数字电路设计 第6章 半导体存储器与可编程逻辑器件.ppt

图 ROM实现函数 的运算表电路 3.随机存取存储器（RAM） 随机存储器也叫可读写存储器。根据存储单元的工作原理不同，RAM可分为静态RAM（Static Random Access Memory，简称SRAM）和动态的RAM（Dynamic Random Access Memory，简称DRAM）两种。 SRAM使用触发器作为存储元件，因而只要使用直流电源，就可存储数据。SRAM的特点是速度快，工作稳定，且不需要刷新电路，使用方便灵活。但由于它所用MOS管较多，致使集成度低，功耗较大，成本也高。在微机系统中，SRAM常用做小容量的高速缓冲存储器。 DRAM使用电容作为存储单元，只有通过刷新对电容再充电，才能长期保存数据。DRAM的特点是集成度高，功耗低，价格便宜，但由于电容存在漏电现象，电容电荷会因为漏电而逐渐丢失，因此必须定时对DRAM进行充电刷新。在微机系统中，DRAM常被用做内存（即内存条）。 当电源被移走后，SRAM和DRAM都会丢失存储的数据，因此RAM被归类为易失性存储器。 1）结构与工作原理 由存储矩阵、地址译码器和读/写控制电路三部分组成 2）RAM的存储单元 （ 1）SRAM的存储单元 　六管CMOS管组成静态存储单元。 T1?T4为SR锁存器， T5、T6为门控管； Xi=1时，所在行被选中，T５、T６导通，锁存器的Q和Q′端与位线Dj、D′j接通； Yj＝１时，所在列被选中，Tj、T′j导通，该列存储单元和读／写控制电路接通。 （2）DRAM的存储单元 动态存储单元是利用MOS管栅极电容可以存储电荷的原理 存储单元以T２及其栅极电容C 为基础构成，数据存于栅极电容C 中。若电容C 充有足够的电荷，使T２导通，这一状态为逻辑０ ，否则为逻辑１。数据经T5由Do输出。 进行写操作时，R／W′为低电平，由于Yj为高电平，T４导通，输入数据Di经T４并由写入刷新控制电路反相，再经T１写入到电容器C 中。这样，当输入数据为０ 时， 电容充电；而输入数据为１ 时，电容放电。 3）RAM的扩展 位扩展方式 适用于每片RAM,ROM字数够用而位数不够时 接法：将各片的地址线、读写线、片选线并联即可 图 RAM的位扩展方法示意图 字扩展方式 适用于每片RAM,ROM位数够用而字数不够时 图 RAM字扩展方法示意图 4.可编程逻辑器件（PLD） 可编程逻辑器件（Programmable Logic Device）是从20世纪70年代初发展起来的一种新型逻辑器件，发展过程中，先后出现了PROM、PLA、PAL、GAL、CPLD、FPGA等类型。随着微电子技术、超大规模集成电路技术、计算机辅助设计（CAD）技术的进步和发展，PLD器件功能越来越强大，应用越来越广泛。 1）PLD 的逻辑符号表示方法 （a）与门 （b）或门 （c）输出恒等于0的与门 （d） 互补输出缓冲器 （e）三态输出缓冲器 2）可编程逻辑阵列PLA PLA中不需要包含输入变量的所有最小项，而是有多少个“与”门，就可以通过编程产生多少个乘积项。这些乘积项也不一定是最小项，而是由编程来确定。这样做显然提高了芯片的利用率。 PLA是把PROM中的地址译码器改为可编程的“与”门阵列得到的器件。故PLA采用“与”门阵列和“或”门阵列均可编程的逻辑结构。 3）PLA的逻辑阵列图 虽然PLA的芯片利用率较高，但对于多输出函数则需要提取、利用公共的“与”项，设计的软件算法比较复杂。此外，PLA的两个阵列均为可编程的，不可避免地使编程后器件的运行速度下降了。 图 PLA的逻辑阵列图 4）可编程阵列逻辑PAL 20世纪70年代末美国的单片存储器公司MMI率先推出PAL 采用双极型熔丝工艺，只能编程一次； 由可编程的与门阵列、固定的或门阵列和输出电路组成； 具有多种输出结构。 （1）PAL的基本电路结构 图 PAL的基本电路结构 举例：PAL实现下列逻辑函数。 图 逻辑函数阵列图 （2）PAL的输出结构和反馈形式 根据PAL器件输出电路结构和反馈方式的不同，可将它们分成专用输出结构、可编程输入/输出结构、寄存器输出结构、异或输出结构、运算选通反馈结构等。 （一）专用输出结构 具有互补输出的专用输出结构 （二）可编程输入/输出（可编程I/O）结构 图 可编程输入/输出结构 （三）寄存器输出结构 图 寄存器输出结构 通过反馈建立起Qn与Qn+1之间的逻辑关系。 （四）带有异或门的输出结构 图 寄存器输出结构 可编程输入端XOR控制输出极性 XOR = 0，Y与S同相； XOR = 1，Y与S反相； （3）通用阵列逻辑GAL 19