ROM和PLA

FAMOS管构成存储单元时必须附加一个P(N)沟道绝缘栅MOS管，致使面积加大，不利于集成。为此，引出SIMOS管，其存储单元只需SIMO
S管。例1:分析如图所示电路，指出该电路的功能。70年代PROMPLAPAL80
年代初GAL80年代后期CPLDEPLDFPGA90年代后SOPC第十五
章可编程器件数字电路基础部电子技术教研室连接线与点增多抗干扰下降传统的逻辑系统，当规模增大时（S
SIMSI)焊点多，可靠性下降系统规模增加成本升高功耗增加占用空间扩大7.3只读存储器ROM与可编程逻辑阵列PLA
只读存储器可分为以下几类：掩膜ROM：这种ROM在制造时就把需要存储的信息用电路结构固定下来，用户使用不得更改其存储
内容，所以又称固定存储器。可编程ROM（PROM）：PROM存储的数据是由用户按自己的需求写入的，但只能写一次，一经写入
就不能更改。可改写ROM（EPROM、E2PROM、FlashMemory）：这类ROM由用户写入数据（程序），当需要
变动时还可以修改，使用较灵活。7.3.1只读存储器（ROM）译码电路存储矩阵读出放大，控制电路☆地址译码器
☆存储矩阵☆读出放大，控制电路地址码输入片选控制一、ROM的基本结构及工作原理W0W1W2n-1字线…
B0B1Bm-1位线…A0A2An-1…D0D1Dm-1…数据输出1.固定ROM只
读存储器所存储的内容一般是固定不变的，正常工作时只能读数，不能写入，并且在断电后不丢失其中存储的内容，故称为只读存储器。
地址译码器有n个输入端，有2n个输出信息，每个输出信息对应一个信息单元，而每个单元存放一个字，共有2n个字（W0、W1、…
W2n-1称为字线）。每个字有m位，每位对应从D0、D1、…Dm-1输出（称为位线）。
存储器的容量是2n×m(字线×位线)。ROM中的存储体可以由二极管、三极管和MOS管来实现。地址码与阵
列字线或阵列位线与项相加，可以编程与阵列是输入变量的全部最小项。不可编程。11输出缓冲VCCA1A0D
1D3D2D0地址译码器存储单元字线位线熔断丝◆输出缓冲器输出缓冲器的作用有两个，一是能提高存储器
的带负载能力，二是实现对输出状态的三态控制，以便与系统的总线连接。11输出缓冲VCCA1A0地址译码
器存储单元字线二极管作存储单元D3D2D1D0位线与阵列或阵列简单的二极管ROM电路11
输出缓冲VCCA1A0D1D3D2D0地址译码器存储单元结论：字线W和位线D的每个交叉点都是一个存储单元
。交叉点接二极管时相当于存1，没有接二极管相当于存0。交叉点的数目就是存储单元数。000011111011
001001011111地址A1A0D3D2D1D0内容+VCCW3W0
W1W2D0D1D2D3有MOS管的单元存储“0”；无MOS管的单元存储“1”。使用MOS管的R
OM矩阵：在对应的存储单元内存入的是1还是0，是由接入或不接入相应的二极管来决定的。存储矩阵为了便于表达
和设计，通常将二极管ROM转化成阵列图4×4ROM阵列图存储单元地址译码器二极管ROM0101D011
111110011011001000D1D2D3A0A1与阵列或阵
列在编程前，存储矩阵中的全部存储单元的熔丝都是连通的，即每个单元存储的都是1。用户可根据需要，借助一定的
编程工具，将某些存储单元上的熔丝用大电流烧断，该单元存储的内容就变为0，此过程称为编程。2．可编程只读存储器（PROM）PR
OM的可编程存储单元熔丝烧断后不能再接上，故PROM只能进行一次编程。3．可擦可编程ROM（EPROM）
最早出现的是用紫外线照射擦除的EPROM。浮置栅MOS管——Floating-gateAvalanche-i
njunctionMetal-Oxide-Semiconductor,称FAMOS管）的栅极被SiO2绝缘层隔离，呈浮置状态，故
称浮置栅。浮置栅MOS管的结构EPROM存储单元带负电-导通-存0不带电-截
止-存1最早出现的是用紫外线照射擦除的EPROM。浮置栅MOS管（简称FAMOS管）的栅极被
SiO2绝缘层隔离，呈浮置状态，故称浮置栅。当浮置栅带负电荷时，FAMOS管处于导通状态，源极－漏极可看成短路
，所存信息是0。若浮置栅上不带有电荷，则FAMOS管截止，源极－漏极间可视为开路，所存信息是1。浮置栅E
PROM出厂时，所有存储单元的FAMOS管浮置栅都不带电荷，FAMOS管处于截止状态。写入信息时，在对应单元的漏极与衬底之
间加足够高的反向电压，使漏极与衬底之间的PN结产生击穿，雪崩击穿产生的高能电子堆积在浮置栅上，使FAMOS管导通。当去掉外加
反向电压后，由于浮置栅上的电子没有放电回路能长期保存下来，在的环境温度下，７０％以上的电荷能保存１０年以上。如果用紫外线照射
FAMOS管１０～３０分钟，浮置栅上积累的电子形成光电流而泄放，使导电沟道消失，FAMOS管又恢复为截止状态。为便于擦除，芯片的封
装外壳装有透明的石英盖板。迭栅注入MOS管SIMOS----Stacked-gateInjuntionMetal-O
xide-SemiconductorSIMOS---迭栅注入MOS管G1控制极G2浮栅极符号DPN+N+SS
iO2G1G2SIMOS--StackedgateInjuntionMetal
