Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 152
Текст из файла (страница 152)
Г!о такому принципу конструируются логические ячейки, выполняющие комбинацию логических функций. Малые размеры логических ячеек позволяют формировать сложные арифметпко-логические устройства. 4.2.3. Запоминающие устройства на ПЗС-структурах Залохтнающне устроислюа на лрннцгщах зарядовой связи легко реализуются с помощью ячеек аналоговой памяти. По существу эти ячейки являются конденсаторными МОП- структурами, в которых хранится зарядовый пакет или отсутствуег вовсе.
В первом случае говорят о хранении логической единицы, в другом — логического нуля. Объединенные в линейки такие ячейки образуют регистры сдвига. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) состоит из накопителя с однократной записанной информацией и системы вывода информации на регистрах с зарядовой связью.
Один из вариантов ПЗУ на ПЗС для хранения аналоговых сигналов содержит регистр сдвша, связанный с МОП-конденсаторами, размеры которых соответствуют записанной информации. На рис. 4.19, а изображен отдельный элемент такого устройства, где трехтактный регистр Р1 — РЗ непостоянно связан с конденсаторами постоянной памяти К!— КЗ. В режиме считывания иа выбранный конденсатор подается напряжение и под его электродом накапливается заряд, пропорциональный площади последнего. Затем напря.жение подается на выбранныи электрод, и заряд передается в регистр.
Это выполняется олновременно во всех элементах, так что реггзстр принимает параллельный код, который затем поступает к выходному усилителю. Элементы хранения отделены от регистра, подобно фоточувствительным элементам в фотоприемниках со строчной разверткой. Однако они могут быть совмещены с электродами переноса, как показано на рис. 4.19, б. При этом информация представлена величиной заряда, встроенного в электродный диэлектрик.
Наличие такого заряда приводит к модуляции поверхностного потенциала вдоль канала ПЗС, что позволяет считывать записанный заряд. б) в) Рис. жзэ. ПЭУ на Пэсл в — элемент памяти вне регистра; б — элементы памяти, совмещенные с электродами перепаса Часть йг'. Функциональная элекгрони«а 710 Операция считывания протекает в две стадии: вначале производится передача информа ции из постоянного накопителя в регистры ПЗС, затем — перенос зарядовых пакетов к выходу устройства.
Первая стадия зависит от способа представления информации в пако гпггеле, который при соответствующих управляющих сигналах определяет процесс гене рации зарядовых пакетов, степень заполнения ими потенциальных ям или распределение зарялов между соседними элементами. Информация записывается в диэлектрике, что обуславливает различное пороговое напра жение на электродах и одновремегшо различную управляющую способность. При подаче напряжения на электроды выбранной фазы под ними образуются потенциальные ямы различной глубины. Заполнение их зарядом, за счет естественной термогенерации, созда.
ет зарядовый рельеф, отображающий ранее записанную информацию. Для ускорения заполнения ям "опрашивающие" заряды подводят с помощью самого ПЗС. Репрограммируемое постоянное запоминающее устройство (РПЗУ) на ПЗС позволяет перезаписывать информацию в процессе работы в соответствии с введенным в него массивом зарядовых пакетов, Из некоторых способов хранения информации перепрограммирование допускает лишь заряд, встроенный в диэлектрик, но сам диэлектрик должен быть усложнен: диэлектрик с захватом заряда и диэлектрик со встроенным плавающим затвором.
Запоминающее устройство с произвольной выборкой по считыванию (ЗУПВ) на ПЗС позволяет считывать информацию из произвольной ячейки матрицы. В их основе лежит матрица ПЗС с дополнительной системой электродов, обеспечивакицих произвольную выборку. Как известно, произвольная выборка возможна и в приборах с иижекцией заряда, но зарядовое считывание в матрицах большого объема дает очень слабые выходные сигналы, налагает чрезмерно жесткие требования на ее элементы, в особенности на усилители счптывания. Более перспективным представляется использование токового считывания.
В этом случае заряд, хранимый элементом, модулирует протекающий в нем ток. Допустимы различные способы токового считывания при ориентации канала транзистора в различных направлениях по отношению к каналу ПЗС (рис. 4.20); в горизонтальном (и, б) и в вертикальном (э, г). б) а) г) в) Рис. 4тяв. комбинация элемента пзс с транзистором. горизонтальный канал -к транзистора поперек ( ек (а) и вдоль канала пзп (б); вертикальный канал 1 транзистора со стоком в отверстии электрода ПЗС (Э) и в виде изолирующей диффузионной области (г) 4.
