокая требуемая точность, особенно при большом числе разрядов входного кода. Другой вариант резистивной матрицы (с резистивной сеткой R - 2R), получивший широкое распространение, показан на рис. 6.2,6. Здесь используются резисторы только двух номиналов. Формирование тока, соответствующего данному разряду, в этой схеме осуществляется как за счет последовательных, так и параллельных цепей сопротивлений. При переходе от старшего разряда к младшему ток изменяется в два раза (как и в схеме, показанной на рис. 6.2,а). Токовые ключи, предназначенные для коммутации элементов резистивной матрицы, должны иметь высокое быстродействие и не вносить заметных погрешностей в разрядные токи. Ключи для быстродеиствующих ЦАП строятся обычно на биполярных транзисторах и диодах, для преобразователей среднего и низкого бьгтподей-ствия широко применяются ключи на КМДП-транзнсторах характеризующихся малым потреблением энергии.