Программирование микросхем ПЗУ

Процедуру предварительной записи информации в микросхему ППЗУ перед установкой на печатную плату называют ее программированием. Эта операция является составной частью решения любой практической задачи по применению микросхем ППЗУ.

В исходном для программирования состоянии микросхема ППЗУ в своей матрице имеет все перемычки, что соответствует наличию во всех элементах памяти 0 или 1 в зависимости от характеристики усилителя считывания (см. § 3.2). Программирование микросхемы представляет собой процесс пережигания перемычек в тех ЭП, где требуется изменить информацию. Эту операцию выполняют с помощью устройства, называемого программатором, в ручном или автоматическом режиме.

Пережигание перемычек производят по одной последовательно во времени, чтобы не нарушать температурный режим микросхемы. Принцип программирования поясним с помощью рис. 3.9, на котором показаны элементы простейшего программатора: устройство для формирования кода адреса, устройство контроля, генератор одиночных импульсов, группа переключателей SA1—SA4 и контактов реле Kl.l—К1.3, обеспечивающих коммутацию цепей при программировании микросхемы.

На этапе подготовки микросхему проверяют на наличие лог. 0 во всех ЭП, подавая на входы Аo... А7 все адресные наборы и контролируя состояние выходов устройством контроля. Надо иметь в виду, что предприятие-изготовитель оставляет за собой право поставлять микросхемы ППЗУ с начальной информацией в некотором количестве ячеек памяти, обычно не более четырех.


Рис. 3.9. Простейший программатор микросхем ППЗУ

Причиной такого явления могут быть испытания микросхем на программируемое^ лри их выпуске. Применительно к микросхеме К556РТ4 это означает, что ряд ячеек памяти может содержать лог. 1. Ячейки с начальной информацией указывают в сопроводительном документе. При программировании надо либо исключать из обращения ячейки с начальной информацией, либо записывать в них информацию с учетом имеющихся в них лог. 1. По окончании контроля начального состояния микросхемы ключами SA1—SA4 закорачивают ее выходы с корпусом. Управляющие входы CS1 и CS2 также соединены с корпусом. Заметим, что при программировании микросхем с начальным заполнением лог. 1 выходы соединяют не с корпусом, а с источником напряжения 5 В. На этапе программирования кодом адреса выбирают ячейку памяти, в которую необходимо занести лог 1. Затем размыкают ключ того выхода, которому принадлежит программируемый ЭП, и запускают генератор одиночных импульсов. Реле К1, переключив свои контакты, коммутирует на выводы CS2, Ucc и выбранного выхода DO напряжение 12,5 В на короткое время. Время программирования в нашем примере определяет длительность удержания реле во включенном состоянии. Обычно для пережигания перемычки достаточно 100... 300 мс. С началом программирования в структуре микросхемы (рис. 1.13) открывается формирователь выбранного выхода, например г 2, и создается низкоомная цепь для тока от 1100=12,5 В через открытый эмиттерный переход транзистора i строки и второго столбца через открытый ключ VT2 и выход F2 на корпус. Протекающий через перемычку импульс тока значительной амплитуды пережигает ее. В это время формирователи других выходов закрыты, поскольку все ключи, кроме SA2, замкнуты. В следующий цикл программируют другой ЭП этой же ячейки памяти и так до тех пор, пока не будут занесены все 1 в данную ячейку. Затем изменением адреса выбирается соседняя ячейка и цикл повторяется.

После программирования следует проверить состояние всех ячеек памяти и при необходимости повторить программирование. Необходимость повторения программирование только части выпускаемых микросхем. Эту часть оговари-вполне вероятна, так как предприятие-изготовитель гарантирует надежное программирование только части выпускаемых микросхем. Эту часть оговаривают в ТУ коэффициентом программирования, значение которого для разных типов микросхем ППЗУ лежит в пределах 0,65...0,9. Например, для рассматриваемой микросхемы КР556РТ4 коэффициент программирования равен 0,65. Это означает, что из 100 микросхем, подвергнутых программированию, только у 65 гарантированы правильная запись информации и соответствие их электрических параметров установленным нормам.

Более надежным является программирование путем подачи трех серий импульсов (на вход управления, на выход питания и на выбранный выход) длительностью 25... 50 мкс каждый со скважностью 10 и фронтом 0,3... 3 мкс. Такой режим программирования может быть реализован схемой программатора с автоматическим формированием программирующих импульсов.