Функциональная полупроаодникоеая электроника Области стока и истока канально~о транзистора могут быть включены в конструкцию дополнительно, но можно использовать и структуры, входящие в ПЗС-подложку, например, области изолирующей стоп-диффузии. При горизонтальном канапе на подложке необходимо наличие слоя противоположного типа проводимости. Для вертикального канала размеры стока должны быть меньше глубины области пространственного заряда.
Итак, ЗУ строятся на основе регистров сдвига, позволяющих реализовать в ячейках два устойчивых состояния "1" или "0" и перемешать информацию по регистру. По методу поиска адреса ячейки памяти ЗУ делятся на устройства с произвольным и последовательным доступом информации. ЗУ с произвольным доступом позволяют использовать в любой момент времени любую ячейку и имеют число выходов блока выборки, равное числу адресов блока запоминания. ЗУ на основе регистров сдвига иа ПЗС относятся к устройствам с последовательным доступом к информации. Для увеличения времени хранения информации зарядовые пакеты непрерывно циркулируют по ПЗС-структуре путем передачи их с выхода на вход через устройство регенерации, позволяющее компенсировать утечку и рассасываине зарядов. б) а) в) Рис.
4.21. Структурные схемы ЗУ на ПЗС; а — серпантинно-летлеобразная б — с произвол~ной выборкой блоков, в — со строчной адресацией; е — последовательно — параллельно — последовательная г) стры сдвига а) с злемеи- Конструктивно ЗУ организовываются по различным схемам (рис. 4.21). Реги могут быть объединены в виде серпантинно-петлевой структуры (рис. 4.21, тами регенерации )г. Перспективными также являются структуры ЗУ с произвольной выборкой (рис 4.21, б) и со строчной адресацией (рис.
4.21,в). Структуры с последовательно — параллельно — последовательной адресацией (ППП) образуют регистр, состоящий Часть )И Функциональная электроника 7)2 из матрицы параллельно включенных регистров сдвига с последовательным переносом двух регистров -- входного и выходного. Информация последовательно заносится в верхний регистр, затем переносится параллельно в матрицу и в ней построчно сдвигается, Достигнув выходного регистра, информация заносится в него, а затем последовательно сдвигается к выходному устройству. Структура типа ППП должна содержать элементы регенерации )!, восстанавливающие уровень зарядовых пакетов. ЗУ на Г!ЗС большой емкости строятся по блочной структуре или с блочной выборкой, Основной областью применения ЗУ на Г!ЗС является буферная память.
Так замена буфер. ной памяти на магнитных дисках в ЭВМ позволит резко сократить габариты, потребляе. мую мощность, другие технические характеристики. Плотность записи информации в ЗУ на ПЗС может достигать )О' бит/см при скорости э з записи и считывания 5 Мбит)с. К недостаткам ЗУ на ПЗС следует отнести ограниченное время хранения информации в ЗУ, а также энергозависимость схем. 4.2.4.
БИСПИН-приборы БИСПИН-приборы представляют собой полупроводниковые структуры с БИСмещенным Переходом и Инжекционной Неустойчивостью. Эти приборы преобразуют входной аналоговый сигнал в регулярную последовательность импульсов тока или напряжения. В качестве континуальной среды используется полупроводниковая структура с распределенным р †-и- или и — р-переходом (рис. 4.22, а). На поверхности слаболегированной и- или р-области формируют нелинейный А и омический )) контакты.
В качестве нелинейного контакта может выступать встроенный локальный л — р — и- или р — и — р-транзистор, е) б) Рис. 4.22. БИСПИ! Ьструхтура (а), форма генерируемых импульсов (б) и условное обозначение Ге) а) На поверхности сильно легированной р - или п -подложки формируется омический ко" такт С. Если к контактам А и В приложить определенную разность потенциалов Г)хв таки кнм образом, чтобы и"-область была включена е прямом направлении, а затем структуру осле тить со стороны слаболегированной области, то во внешней цепи появляются импульс . ьсы еюг тока определенной частоты слелования.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
