3.4. Временные диаграммы озу

Рис. 3.7. Временная диаграмма операции «Чтение»

Рассмотрение диаграммы начинается с момента времени t₀, когда на ША выставляется новое значение, которое сохраняется на протяжении всей операции считывания. Заканчивается цикл чтения в момент времени t₃,при установлении следующего адреса.

t₃-t₀=t_RC(Read cycle).

Сигнал линии неизменен на протяжении всего цикла, соответствует уровню Нigh.

t_АСС=t₁-t₀ – время доступа – интервал времени, необходимый для установления истинного значения выходных данных с момента появления нового адреса.

С некоторой задержкой после установления действительного значения адреса сигнал переходит из High в Low. Низкий уровень сигнала указывает на то, что данный кристалл выбран и через интервал времени t_СО на ШД появляется истинное значение (DATA VALID).

[t₁;t₂] – интервал, соответствующий периоду, отвечающему действительному значению на ШД.

t_DО – период, определяющий задержку возврата выходных значений буферных каскадов в Z-состояние с момента перехода обратно в ‘1’.

Рис. 3.8. Временная диаграмма операции «Запись»

Цикл записи начинается в момент времени t₀ и завершается в момент времени t₄. Интервал t_WC определяет длительность цикла записи.

t_AS – address setup time – задержка на установление истинного адреса на ША

t_DS – data setup time – временной интервал, в течении которого данные на ШД не должны

изменяться, пока и не вернуться в High.

t_W – период, соответствующий низкому уровню сигналов и . Такая комбинация

определяет операцию записи для данного кристалла.

t_DH – интервал времени, при котором данные еще истинны, а уровень управляющих

сигналов соответствует логической 1.

t_AH – address hold time – интервал времени неизменных данных на ША после перехода

управляющих сигналов в ‘1’.

31) Динамические озу (dram)

4.1. Элементы памяти dram

Каждая ячейка динамической ЗУ содержит всего лишь один КМОП-транзистор (комплементарные полевые транзисторы). Запоминающим элементом у них является конденсатор, который может находиться в заряженном или разряженном состоянии. Если конденсатор заряжен, то в ячейку записана логическая 1. Если конденсатор разряжен, то в ячейку записан логический 0.

Рис. 4.1. Элемент памяти DRAM.

Запись информации в такой элемент памяти производится одновременной подачей напряжения на адресную (WL) и разрядную и (BL) шины. Напряжение на шине WL открывает транзистор и конденсатор С заряжается, если на шине BL напряжение высокого уровня (код логической единицы) либо разряжается, если на шине BL напряжение низкого уровня (код логического нуля).

При считывании напряжение подается только на адресную шину. При этом напряжение на конденсаторе передается на вход усилителя считывания.

Фрагмент ЗУ (рис. 4.2.) показывает ЗЭ, усилитель считывания УС а также ключи К1 и К0 соответ­ственно записи единицы и нуля. К линии записи-считывания (ЛЗС)= (BL) под­ключено столько ЗЭ, сколько строк имеется в запоминающей матрице. Осо­бое значение имеет емкость ЛЗС С_л, в силу большой протяженности линии и большого числа подключенных к ней транзисторов многократно превы­шающая емкость ЗЭ.

Рис. 4.2. Фрагмент схемы динамического ЗУ

Перед считыванием производится предзаряд ЛЗС. Имеются варианты ЗУ с предзарядом ЛЗС до уровня напряжения питания и до уровня его половины.

Рассмотрим последний вариант в силу его большей схемной простоты. Итак, перед считыванием емкость С_л заряжается до уровня U_cc/2. Будем считать, что хранение единицы соответствует заряженной емкости С₃, а хра­нение нуля — разряженной.

При считывании нуля к ЛЗС подключается емкость С₃, имевшая нулевой заряд. Часть заряда емкости С_л перетекает в емкость С₃, и напряжения на них уравниваются. Потенциал ЛЗС снижается на величину U, которая и является сигналом, поступающим на усилитель считывания. При считыва­нии единицы, напротив, напряжение на С₃ составляло вначале величину U_cc и превышало напряжение на ЛЗС. При подключении С₃ к ЛЗС часть заряда стекает с запоминающей емкости в С_л и напряжение на ЛЗС уве­личивается на U.

Графики сигналов при считывании нуля и единицы показаны на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Временные диаграммы сигналов при считывании данных в динамических ЗУ

Если вычислить значение U, то можно убедиться, что этот сигнал крайне слабый, к тому же считывание является разрушающим – подключение запоминающей емкости к ЛЗС изменяет ее заряд.

Мерами преодоления отмеченных недостатков служат способы увеличения емкости С₃ (без увеличения площади ЗЭ), уменьшения емкости ЛЗС и при­менение усилителей-регенераторов для считывания данных.

В направлении увеличения С₃ можно указать разработку фирмой Сименс нового диэлектрика (двуокиси титана ТiO₂), имеющего диэлектрическую постоянную в 20 раз большую, чем SiO₂. Это позволяет при той же емкости сократить площадь ЗЭ почти в 20 раз или увеличить С₃ даже при уменьше­нии ее площади. Имеются и варианты с введением в ЗЭ токоусиливающих структур, что также эквивалентно увеличению емкости ЗЭ.

Уменьшения емкости ЛЗС можно достичь "разрезанием" этой линии на две половины с включением дифференциального усилителя считывания в раз­рыв между половинами ЛЗС (рис. 4.4.). Очевидно, что такой прием вдвое уменьшает емкость линий, к которым подключаются запоминающие емко­сти, т. е. вдвое увеличивает сигнал U.

Рис. 4.4. Схема включения усилителя-регенератора в разрыв линии записи-считывания динамического ЗУ.

Элемент памяти динамического ЗУ имеет как свои достоинства, так и недостатки.

Достоинства: для такого элемента памяти характерно малое потребление мощности, к тому же он значительно проще триггерного, содержащего 6 транзисторов, что позволяет разместить на кристалле намного больше ЗЭ (в 4..5 раз) и обеспечивает динамическим ЗУ максимальную емкость.

Недостатки:

1. Как было рассмотрено выше, считывание является разрушающим — подключение запоми­нающей емкости к ЛЗС изменяет ее заряд. Т.е после соответствующего цикла чтения необходимо произвести повторную запись информации, а это увеличит цикл памяти.

2. Конденсатор неизбежно теряет со времени свой заряд, и хранение данных требует их периодической регенерации (через несколько миллисекунд).