При программировании микросхем ППЗУ надо учитывать возможность восстановления проводящей перемычки со временем из-за явления миграции электронов. Установлено, что если пережигание происходит при импульсе с крутым фронтом, то оно носит характер микровзрыва с интенсивной окислительной реакцией на краях разрыва. В таком случае возможность восстановления перемычки существенно уменьшается. Практически отсутствует эффект восстановления после пережигания перемычек из поликристаллического кремния (серия К541) и силицида платины (серия К1608).

Технология программирования микросхем ППЗУ предусматривает три режима: нормальный, форсированный и дополнительный. Более подробно вопрос программирования микросхем ППЗУ рассмотрен в [22]. Здесь лишь заметим, что указанные режимы отличаются длительностью программирующих импуль* сов и их количеством. Например, если в нормальном режиме для микросхем серии К556 общее время записи не должно превышать 400 мс, то в форсированном режиме это время увеличивают до 1,5 с. Если после указанных режимов программирования информацию записать не удается, то микросхему бракуют.

Для выявления слабых мест в запрограммированной микросхеме ее подвергают электротермотренировке в течение не менее 168 часов при температуре 125° С с последующим контролем правильности записанной информации и электрических параметров. В случае нарушения записанной информации повторяют цикл программирования и электротермотренировку. При повторном нарушении информации микросхему бракуют. При программировании микросхем с перемычками из поликристаллического кремния (серия К541) и из силицида платины (серия К1608) электротермотренировку можно не проводить.

Варианты программаторов, рассчитанных на ручной режим программирования и удобных для практической работы в любительских условиях, приведены на рис. 3.10 и 3.11.


Рис. 3.10. Принципиальная схема программатора микросхем ППЗУ, (вариант 1)


Рис. 3.11. Принципиальная схема программатора микросхем ППЗУ (вариант 2)

Функциональная схема программатора (рис. 3.10) состоит из генератора одиночных импульсов длительностью 50... 100 мс, построенного на элементах DD2.1— DD2.4 и управляемого кнопкой S6, формирователя кода адреса на переключателях S1—S5, электронного ключа VT1—VT4 с временем коммутации менее 1 мкс для подачи на выбранный переключателем S7 выход микросхемы ППЗУ DDI и на ее вывод Ucc напряжения программирования Upr=10B, устройства контроля записи на диодах VD4, VD5.

Данный программатор легко приспособить для работы с микросхемами ППЗУ большей емкости, чем К155РЕЗ, расширив адресное устройство.

В исходном состоянии матрица микросхемы KI55PE3 заполнена нулями. Чтобы проверить это, необходимо последовательно обратиться при установленном переключателями SI—S5 адресе к каждому элементу памяти переключателем S7. Если в данном ЭП перемычка цела, т. е. там находится 0, то свето-

диод VD5, зашуитироваиный диодом VD4, гореть не будет. При нарушении перемычки, что соответствует 1 в данном ЭП, светодиод загорится. Эту процедуру повторяют для всех 32 адресов микросхемы.

Программирование осуществляют в соответствии с картой прожига в следующем порядке: набирают адрес ЯП, переключателем S7 выбирают ЭП, в который следует записать 1, и кнопкой S6 запускают генератор. При этом формируется сигнал 1 разрешения программирования, который с выхода DD2.2 поступает на вход CS микросхемы ППЗУ. На выходе DD2.4 появляется отрицательный импульс, длительность которого 50... 100 мс задает цепочка R6C1. Транзистор VT1 закрывается, a VT2—VT4 открываются и коммутируют напряжение 10В на вывод питания DDI через R8, VD4 и выбранный S7 выход DDI через R9, VD3. После отжатия S6 автоматически осуществляется контроль: если диод VD5 загорелся, то запись удалась. При необходимости повтора режима записи (коэффициент программируемое™ у К155РЕЗ равен 0,3) рекомендуют увеличивать напряжение программирования ступенями по 0,5 да 14 В [51].

Аналогичное по назначению устройство для микросхем СППЗУ описано в [40].

Программатор (рис. 3.11) рассчитан на микросхему ППЗУ К556РТ4 [30]. Но при некоторой модернизации он может быть приспособлен и для программирования других микросхем серии К556.

Схема программатора включает набор переключателей SA1—SA8 для формирования кода адреса, переключатель SA9 выбора разряда, подлежащего программированию, генератор одиночных импульсов на микросхеме DDI (К155ЛЕ1), транзисторный ключ VT1 (КТ815А) и реле РЭС-10 (РС4.524.304) в цепи его эмиттера, индикатор результата программирования — светодиод HL1 (АЛ307).

