Аналого-цифровые преобразователи (АЦП).

Аналого-цифровые преобразователи предназначены для преобразования аналоговых сигналов в цифровые. Результатом такого преобразования является то, что непрерывное мгновенное значение напряжения сигнала заменяется дискретным значением эталонного напряжения (квантование сигнала по уровню). На входе АЦП обычно включают ОУ, который доводят уровень входного сигнала до необходимого значения и устройство выборки-хранения, производящие дискретизацию аналогового сигнала, запоминает его значение в момент отсчета (рис 15-18).

Рис.15-18. Схема АЦП.

Конденсатор С с помощью ключа (Кл) подключается к U_вх на очень короткое время и заряжается до значения напряжения входного сигнала в данный момент времени. Затем конденсатор С подключается к ОУ, который исполнен по схеме повторителя (К_оу=1, R_вх ). В результате напряжение на конденсаторе не изменяется и тем самым «запоминает» значение сигнала в момент отсчета, выполняя операцию дискретизацию непрерывных сигналов.

Запоминающие устройства (ЗУ).

В вычислительных устройствах, которые предназначены для хранения, записи и считывания информации применяют запоминающие устройства.

Классификация ЗУ.

1. Оперативные запоминающие устройства (ОЗУ или RAM-Random access memory) эти устройства служат для записи и чтения информации в любом месте памяти.
2. Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ или ROM-Ready only memory) эти устройства служат для считывания ранее записанной информации.
3. Перепрограммируемые (репрограммируемые) запоминающие устройства (РПЗУ). Эти устройства служат для однократного и многократного изменения информации в ПЗУ. ЗУ, которые программируются пользователем называются ППЗУ или PROM-programmable read-only memory).

ОЗУ – это простейшие ячейки памяти, построенных на биполярных транзисторных структурах, в которых используется для запоминания электроёмкость p-n перехода. Изменяющийся электрический заряд ёмкости соответствует логическому нулю или единице. Такие ЗУ ненадёжны в работе вследствие рассасывания заряда токами утечки. На практике широко применяются статические ОЗУ, в которых запоминающаяся ячейка выполнена на триггере, схема которого выполняется либо на биполярных транзисторах, либо на полевых транзисторах. Примером статического ОЗУ может быть параллельный регистр, но применяется он только для создания ОЗУ малой ёмкости.

В статических ОЗУ записанная информация постоянно сохраняется и не разрушается при её считывании.

Динамические ОЗУ. Элементом памяти может быть электроёмкость (например электроёмкость полупроводниковых устройств), что требует постоянного восстановления записанной информации в процессе её хранения. Эти ОЗУ имеют большой объём памяти, но технически более сложны в управлении. В динамических ОЗУ считывание информации сопровождается её разрушением.

Рассмотрим схему ячейки памяти ОЗУ на многоэмиттерных транзисторах (рис. 15-19), которая является частью матрицы памяти.

Рис. 15-19. Схема ячейки памяти на многоэмиттерных транзисторах, 4,3-разрядные сигналы, 1,2-адресные шины.

Вторые эмиттеры присоединяются к шинам питания(2(1) и 2), а первые с разрядными шинами 3 и 4, которые используются для записи и считывания информации. Коллекторы VT2 и VT1 соединены через R2 и R1 к адресной шине 1.

При режиме хранения на разрядной шине 2(1) устанавливается U хранения(хранения). При одном устойчивом состоянии VT2 открыт, а VT1 закрыт, а в другом устойчивом состоянии - наоборот.

Если происходит считывание информации, то U на шинах 2 и 2(1) повышается. Допустим VT2 открыт, а VT1 закрыт, а ток в эмиттерах Э1 и Э2 равен 0 и U на шине 2(1) не изменяется, а в эмиттере VT1 возникает ток считывания и напряжение на шине 2 повышается. На шинах 2 и 2(1) появится разность потенциалов, которая считывается усилителем.

 

ПЗУ имеют также ячейки памяти, объединённые в матрицу, но только в каждой ячейке не всегда записаны логические ноль и единица.

Чтобы получить ноль в необходимых ячейках памяти, необходимо закрыть доступ в нужную ячейку. Если матрица реализована на диодах, то чтобы получить нули в нижних диодах их пережигают в специальных устройствах.

 

Рассмотрим работы матрицы ПЗУ, (функциональная схема) изображённую на рис. 15-20.

Рис. 15-20. Функциональная схема ПЗУ.

Например с адреса на дешифратор адреса (на рисунке они не показаны) поступает команда с адресом строки, где записана информация и дешифратор подаёт по команде управления положительное напряжение, которое соответствует логической единицы будет передаваться только в вертикальные проводники, где остались диоды. В тех же проводниках (3 и 5), где отсутствуют диоды, действует логический ноль. Далее сигналы через усилители в шину данных посылаются кодовые комбинация 11010.

Перепрограммируемые устройства имеют ячейки памяти выполненную на полевом транзисторе с «плавающим» изолированным затвором. Обычно их называют ЛИЗМОП-транзисторы и его схема представлена на рис. 15-21.

Рис. 15-21. Схема запоминающей ячейки.

Если на сток подаётся большое напряжение, то происходит обратимый лавинный пробой диэлектрики и на «плавающий» затвор находится внутри диэлектрика SiO₂ , то ток утечки незначителен и информация сохраняется довольно долго. Если подать необходимое напряжение на затвор, то происходит исчезновение заряда (туннельный эффект) с плавающего затвора и хранимая информация уничтожится. По описанному принципу работает и флеш-память.