2.1. Класифікація ВІС ПЗП

Характерною особливістю сучасної мікроелектроніка є розробка ВІС ПЗП великої інформаційної місткості з малим часом прочитання, що зумовлено:

Зараз ПЗП знаходять все більш широке застосування в різних системах і пристроях обчислювальної техніки, мікропроцесорах, системах обробки даних з магістральною організацією, зовнішніх пристроях ЕОМ спеціального призначення, міні- і мікро-ЕОМ та ін. Застосування ПЗП дозволяє розширити технічні можливості, підвищити швидкодію і надійність ЕОМ, зменшити місткість складних і дорогих оперативних ЗП.

Аналіз цифрових обчислювальних систем показує, що при використанні принципу мікропрограмування застосування кожної ВІС ПЗП інформаційною місткістю 4096 біт дозволяє економити від 256 до 512 логічних вентилів (табл. 2.1). Це приводить до зменшення фізичного об'єму обчислювальної системи приблизно на 16 дм3 (якщо вважати, що число зекономлених вентилів дорівнює 300) і до зниження її вартості на 80-120 дол. (табл. 2.2).

Виконуються ВІС ПЗП у вигляді функціонально закінчених вузлів, що містять на одному кристалі або в одному корпусі накопичувач, АІ, ДШ, АФ і СФ. Технічні характеристики ПЗП в основному, визначаються числом ЗЕ в накопичувачі і типом елементів (компонентів), що використовуються для його побудови.

Таблиця 2.1

Місткість ПЗП, біт | Число зекономлених (замінних) логічних вентилів | Число замінних ІС | Економія, дол.

2048 | 128-256 | 13-25 | 19-78

4096 | 256-512 | 25-50 | 37-150

8192 | 812-1024 | 50-100 | 75-300

16384 | 1024-2048 | 100-200 | 150-600

Таблиця 2.2

Статті економії | Ефект від економії при числі біт, що замінюють логічний вентиль

8 (оптиміс-тичний) | 12 (реаліс-тичний) | 16 (песиміс-тичний)

Економія корпусів ДІП, шт. | 170 | 114 | 85

Економія схемних друкарських плат (при 60 ВІС на платі) | 3 | 2 | 1,5

Економія об'єму, дм3 | 24 | 16 | 12

Економія потужності, Вт | 128 | 85 | 64

Економія витрат (на ПЗП місткістю 4096 біт), дол. | 168 | Н9 | 83

Класифікація ПЗП здійснюється за принципом фізичної реалізації запам'ятовування інформації, тобто по типу ЗЕ і способу занесення інформації. Фізичне запам'ятовування інформації можна реалізувати за допомогою діодних і транзисторних структур. За способом занесення інформації ПЗП діляться на три основних класи: власне ПЗП, програмувальні ПЗП-ППЗП і ре-програмувальні ПЗП-РПЗП. Класифікація ПЗП по вищезгаданих ознаках наведена на рис. 2.1, а по способах запису і стирання – в табл. 2.3. На рис. 2.2 подані схеми основних ЗЕ, на основі яких в цей час розроблений цілий ряд накопичувачів ПЗП і ППЗП, що серійно випускаються.

Рис. 2.1. Класифікація ПЗП

Рис. 2.2. Схеми основних ЗЕ накопичувачів ПЗП: на діодах (а, б), біполярний транзисторах (в-д) і МДП-транзисторах (е)

Для ПЗП з накопичувачами на ЗЕ, схеми яких подані на рис. 2.2, а, е, запис інформації здійснюється двома способами: зміною конфігурації металізованого розведення або селективним розкриттям контактних вікон під металізацію. Якщо схеми накопичувачів побудовані на ЗЕ, наведених на рис. .2, в, г, то програмування реалізовується перепаленням плавких перемичок при подачі електричних сигналів на відповідні зовнішні виведення ППЗП. Програмування ПЗП, накопичувачі яких побудовані на ЗЕ, наведених на рис. 2.2, б, д, здійснюється за допомогою виборчого руйнування діода при прикладенні імпульсів напруги або струму.

У ПЗП необхідне розміщення інформації по ЗЕ (запис інформації) здійснюється двома способами: фотошаблоном (зміна конфігурації металізованого розведення або селективне розкриття контактних вікон під металізацію і лазерним променем.

При першому способі запис інформації здійснюється в процесі виготовлення ПЗП, для чого використовуються замовні фотошаблони металізації або замовні фотошаблони контактних вікон. Звичайно в комплекті фотошаблонів, необхідних для виготовлення ПЗП, один є змінним (замовним); в ньому міститься призначена для занесення в ПЗП інформація. Кількість змінних фотошаблонів визначається номенклатурою ПЗП.

Таблиця 2.3

Тип ПЗП | Тип ЗЕ | Елемент програмування | Спосіб запису | Спосіб стирання

Власне ПЗП | Діодні, біполярні й МДП-структури | Контактне вікно | Фотошаблоном

Металеве з'єднання | Фотошаблоном або лазерним променем—

ППЗП | Діодні, біполярні і КМДП-струкури | Перемичка | Електричним перепаленням—

р–n-перехід | Електричним пробоєм

діод Шотві

РПЗП | МНОП-; МАОП-; МАП-; ЛІІЗМОП-структури і прилади Овшинського | МНОП-транзистор | Електричними сигналами | Елект-ри-ч-ними сигна-лами

МАОП-транзистор

МАП-транзистор

ЛІІЗМОП-транзистор з подвійним затвором

Аморфний напівпровідник

ЛІІЗМОП-транзистор | Ультра-фі-о-лето-вим оп-ро-мі-не-нням

Програмування ПЗП з допомогою замовних фотошаблонів характеризується високою надійністю, але вимагає великих матеріальних витрат (це зумовлено відносно високою вартістю виготовлення додаткових замовних фотошаблонів), великих тимчасових витрат, збільшує номенклатуру замовлних ВІС ПЗП, що створює незручності для споживачів – розробників ЕОМ і обчислювальних систем. Даний спосіб використовується в тих випадках, коли виготовляється велика кількість ідентичних ПЗП, в яких зміна занесеної інформації недопустима. Потрібно зазначити, що використання фотошаблона контактних вікон істотно підвищує щільність розміщення елементів в порівнянні з використанням фотошаблона металізації (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Електрична схема (а) і топології ЗЕ при занесенні інформації фотошаблоном контактних вікон (б) і фотошаблоном металізації (в)

При другому способі програмування ПЗП здійснюється шляхом переривання зв'язків в металізованому розведенні за рахунок випаровування ділянок металізації при впливі лазерних променів. Цей процес реалізовується на спеціальних установках лазерного кодування після завершення металізації. Програмування ПЗП лазерними променями має ряд переваг: для всієї номенклатури ПЗП, що зберігають різну інформацію, використовується один і той же комплект фотошаблонів; час переходу від програмування одного ПЗП до програмування іншого незначний; вартість розробки нових ПЗП невелика. Цей спосіб