Перед программированием устанавливают положения переключателей SA1—SA8 и SA9. При нажатии на кнопку «Запись» срабатывает генератор одиночного импульса и на его выходе (DD1.4) формируется импульс длительностью 100 мс. Этот импульс открывает транзистор VT1, и в результате происходит кратковременное срабатывание реле. Замыканием его контакта на вывод питания микросхемы ППЗУ и программируемый разряд подается напряжение 10... 15 В. Программирование микросхемы К556РТ4 состоит в пережигании легкоплавких перемычек в тех местах матрицы, куда требуется записать 1. Если эта операция выполнена успешно, то загорается индикаторный светодиод. Если перемычка не разрушена, то следует повторить операцию записи, повышая напряжение с 10 до 15 В.

Выпускаемые промышленностью программаторы, предназначенные для автономного применения, позволяют программировать микросхемы ППЗУ и РПЗУ в пошаговом и автоматическом режимах с контролем записи и предварительным редактированием заносимой в микросхему информации. Такими возможностями располагают, в частности, серийные программирующие устройства типа АУПП, 815, УЗП-80 и др.


Рис. 3.12. Устройство автоматического программирования микросхем ПЗУ:
а — структурная схема; б — подключение программируемой микросхемы;
в — временные диаграммы напряжений программирования

Активно разрабатываются и встроенные средства программирования, ориентированные на конкретные микроЭВМ, например «Электроника-60» [44], «Электроника К1-20» [46], «Электроника ДЗ-28» [24], «Радио-86РК» [39] и др. Перспективным для практики является направление создания универсальных программаторов для всех микросхем ППЗУ и РПЗУ, способных к быстрой перенастройке при изменении типа микроЭВМ [38, 32].

Такие программаторы должны иметь три программируемых источника с напряжением от 0 до 26 В, с токами нагрузки до сотен миллиампер и электронные ключи с временем переключения менее 0,6 мкс. Вариант структурного построения программатора встроенного типа представлен на рис. 3.12, а. Конструктивно программатор представляет собой модуль, который имеет средства сопряжения с системной магистралью через узел промежуточного интерфейса и с микросхемой ППЗУ, РПЗУ, которая должна быть запрограммирована. В структуру модуля входят блок программируемых источников напряжения, контроллер этого блока, буферные регистры адресов и данных, узел промежуточного интерфейса и узел сопряжения с программируемой микросхемой.

Основное назначение модулей программирования состоит в преобразовании «•сигналов в той или иной системной магистрали в сигналы, необходимые для программирования микросхемы конкретного типа. Например, микросхема К556РТ5 подключается к модулю по схеме на рис. 3.12,6 и ее программирование осуществляют сигналы генерируемых модулем амплитудно-временных диаграмм, показанных иа рис. 3.12, е.

Комплект модулей программирования и узлов сопряжения для микросхем ППЗУ, РПЗУ всей номенклатуры приведен в работах [23, 62].

При программировании микросхем СППЗУ оказывается необходимой операция контроля уровня выходных сигналов, поскольку при недостаточном заряде носителей, накапливаемом на «плавающем» затворе ЛИЗМОП-транзистора в процессе программирования, его состояние не будет соответствовать физическому уровню выходного напряжения 2,4 В и более. Аналогично может обнаружиться при стирании несоответствие состояния ЛИЗМОП-транзистора низкому уровню напряжения, равному 0,4 В или менее, из-за остаточного заряда носителей на «плавающем» затворе.

Для контроля уровня выходных сигналов микросхем СППЗУ при использовании автоматических программаторов можно применить устройство, приведенное на рис. 3.13 [4]. Устройство рассчитано на микросхемы К573РФ2 и К573РФ5, но оно может быть приспособлено и для контроля других микросхем серии К573.


Рис. 3.13. Устройство контроля уровня выходного напряжения микросхем ПЗУ при их программировании

В схему устройства входят восьмиканальный аналоговый мультиплексор DD2 (К564КП2) и два аналоговых компаратора DD3, DD4 (К554САЗ). Входы мультиплексора соединены с выходами контролируемой микросхемы DDI. Один из компараторов настраивается на пороговый уровень 0,4 В, другой — на пороговый уровень 2,4 В с помощью потенциометров R1 и R2.

Если при контроле на выходах обоих компараторов А и В появится сигнал с состоянием лог. 0, то это означает, что в контролируемый элемент памяти записан 0, если появится сигнал лог. 1, то, следовательно, в элемент памяти записана 1. Состояние контролируемого элемента памяти будет неопределенным, если на выходе одного из компараторов появится лог. 0, а другого — лог. 1.