Й.Янсен Курс цифровой электроники. Том 3. Сложные ИС для устройств передачи данных (1987) (1092083), страница 29
Текст из файла (страница 29)
По этой причине простой метод смещения заряда широкого распространения не получил. Зато широко распространен метод, в котором применяются четыре сдвинутых между собой внутренних тактовых импульса, которые обеспечиваются двумя генераторами тактовых сигналов. Как будет показано ниже, в этой базовой схеме требуются три сигнала, сдвинутых между собой во времени. Длн более подробного анализа ПЗС-регистра рассмотрим еще раз рис.
2.78. Из этого рисуяка видно, что рядом с истоком находится входной затвор, через который мы можем ввести в регистр один разряд (бит) данных. Пусть на электрод гр1 будет подан положительный потенциал, тогда в д1 будут переданы данные из д; и в д4 — из дм так как затвор д4 управляется синхронно с затвором дь При подаче положительного потенциала на электрод чч в дз переходит бит из д1 н в дз — из пь Наконец, при подаче положительного потенциала на электрод чз в дэ передается бит из д, и в да†из дм Для данной структуры такое перистальтическое движение с помощью одного двухфазного таймера обеспечить невозможно.
Очевидно, что если нам. например, требуется переместить заряд от д, к и„ в то время как на йч также поступит тактовый импульс, то заряд, находящийся под йз, распределится между д, и д4 Для обеспечения оптимального переноса заряда между последовательно расположенными затворами тактовые импульсы необходимо сделать частично перекрывающимися, чтобы заряд не де- Заааииаатаартс уетрадетра 1Зог) лился на части в процессе переноса.
На рис. 2.79 изображено, как происходит процесс переноса заряда под затворами. Напряжение на затворе создает разность потенциалов„т. е. потенциальную яму, которая стремится вытянуть заряд из соседнего затвора. Если под очередным затвором находится заряд, то он перетечет под следующий затвор. Если заряда нет (О), то никакого переноса заряда не происходит. и! 7еу узе ге! мт Ул г! 1!а! ! Ь !!! ! 11! ! ада-ннмагааруеаыд заряд б Рдс.
2.79. Перенос заряда в ПЗС. о — структура; б — статическое состояние с аиотенциальноа ямоа»: а — иеремещение НИМСКтнРОааИИОГО ЗаРЯДа ЬОь! а — СитнаЛМ Е» Е» И аа, КОтОРМЕ ОбЕСИЕЧНааиа СМЕНГЕ- ние заряда. Таким образом, мы можем хранить под соответствующими затворами разряды (биты) данных и перемещать их с помощью подачи тактовых сигналов. В конце такого последовательного регистра мы получим цифровую информацию на выходе стока.
Выходной затвор должен при этом управляться в фазе с 1ра, либо его можно подключить к постоянному потенциалу К,. Во время передачи пакетов заряда вдоль ячеек (затворов) наблюдается его постепенная потеря, т. е. ухудшение качества (уровня) передаваемой информации, поэтому после прохождения определенного числа ячеек (затворов) необходимо включить регенеративную схему. 2.25. Архитектура ЗУ на ПЗС ЗУ на основе ПЗС является типичным примером устройств памяти с последовательным доступом, которое предназначено для хранения данных в виде блоков нли страниц. Очевидно, что прн хранении данных в последовательно-параллельных ьь и ьчпл~ььЬ ИФ дик даллых ььььаь Выгьо банных Рис.
2.80. Блок-схема ПЗС-ЗУ иа 84К бит. структурах время доступа к блокам или страницам можно существенно сократить. В атой связи в специальной литературе делается различие между ПЗС-ЗУ' с длинным циклом и ПЗС-ЗУ с коротким циклом, где последний вариант имеет последовательно-параллельную организацию. Хотя по времени доступа ПЗС-ЗУ с коротким циклом имеют преимущество по сравнению с ПЗС-ЗУ с длинным циклом, однако они требуют использования большего числа логических схем для регенерации, селекции и генерации тактовых сигналов.
На каждый цикл требуется один усилитель считывания н один регенератор. На рис. 2.60 приведена блок-схема ПЗС-ЗУ со структурой 64К1. Внутри схема разделена на 16 адресуемых 4К-разрядиых регистра сдвига. Это ПЗС-ЗУ имеет один вход и один выход данных, которые с помощью селекторов можно связать с одним из 16 регистров. Мультиплексор и демультиплексор управляются четырьмя адресными шинами. Каждый регистр производит постоянную рециркуляцию данных, за исключением периода записи данных. Во время операции сдвига данные с входной шины записываются в выбранный регистр, в то время нак остальные 15 регистров производят только рециркуляцию данных.
Все 16 регистров получают команду сдвига одновре- Зааохшнаагние дат асгеа 13«') Вход дениза сеехда И1тбх Рис. 2.81. Реализация одного регистра сдвига (11(4096), показанного иа рис. 2.80. менно. Современные ПЗС-ЗУ работают на тактовой частоте 5 МГц. Максимальное «мертвое» время, т. е. время, которое проходит между подачей команды на считывание информации и появлением соответствующего бита на выходе, составляет около 800 мкс.
Среднее время доступа равно 400 мкс. Хотя каждый из внутренних регистров предстанляется пользователю как 1р,4К-регистр сдвига, реальная архитектура этого ЗУ представляет собой последовательно-параллельное соединение регистров (рис. 2.81). Каждый из 32 регистров хранения получает данные из 32-разрядного входного регистра, управляемого генератором тактовых сигналов с частотой б МГц. После поступления 32 тактовых импульсов этот регистр будет заполнен, и далее эти 32 бита вводятся параллельно в вертикально расположенные регистры хранения †сдви, каждый длиной по 128 бит. Для этого после каждых 32 тактовых импульсов на зти вертикальные регистры подается команда сдвига.
