Занимательно о микроконтроллерах

Приведенная на рис. 3.5 схема реализует одноразрядное ПЗУ с 64 одноразрядными ячейками памяти. Рассмотрим, какая информация хранится в этом ПЗУ. При выборе нулевой ячейки памяти на адресные входы дешифратора будут поданы три младших разряда адреса, т. е. код 000. В результате единичный уровень появится на выходе Y0. На адресные входы мультиплексора будут поданы старшие три разряда адреса. В нашем примере они тоже равны нулю. В результате мультиплексор передаст на выход сигнал со своего входа Х0. Так как на схеме эти цепи соединены между собой, то на выходе ПЗУ появится логическая единица.

Теперь рассмотрим считывание восьмой ячейки памяти. Здесь, как и в предыдущем случае, младшие три разряда адреса равны 0. Поэтому дешифратор выдаст единицу на линию Y0. Мультиплексор же получит код 001, поэтому на выход будет подключен вход XI. Эти цепи между собой не соединены, поэтому на выход будет выдан уровень логического нуля.

Для реализации многоразрядного ПЗУ необходимо использование нескольких матриц, подобных приведенной на рис. 3.5. Объединение матриц производится согласно схеме рис. 3.3.

Программирование масочного ПЗУ производится на заводе — изготовителе микросхем в процессе последнего этапа изготовления микросхемы — металлизации. Масочные ПЗУ широко применяются при крупносерийном производстве, т. к. являются самым дешевым видом ПЗУ. Однако использование подобных ПЗУ очень неудобно для мелко- и среднесерийного производства, не говоря уже о стадии разработки устройства, когда требуется многократная запись промежуточных вариантов программы. Для подобных вариантов применения были разработаны микросхемы, которые можно однократно программировать не на заводе — изготовителе микросхем, а в специальных устройствах — программаторах. В этих микросхемах ПЗУ постоянное соединение проводников в запоминающей матрице заменяется плавкими перемычками, изготовленными из поликристаллического кремния. Так как внутренняя схема такой микросхемы такая же, как у масочного ПЗУ, то для иллюстрации внутреннего устройства этой схемы можно воспользоваться рис. 3.5, предполагая при этом, что во всех точках пересечения вертикальных и горизонтальных проводников находятся плавкие поликремниевые перемычки.

При производстве микросхемы изготавливаются все перемычки, что эквивалентно записи во все ячейки памяти логических единиц. В процессе программирования на выводы питания и выходы микросхемы подается повышенное напряжение или низкий потенциал. При этом если на выход микросхемы подается повышенное напряжение питания (логическая единица), то через перемычку ток протекать не будет, и она останется неповрежденной. Если же на выход микросхемы в режиме программирования подать низкий уровень напряжения (присоединить к общему проводу), то через перемычку будет протекать ток, который испарит ее, и при последующем считывании информации из этой ячейки будет считываться логический ноль.

Микросхемы, работающие по такому принципу, называются (однократно) программируемыми ПЗУ (ППЗУ) и изображаются на схемах в виде условного графического обозначения, показанного на рис. 3.6. Надпись PROM в центральной части микросхемы является сокращением от английских слов programmable read-only memory (программируемая память, доступная только для чтения). В качестве примера таких ПЗУ можно назвать отечественные микросхемы 155РЕЗ, 556РТ4, 556РТ8.

Рис. 3.6.Условное графическое обозначение однократно программируемого постоянного запоминающего устройства

Однократно программируемые ПЗУ оказались очень удобными при мелко- и среднесерийном производстве, однако при разработке радиоэлектронных устройств часто приходится менять записываемую в ПЗУ программу. ППЗУ невозможно использовать повторно, поэтому при необходимости изменить содержимое памяти, записанное ППЗУ приходится выкидывать, что естественно повышает стоимость разработки аппаратуры. Для устранения этого недостатка был разработан еще один вид ПЗУ, содержимое которого могло бы стираться и программироваться многократно.

Примером такого устройства является ПЗУ с ультрафиолетовым или электрическим стиранием, которое строится на основе матрицы запоминающих элементов, внутреннее устройство одного из которых приведено на рис. 3.7.

Рис. 3.7. Запоминающий элемент ПЗУ с ультрафиолетовым и электрическим стиранием

Ячейка представляет собой МОП-транзистор, в котором затвор выполняется из поликристаллического кремния. Затем в процессе изготовления микросхемы этот затвор окисляется и в результате он оказывается окруженным оксидом кремния — диэлектриком с прекрасными изолирующими свойствами. Из-за того, что затвор со всех сторон окружен диэлектриком, он как бы плавает внутри диэлектрика, поэтому его называют плавающим затвором.