РПЗУ с ультрафиолетовым стиранием информации

Элементом памяти РПЗУ УФ является МДП-транзистор с плавающим изолированным затвором (ПЗ) с использованием при записи эффекта лавинной инжекции (ЛИПЗ МДП-транзистор) в сочетании с ключевым транзистором либо один запоминаю­щий транзистор с ПЗ и управляющим затвором.

Элемент памяти первого типа показан на рис.16.14,а. Транзистор VT2-адресный (ключевой),VT1 -собственно запоминающий транзистор ЭП. В качестве VT2 используется обычный р-МДП-транзистор. Если на возбуждаю­щей АШ низкий уровень напряжения, то он подключает РШ к транзистору VT1, представляющему собой ЛИПЗ МДП-транзистор с каналом р-типа. Этот транзистор может находиться в одном из двух устойчивых состояний: открытом или закрытом, что соответствует хранению 1 или 0. Структура транзистора VT2 приведена на рис.16.14,б. Металлический или кремниевый затвор со всех сторон изолирован диэлектрическим слоем диоксида кремния SiO₂ и не имеет наружного вывода.

Из-за отсутствия гальванической связи с другими электродами потенциал его оказывается "плавающим".

а) б)

Если при записи информации между стоком и подложкой приложить напряжение 30...50 В, являющимся обратным для перехода сток-подложка, то в результате лавинного пробоя часть электронов приобретает энергию, достаточную для преодоления энергетического барьера между кристаллом и диэлектриком. Инжектируемые из кристалла электроны дрейфуют в диэлектрике к ПЗ и накапливаются на нем.

Рис. 16.14

Накопленные в ПЗ электроны создают отрицательный заряд, под действием которого в приповерхностном слое n-подложки появляется инверсионный слой р-типа, образующий проводящий канал между областями стока и истока.

Через VT1 и VT2 в разрядную шину передается напряжение Еп, т.е. считывается 1. При отсутствии отрицательного заряда на ПЗ канал между стоком и истоком отсутствует и с РШ считывается 0. Поскольку ПЗ окружен изолирующим слоем, заряд сохраняется в течение длительного времени - до 10 лет и более.

Стирание хранимой в РПЗУ информации осуществляется ультрафиолето­вым или рентгеновским облучением. При этом за счет ионизации диоксида кремния происходит внутренняя фотоэмиссия электронов ПЗ в подложку (рис.16.14,в)

Рассмотренный двухтранзисторный ЭП РПЗУ применялся в первых БИС такого типа ПЗУ.С целью повышения коэффициента интеграции и упрощения схемы ЭП был разработан однотранзисторный ЭП, в котором используется аналогичный принцип записи и стирания информации. Такой ЭП (рис.16.15,а) отличается от рассмотренного тем, что у него кроме ПЗ имеется второй затвор, называемый управляющим, или затвором выборки (рис.16.15,б). Материалом для обоих затворов служит поликристаллический кремний. При отсутствии отрицательного заряда на ПЗ ЛИПЗ МДП- транзистор имеет малое пороговое напряжение Изи_пор=U_пор.н (рис.16.16). При програм­мировании (записи информации) на затвор подается положительный импульс напряжения амплитудой около 25 В и длительностью в несколько десятков миллисекунд. Это вызывает лавинную инжекцию электронов из подложки через изолирующий диоксид кремния, которые, двигаясь к управляющему затвору, оседают на ПЗ, создавая на нем отрицательный заряд. Отрицательный заряд на ПЗ увеличивает пороговое напряжение транзистора до значения Uзи_пор = U_пор.в .

В режиме считывания положительное напряжение не более 5В с возбужденной адресной шины поступает на управляющий затвор (см.рис.16.15,а). Если на ПЗ нет отрицательного заряда, т.е. он не подвергался программированию, то между областями стока и истока образуется проводящий канал и в РШ передается напряжение Еп, что соответствует логической 1 (рис.16.16).

 

а) б) в)

 

Рис.16.15

Если же транзистор программировался и на его ПЗ имеется отрицательный заряд, канал между стоком и истоком не образуется, и РШ оказывается Если же транзистор программировался и на его ПЗ имеется отрицательный заряд, канал между стоком и истоком не образуется, и РШ оказывается отключенной от шины Еп, что соответствует хранению этим транзистором логического 0. Стирание информации осуществляется ультрафиолетовым облучением через прозрачное кварцевое окошко на поверхности микросхемы в течение нескольких десятков минут сразу во всех ЭП.

Падающий ультрафиолетовый свет увеличивает энергию электронов ПЗ до такого уровня, при котором они преодолевают барьер между ПЗ и изолирующим слоем SiCb и стекают в подложку. В результате ПЗ всех ЭП освобождаются от электронов, т.е. во все ЭП записывается логическая 1.

АЦП ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ТИПА

В таком АЦП весь диапазон входного напряжения разбивается на 2^n интервалов. Каждому интервалу соответствует опорное напряжение Uо(i), снимаемое с делителя напряжения, и свой аналоговый компаратор, сравнивающий Uвх с Uо(i).

 

Для любого входного напряжения в диапазоне (0.. ¦Uo¦)В найдется такой i-ый компаратор, входное напряжение на котором будет больше или равно опорному U(i). В этом случае на выходе этого компаратора напряжений и на выходах всех компараторов с номерами меньшими i появится "1", а на выходах остальных "0". Приоритетный шифратор сформирует двоичный код, равный наивысшему номеру входа на котором еще присутствует единица. Полученный код через управляемые инверторы/повторители, выполненные на элементах равнозначности, защелкивается в выходном регистре. Учитывая логику работы шифратора, заключающуюся в том, что если на его входах с 1-го по (n-1)-ый одни нули, то единица обязательно должна быть на нулевом входе, можно сэкономить на нулевом компараторе. В этом случае нулевой вход шифратора постоянно подключен к "1", и если входное напряжение находится в пределах 0 <= ¦Uвх¦ < ¦U(1)¦, то нулевой код на выходе генерируется автоматически. Элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ-НЕ при значении Mi = 0 инвертируют выходной сигнал шифратора, а при Mi = 1 повторяют его. Зависимость выходного кода от режима дана ниже:

M1 M0 Выходной код 1 1 прямой 0 0 обратный 0 1 дополнительный прямой 1 0 дополнительный обратный.

Быстродействие достигается, как за счет параллельного принципа работы, так и за счет конвейерного передвижения информации внутри АЦП (см. рисунок).

В момент t0 положительным фронтом сигнала C происходит защелкивание кода от предыдущего цикла преобразования. В момент t1 компараторы открываются и начинается сравнение входного напряжения с опорным в текущем цикле. Когда тактовый сигнал C станет равным нулю (момент t2), шифратор отпирается по входу C и начинает преобразование текущего значения Uвх в код. Следующий цикл преобразования начинается в момент t3, когда производится запоминание в регистре текущего кода и его появление на выходах в момент t4, одновременно с началом сравнения на входах компараторов следующего значения напряжения. Время преобразования Tпр = Tclk, т.е. примерно на порядок меньше, чем у АЦП последовательных приближений. По такой схеме выполняются преобразователи типа 1107ПВ1,..5.