OxideSemiconductor当S、D极间加以较高电压（约+20~+25V)时，将发生雪崩击穿，如果
同时在控制极加上高压脉冲(幅度约+25V，宽度约50ms)，一些速度较高的电子就能穿SiO2层到达浮置栅极，行成注入电荷。注入
了电荷的SIMOS管相当于写入了1，没注入电荷的相当于存入了0。字线位线存储单元0010VDDEPROM的另外
一种广泛使用的存储器。EPROM可以根据用户要求写入信息，从而长期使用。当不需要原有信息时，也可以擦除后重写。
若要擦去所写入的内容，可用EPROM擦除器产生的强紫外线，对EPROM照射20分钟左右，使全部存储单元恢复“1”，以便用户重新编写
。常用的EPROM2716、2732、…27512，即标号为27××××的芯片都是EPROM。4.E2PROM
存储单元采用浮栅隧道氧化层MOS管(Floating-gateTunnel-oxideMetal-Oxide-Semi
conductor).E2PROM是近年来被广泛重视的一种只读存储器，它称为电擦除可编程只读存储器，又可写为EEPROM
。其主要特点是能在应用系统中进行在线改写，并能在断电的情况下保存数据而不需保护电源。特别是最近的+5V电擦除E2PROM
，通常不需单独的擦除操作，可在写入过程中自动擦除，使用非常方便。28××××系列的芯片都是E2PROM。写入的数据在常温
下至少可以保存十年，擦除/写入次数为１万次～10万次。5.快闪存储器——FlashMemory与E2PROM不同的是
：擦除时所有数据全部擦除采用与EPROM中的叠栅MOS管相似的结构，同时保留了EEPROM用隧道效应擦除的快捷特性。理
论上属于ROM型存储器；功能上相当于RAM。可重写编程的次数已达100万次。常见存储器规格型号DS1
65028F0402804027040628512512K×828F08028080270806281000
1M×828F0202802027020628256256K×8DS1213D28F01028010270
10628128128K×828F512285122751264K×8DS1213D28F25628256
272566225632K×82712816K×8DS1213B2864276462648K×8DS12
13B27324K×87132/7136DS1213B2816271661162K×8双口RAMNVSR
AMFLASHE2PROMEPROMSRAM类型容量二、PROM在组合逻辑设计方面的应用ROM的
结构是与阵列固定、或阵列可编程的PLD器件。对于有大量输入信号的ROM，比较适合作为存储器来存放数据，它在计算机
系统和数据自动控制等方面起着重要的作用。对于较少的输入信号组成的与阵列固定、或阵列可编程的器件中，也可以很方便地
实现任意组合逻辑函数。EPROM、E2PROM、PROM的结构与ROM完全一样,只是存储数据单元不同。实现的函数为：固定连接点
（与）编程连接点（或）1111101011011011000101110
100101010000000FiCi+1CiBiAi结论:一位二进制全加器或阵列与
阵列AiAiBiBiCiCiCi+1FiW0W1W2W3W4W5W6W7例2：分析图示电路，指
出该电路的功能。W0W1W2W3W4W5W6W7W8W9W10W11W12W13W14W15结论
:PROM实现两个两位二进制数比较的比较器。1．半导体存储器分为和两类，二者最大的区别是
。2.ROM主要有、和组成。3.只读存储器ROM中的内容，当电源断掉后又
接通，存储器中的内容。A.全部改变B.全部为0C.不可预料D.保持不变4.ROM中的存储矩阵实现了输
入变量最小项的或运算。（）7项例3：分析图示电路，指出该电路的功能。列出真值表000000010
011001001100111010101001100110111
11111010101011100110000000000100
100011010001010110011110001001101
010111100110111101111012345678910
1112131415G3G2G1G0B3B2B1B0NO功能：实现四位自然二进制码转换成四位格雷码。例4：用P
ROM设计一个两位二进制数比较器最小项表达式为：F1＝?m（4,8,9,12,13,14）F2＝?m（0,5,10,15）
F3＝?m（1,2,3,6,7,11）01000100100110001000100
11001000100011001001000100000000
1001000110100010101100111100010011010101111001101111011110123456789101112131415F1F2F3A1A0B1B0NO选用容量为16×3位的PROM即可满足要求。最小项表达式为：F1＝?m（4,8,9,12,13,14）F2＝?m（0,5,10,15）F3＝?m（1,2,3,6,7,11）1．与阵列固定、或阵列编程：PROM2．与或阵列全编程：PLA3．与阵列编程、或阵列固定：PAL、GAL和HDPLDPLD根据与或阵列是否可编程分为三类：回顾第十五章可编程器件数字电路基础部电子技术教研室