Запоминающие элементы

Известны конденсаторные ЗЭ разной сложности. В последнее время практически всегда применяют однотранзисторные ЗЭ — лидеры компактности, размеры которых настолько малы, что на их работу стали влиять даже -частицы, излучаемые элементами корпуса ИС.

Электрическая схема и конструкция одно-транзисторного ЗЭ показаны на рисунок 8.16.

Рисунок 8.16

Ключевой транзистор отключает запоминающий конденсатор от линии записи-считывания или подключает его к ней. Сток транзистора не имеет внешнего вывода и образует одну из обкладок конденсатора. Другой обкладкой служит подложка. Между обкладками расположен тонкий слой диэлектрика — оксида кремния SiО₂.

В режиме хранения ключевой транзистор заперт. При выборке данного ЗЭ на затвор подается напряжение, отпирающее транзистор. Запоминающая емкость через проводящий канал подключается к линии записи-считывания и в зави­симости от заряженного или разряженного состояния емкости различно влия­ет на потенциал линии записи-считывания. При записи потенциал линии за­писи-считывания передается на конденсатор, определяя его состояние.

Процесс чтения состояния запоминающего элемента. Фрагмент ЗУ (рисунок 8.17) показывает ЗЭ, усилитель считывания УС а также ключи К1 и КО соответ­ственно записи единицы и нуля.

К линии записи-считывания (ЛЗС) 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.

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 Сл заряжается до уровня U_сс/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 Сл перетекает в емкость С₃, и напряжения на них уравниваются. Потенциал ЛЗС снижается на величину , которая и является сигналом, поступающим на усилитель считывания.

Рисунок 8.17

При считыва­нии единицы, напротив, напряжение на С₃ составляло вначале величину U_сс 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 . Графики сигналов при считывании нуля и единицы показаны на рисунке 8.18.

Рисунок 8.18

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 (рисунок 8.19, а). Очевидно, что такой прием вдвое уменьшает емкость линий, к которым подключаются запоминающие емкости, т.е. вдвое увеличивает сигнал .

а) б)

Рисунок 8.19