PIC-микроконтроллеры. Все, что вам необходимо знать

На Рис. 2.13 приведена упрощенная схема перемычки на МОП-транзисторе с плавающим затвором. Вместо диода узлом матрицы является n-канальный МОП-транзистор VT1. Затвор этого транзистора подключен к линии X, а его исток S1 — к линии Y. Если сток D1 транзистора подключен к источнику положительного напряжения и выбрана линия X, то на линии Y тоже появляется ВЫСОКИЙ уровень (лог. 1 в терминах положительной логики). Однако если VT1 отключен от V_DD, то он не проводит ток, и на линии Y присутствует лог. 0. Транзистор VT2 включается последовательно с линией V_DD и, таким образом, выполняет роль программируемого элемента. Этот транзистор имеет дополнительный, никуда не подключенный затвор, скрытый в слое изолирующего диоксида кремния. В нормальном состоянии заряд на затворе отсутствует, и транзистор VT2 закрыт. Если на затвор подать импульс напряжения программирования величиной 20…25 В, то отрицательные заряды туннелируются через очень тонкий слой изолятора, окружающий скрытый затвор. В результате транзистор VT2 перейдет в открытое состояние и таким образом подключит VT1 к шине питания. Это приведет к появлению лог. 1 на линии Y при выборе данной ячейки внутренним дешифратором.

Рис. 2.13.Перемычка на МОП-транзисторе с плавающим затвором

Величина инжектированного заряда остается более или менее постоянной до тех пор, пока затвор не будет подвергнут ультрафиолетовому облучению. Фотоны, обладающие большой энергией, выбивают электроны (отрицательный заряд) из скрытого (плавающего) затвора[34], за 20 мин разряжая его и стирая всю записанную информацию.

Существуют также структуры ППЗУ, которые можно стереть электрическим путем, причем часто непосредственно в устройстве. Наиболее распространены две разновидности структур — электрически стираемые ППЗУ (ЭСППЗУ, или EEPROM) и FLASH-ППЗУ. В первом случае импульс отрицательного напряжения КРР большой амплитуды приводит к просачиванию электронов из плавающего затвора. Обычно отрицательное напряжение формируется схемами, расположенными непосредственно на кристалле, что исключает необходимость в дополнительном источнике питания. FLASH-вариант ЭСППЗУ основан на эффекте инжектирования горячих электронов в затвор. Площадь, занимаемая ячейкой, в этом случае почти в 2 раза меньше обычной ячейки ЭСППЗУ, что увеличивает плотность упаковки памяти. Одна из промышленно выпускаемых микросхем EEPROM-памяти показана на Рис. 12.26 (стр. 439).

Большинство современных ЭППЗУ/ЭСППЗУ довольно быстрые, со временем доступа около 150 не. Процесс программирования происходит гораздо медленнее, около 10 мс на слово, однако это достаточно редкая операция. Программирование FLASH-памяти осуществляется почти в 1000 раз быстрее (на одну ячейку требуется около 10 мкс).

* * *

Все схемы, рассмотренные на данный момент, относились к классу комбинационных. Они не обладают «памятью» в том смысле, что значение их выходов зависит только от состояния входов в данный момент времени и совершенно не зависит от предыдущих событий, имевших место на входах. Такие же логические схемы, как защелки, счетчики, регистры и оперативная память (допускающая как чтение, так и запись), относятся к классу последовательностных схем. Состояние выходов таких схем зависит не только от текущего состояния входов, но и от предыстории сигналов на этих входах.

Возьмем обыкновенную кнопку, которая используется в дверном звонке. Звонок звонит, когда вы нажимаете на нее, и прекращает звонить, когда вы ее отпускаете. Такой ключ не обладает памятью.

Сравним эту кнопку с не менее обыкновенным выключателем. Вы нажимаете на него и свет загорается. Более того, он продолжает гореть даже тогда, когда вы убираете управляющее воздействие (палец). Чтобы выключить свет, вы должны перевести выключатель в выключенное состояние, и опять же, он останется в этом состоянии даже при отсутствии входного воздействия. Ключи такого типа называются бистабильными, поскольку они имеют два устойчивых состояния. Каждый такой ключ ведет себя как 1-битная ячейка памяти, которая может запоминать либо включенное, либо выключенное состояние.

В микросхемах оперативной памяти, таких как 6264 (Рис. 2.26), каждая бистабильная ячейка формируется с помощью двух перекрестно включенных транзисторов. Здесь мы не будем касаться конкретной реализации этих ячеек. Вместо этого рассмотрим два логических элемента ИЛИ-HE, объединенных перекрестными обратными связями (Рис. 2.14). Вспомним, что при появлении лог. 1 на каком-либо входе элемента ИЛИ-HE на его выходе появляется лог. 0 независимо от состояния остальных входов. Вооружившись этим знанием, попытаемся проанализировать схему: