Микросхемы программируемых ПЗУ
Микросхемы ППЗУ по принципу построения и функционирования аналогичны масочным ПЗУ, но имеют существенное отличие в том, что допускают программирование пользователем. Операция программирования заключается в разрушении (пережигании) плавких перемычек на поверхности кристалла импульсами тока амплитудой 30...50 мА. Технические средства для выполнения этой операции имеют два варианта исполнения: в виде автономного и модульного программаторов. Первое устройство представляет собой самостоятельный прибор промышленного производства. Программаторы могут быть реализованы по сравнительно простым схемам самими пользователями. Модульный программатор работает под управлением персональной ЭВМ и представляет собой специализированное устройство, сопряженное с данной ЭВМ. Такой программатор в сочетании с ЭВМ и программным обеспечением образует систему автоматизированного программирования микросхем ППЗУ.
Выпускаемые промышленностью микросхемы ППЗУ (табл. 1) изготовлены в основном по ТТЛШ-технологии. Среди них преобладают микросхемы серии КР556 (рис. 1).
Таблица 1. Характеристики микросхем ППЗУ
Микросхема
Емкость, | бит
*А(А). нс
Рсс, мВт
I Тип | выхода
Исходное состояние
Корпус
КР556РТ1
плм
50
850
ТТЛ—ок
1920*
2124.28-1
КР556РТ2
плм
70
850
ТТЛ—3
1920*
2121.28-1
КР1556ХЛ8
плм
40
900
ттл-з
2048*
2140.20-4
КР556РТ4
256X4
70
690
ТТЛ—ок
0
238.16-2
КР556РТ5
512X8
50
.893
ТТЛ—ок
1
239.24-2
КР556РТ6
2КХ8
80
920
ТТЛ—ок
0
239.24-2
КР556РТ7
2КХ8
60
920
ТТЛ—3
0
239.24-2
КР556РТ11
256X4
45
680
ТТЛ—3
0
238.16-2
КР556РТ12
1КХ4
60
735
ТТЛ—ок
0
2104.18-5
КР556РТ13
1КХ4
60
735
ТТЛ—3
0
2104.18-5
КР556РТ131
1КХ4
35
735
ттл-з
0
2104.18-5
КР556РТ14
2КХ4
60
735
ТТЛ—ок
0
2104.18-5
КР556РТ15
2КХ4
60
735
ТТЛ—3
0
2104.18-5
КР556РТ16
8КХ8
85
998
ТТЛ—3
0
239.24-2
КР556РТ17
512X8
50
998
ТТЛ—3
1
239.24-2
КР556РТ18
2КХ8
60
900
ТТЛ—3
с
239.24-2
КР556РТ20
1КХ8
30
920
ТТЛ—3
0
239.24-2
К541РТ1
256X4
80
500
ттл-ок
0
402.16-21
К541РТ2
2КХ8
80
770
ТТЛ—ок
0
—
КР573РТ5
2КХ8
450
500
ТТЛ—3
—
2120.24-3
КР573РТ6
8КХ8
450
600 ,
ТТЛ—3
—
2121.28-5
КР565РТ1
1КХ4
300
13
ТТЛ—3
—
210А.22-3
К1608РТ2
512X8
35
920
ТТЛ—3
0
2108.22-1
К1623РТ1
2КХ8
200
_
ттл-з
—
—
К1500РТ416
256X4
20
670
эсл-оэ
1
4112.16-9
KI55PE3
32X8
70
550
ТТЛ—ок
0
238.16-2
* Число перемычек (точек коммутации).
Рис. 1. Микросхемы программируемых ПЗУФункциональный состав серии включает микросхемы емкостью IK... 64К бит со словарной четырех- или восьмиразрядной организацией, временем выборки 30... 85 не и уровнем потребляемой мощности 0,5 ... 1 Вт. Типичные значения входных и выходных токов при сигналах с уровнем лог. 0 равны 0,25 и 15 мА соответственно. Допустимое напряжение статического электричества не превышает 30 В, что обусловливает необходимость принятия мер защиты при работе с микросхемами.
Небольшая часть микросхем выполнена по другим технологиям: ИИЛ (К541), nМДП (К565), ЭСЛ (К500, К1500), КМДП (К1623). Микросхемы серии К1623 отличаются самым низким уровнем энергопотребления, но по быстродействию они существенно уступают микросхемам серии К556.
Для микросхем ППЗУ всех серий, кроме К500, К1500, К565, характерны такие свойства, как единое напряжение питания 5 В и единые ТТЛ-уровни сигналов в состояниях лог. О <0,5 В) и лог. 1 (2,4 В) и, следовательно, полная совместимость микросхем, наличие однотипных выходов: либо с тремя состояниями (ТТЛ—3), либо с открытым коллектором (ТТЛ—ОК). Микросхемы с выходами ТТЛ—ОК требуют подключения к ним внешних резисторов и источника напряжения питания для формирования выходного сигнала.
В исходном состоянии перед .программированием накопитель содержит однородный массив легкоплавких проводящих перемычек, соединяющих эмиттеры (истоки) транзисторов с шинами столбцов. Перемычки устанавливают в виде нихромовых и титан-вольфрамовых пленок у микросхем серии КР556, пленок из поликристаллического кремния (серия К541), из силицида платины (серия К1608) и других материалов. Наличие перемычки соответствует единице, если выходы микросхемы прямые, или нулю, если выходы инверсные. Следовательно, микросхема в исходном состоянии, как ее выпускает завод-изготовитель, может иметь заполнение матрицы либо 1, либо 0. В табл. 1 информация о начальном заполнении накопителя микросхемы помещена в колонку «Исходное состояние».
В процессе программирования пережигание перемычек производят в тех точках накопителя, в которых необходимо изменить логическое состояние, например, программирование микросхемы с заполнением нулями состоит в пережигании перемычек в точках, куда следует записать единицу.
В процессе программирования не все микросхемы могут быть приведены в рабочее состояние, так как в части из них не удается пережечь перемычки. Для количественной оценки числа таких микросхем введен специальный показатель — коэффициент программируемое™, определяемый отношением числа правильно запрограммированных микросхем к общему числу микросхем, подвергшихся программированию. Значения этого коэффициента для микросхем серии КР556 лежат в пределах 0,5... 0,75 прн объеме партии до 100 шт., 0,65...0,85 при объеме партии до 1000 шт., 0,7 ... 0,95 при объеме партии более 1000 шт. Предприятие-изготовитель может - поставлять микросхемы ППЗУ, имеющие начальную информацию в некотором числе ячеек накопителя. Эти ячейки указываются в сопроводительном документе. При записи (программировании) информации в ППЗУ необходимо учитывать наличие ячеек с измененным состоянием и выбирать такую программу, в которойУ записываемая в эти ячейки информация совпадает с начальной.
Управление микросхемами ППЗУ осуществляют сигналами выбора, которых может быть несколько, считывания и разрешения выхода. Для доступа к накопителю необходимо на входы выбора подать сигнал (сигналы, если таких входов несколько) с активным состоянием. Например, для доступа к микросхемам КР556РТ5 и КР556РТ17 (см. рис. 1, в) сигналы выбора должны иметь следующие состояния: CSi-1, CSj-l, CSi-0, CSi»0. Нарушение этого уcловия хотя бы для одного входа исключает доступ к накопителю для считывания информации. В этом случае микросхема будет находиться в состоянии хранения, в котором выходы принимают Z-состояние или устанавливаются в состояние лог. 1 (для выходов с открытым коллектором).
Обычно входы для сигналов выбора используют в качестве дополнительных адресных входов при управлении ими в составе модуля ПЗУ.
Считывание информации может осуществляться в асинхронном или тактируемом режиме. Те микросхемы, которые содержат в своей структуре тактируемые функциональные узлы, например КР556РТ20 (рис. 1, з) К1608РТ2, требуют подачи в каждом цикле тактового сигнала С. Такие микросхемы могут работать, очевидно, только в тактируемом режиме доступа. Однако большинство микросхем допускают применение обоих режимов. При считывании адресом быстродействие микросхемы оценивается временем выборки адреса, значение которого для микросхем ППЗУ приведено в табл. 1. При считывании сигналом выбора быстродействие оценивают временем цикла, равным сумме длительности импульса сигнала выбора и интервала времени между соседними сигналами выбора: tcY = tw(»cs) + tREC(c:S). Время выборки в этом режиме считывания определяется выражением tA(A)= tsu(A-cs) + tcs« видно, данное значение времени выборки адреса будет больше, чем при считывании в асинхронном режиме.
Разновидностью ППЗУ являются программируемые логические матрицы (ПЛМ). Микросхемы ПЛМ КР556РТ1 и КР556РТ2 имеют идентичные характеристики и конструктивные параметры, но отличаются типом выхода: у микросхемы РТ1 выход с ОК, а у РТ2— с тремя состояниями. Обе микросхемы предназначены для реализации комбинационных устройств, выполняющих логические операции над входными переменными и их инверсиями при соблюдении присущих микросхемам ограничений на число переменных, число конъюнкций и дизъюнкций. Данные микросхемы ПЛМ рассчитаны на образование восьми функций от 16 входных переменных А0...А1б, инверсии от которьис формируются внутри микросхемы. Устройство микросхем ПЛМ рассмотрено в § 1.2.
Функциональные возможности микросхем ПЛМ можно оценить следующими данными: каждая из восьми выходных функций представляет собой логическую сумму произведений число которых может быть до 48, в каждое произведение (конъюнкцию) может входить до 16 переменных и их инверсий. Таким образом, нетрудно подсчитать общее число точек коммутации, которые содержат матрицы И и ИЛИ: это число равно 1920, из них 1536 в матрице И и 384 в матрице ИЛИ.
Микросхемы ПЛМ характеризуются следующими статическими параметрами: напряжение питания 5В±5%, уровни входных и выходных сигналов не более 0,5 В для состояния лог. 0 и не менее 2,4 В для состояния лог. '1, входной и выходной токи низкого уровня соответственно 0,25 и 9,6 мА, предельная емкость нагрузки 100 пФ, допустимое значение напряжения статического электричества не более 30 В.
Программирование микросхем ПЛМ заключается в пережигании перемычек в тех связях, которые необходимо исключить. Для выполнения этой операции служат встроенные в микросхему узлы программирующей части, управляемые сигналом PR. В режимах хранения и считывания сигнал на этом входе должен иметь состояние лог. 0. Программирование осуществляют в три этапа: вначале программируют матрицу И, затем матрицу ИЛИ и выходные усилители. Методика программирования изложена в § 3.4.
Для управления доступом к микросхеме используется сигнал выбора CS, наличие которого позволяет наращивать число входных переменных и выходных функций объединением нескольких микросхем.
Микросхемы ПЛМ целесообразно использовать для реализации логических функций, преобразователей кодов, формирователей управляющих сигналов и т. ;f. Особенно эффективны микросхемы ПЛМ в тех случаях, когда необходимо получить небольшое количество функций от многих переменных.