На нижнем конце вертикальных регистров включен горизонтальный расположенный выходной регистр, который также считывает биты данных с частотой 5 МГц. Эта последовательно-параллельная структура имеет определенные преимущества. Во-первых, потребление мощности в этой 188 р г структуре существенно меньше, чем в последовательном 1Х Р',4К-регистре, так как биты смещаются в вертикальных регистрах с меньшей частотой переноса.
Чем выше частота этого переноса, тем больше рассеяние мощности в ячейке. Во-вторых, каждый бит смещается здесь только 160 раз (128 вертикальных и 32 горизонтальных смещения), что прнводит к меньп|ей потере заряда. Таким образом, эта архитектура обеспечивает меныпее снижение уровня передаваемого заряда, чем обычный последовательный ПЗС-регистр емкостью 1Х4К. Стоимость одного бита ПЗС-ЗУ оказывается меньше, чем одного бита ОЗУ. С другой стороны, ПЗС-ЗУ имеют более сложную систему доступа к информации н обеспечивают большее время доступа, особенно если даяные записываются илв считываются не в виде последовательных блоков или страниц.
В некоторых применениях ПЗС-ЗУ оказываются выгоднее". Следует отметить, что ПЗС-ЗУ, так же как полуороводннковые ОЗУ, являются энергозависимыми. Выше мы рассматривали применение ПЗС-ЗУ для хранения цифровой информации. Однако в ПЗС-ЗУ можяо хранить не только два определенных логических уровня (О или 1), ио и мгновенные значения аналоговых напряжений, В частности, набор ячеек ПЗС-ЗУ можно использовать в качестве линии задержки. Аналоговый сигнал, поданный на вход ПЗС-ЗУ, появится на его выходе с определенной задержкой во времени. Величина времени задержки регулируется с помощью частоты сигналов таймера.
Величиной заряда ПЗС-ячейки можно управлять с помощью облучения светом. При этом можно, например, ввести изображение с разрешением 1000;зс',!000 точек в структуру, содержащую тысячу ПЗС-регнстров на 1000 ячеек каждый. Затем эту информацию можно передать в выходной ПЗС-регистр, считывание с которого производится в последовательном режиме. Таким образом, мы получаем видеосигналы, которые вместе с соответствующими синхроннзирующими сигналами можно подать на вход кинескопа. ПЗС-ЗУ можно использовать также в телевизионных камерах, которые способны заменить камеры обычного типа (видиконы). Очевидно, что к входным и выходным схемам ПЗС прп таком применении предъявляются более высокие требования, чем при использовании ПЗС в качестве битовой ячейки.
При воспроизведения изображения перенос элементов должен быть строго линейным, равно как и усиление в указанных входных и выходных усилителях, что в случае цифровых применений ПЗС не требуется. н В последнее время в связи с разработкой высококачественных полупроводниковых ОЗУ с произвольным доступом ПЗС-ЗУ применяются крайяе редко. — Прим. редактора.
Заломинагощие ястройства (ЗУ) 2.26. ЗУ на основе ЦМД Новой разработкой в области энергонезависимых ЗУ является ЗУ, реализованное на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД). Если мы нанесем тонкий слой аморфного магнитного материала, например гадолиний-кобальта или гадолиний-железа, на немагнитную подложку, то в этой пленке появятся области, имеющие одинаковое направление намагничивания, которые похожи по форме на коромысло. Под действием внешнего магнитного поля эти области преобразуются в домены цилннд- слеплен йееггасппгппееепспе т пйспспепе спазсе -у Ппппплепп сспьсее ~Г ппенийнее пепе ~~ г ппепгпппее пепе Рис, 2.82. Возникновение доменов в тонкой пленке из магнитного материала рической формы.
На рис. 2.82 показано, как это происходит. Эти домены («пузырьки») имеют диаметр от 1 до 5 мкм. Поле, которое требуется для получения доменов такого размера, обеспечивает постоянный магнит, который располагается над. подложкой с магнитной пленкой (кристаллом ЦМД-ЗУ). В очень сильном магнитном поле домены исчезают. Для хранения информации внешнее электрическое напряжение питания для таких ЗУ не требуется, поэтому они называютсм энергонезависимыми. Домены смещаются под действием магнитного поля„которое направлено по вертикали к основному полю. Для перемещения пузырьков в требуемом направлении и по определенной траектории на поверхность ЦМД-кристалла напыляются тонкие магнитные слои из пермаллоя, которые имеют форму шевронов (рис. 2.83).
Вращая вспомогательное магнитное поле, можно перемещать домены вдоль шеврона, как показано на рис. 2.83. При этом их можно также перебрасывать от одного. шеврона к другому. Вращакнцееся вспомогательное магнитное поле получается с помощью двух обмоток, которые питаются треугольными импульсамн тока, сдвинутыми по фазе на 90'. ~тнининнйнннн Гннннннннннгнннннннннн .лажаюннннн к линн Рис, 2.83, Движение доменов вдоль шевровое Домены в тонкой магнитной пленке можно сформировать с помощью тонкой алюминиевой петли, через которую пропуска.ется ток. Магнитное поле петли накладывается на основное поле постоянного магнита.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
