Олимпиада "Наноэлектроника"
Неофициальный сайт

Меню сайта
Категории раздела
Наш опрос
Оцените сайт олимпиады
Всего ответов: 122
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Главная » Статьи » Компьютерный практикум и ИТ (МИФИ) » Конспекты (курсы КП и ПК)

ЗАПОМИНАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ С ИНЖЕКЦИОННЫМ ПИТАНИЕМ

ЗАПОМИНАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ С ИНЖЕКЦИОННЫМ ПИТАНИЕМ

А. С. БЕРЕЗИН, В. А. ЛАПШИНСКИЙ, Е. М. ОНИЩЕНКО,И. И. ШАГУРИН

Конспект дипломной работы

Национальный исследовательский ядерный университет Московский инженерно-физический институт

Выполнил студент группы А04-11
Болотников А.А
Преподаватель доцент В.А. Лапшинский


УДК 621.382.8:681.327.66

В настоящее время повышаются требования, предъявляемые к быстро-действию, объему и потребляемой мощности запоминающих устройств (ЗУ) современных ЦВМ. В первую очередь это относится к оперативным запоминающим устройствам (ОЗУ) [1, 2]. Наиболее перспективный путь совершенствования ОЗУ — использование полупроводниковых микросхем памяти емкостью более 1 кбит на кристалле, имеющих время цикла ≤ 100 не и потребляемую мощность ≈ 50 мкВт/бит [1, 2]. Серийные мик¬росхемы памяти на МДП- и биполярных транзисторах не обеспечивают выполнения всех указанных требований одновременно [3—5]. Одним из путей разработки микросхем памяти с требуемыми параметрами является использование статико-динамического принципа организации [6] и применение в накопителе инжекционных запоминающих элементов (ЗЭ), которые имеют площадь в 3—5 раз меньше, чем обычные ЗЭ на биполяр¬ных транзисторах, сохраняя информацию 'при рабочих токах ~1 мкА [7-9].
В [7—10] описаны инжекционные ЗЭ, однако им присущ ряд недостат¬ков, затрудняющих их практическое применение. Так, ЗЭ, предложенные в [7, 10], сложны и занимают площадь более 3000 мкм2, что не позволяет разработать микросхемы памяти сверхбольшой емкости ( ≥1 кбит). Наи¬более компактный ЗЭ с двунаправленными ключами на р—n—р транзисторах [9] не обеспечивает требуемого быстродействия.
Настоящая статья посвящена теоретическому анализу и эксперимен-тальному исследованию оригинального четырехтранзисторного инжекционного ЗЭ [11], перспективного для использования в маломощных быстродействующих микросхемах памяти емкостью более 1 кбит.

На рис. 1,а представлена электрическая схема рассматриваемого ЗЭ. Отличие его от других инжекционных элементов заключается в том что две инжекционные структуры, образующие бистабильную ячейку распо¬лагаются в изолированных областях n-типа, которые могут быть общими для одного или нескольких разрядов слов матрицы ЗЭ (рис. 1,б). Шири¬на изолирующих областей (полос) не превышает расстояния, на котором обычно располагаются соседние p-области для предотвращения связи между ними (при отсутствии изоляции). В ЗЭ используются одноколлекторные п—р—n-транзисторы, число управляющих шин меньше, чем в дру¬гих элементах, поэтому площадь, занимаемая ЗЭ на кристалле, оказыва¬ется минимальной изизвестных биполярных ЗЭ статического типа.
В режиме хранения информации потенциалы разрядных шин поддер¬живаются одинаковыми, а к словарной шине





подключается источник тока Ixp. При этом напряжении Uэбp на эмиттерных переходах р—п—р-транзисторов T1 и Т2 одинаковы, поэтому приблизительно одинаковы и их эмиттерные и коллекторные токи (транзисторы считаются идентичными) Если нормальные

коэффициенты усиления транзисторов Т3, Т4 превышают единицу (βNn>1), то ЗЭ имеет два устойчивых состояния, когда один из п—р—n-транзисторов (Т3 или Т4) насыщен, а другой закрыт. Токи Ip0 и Ip1 втекающие в разрядные шины (рис.1,а) , будут отличаться по величине: ток, втекающий в шину, подключенную к эмиттеру открытого транзистора, будет больше. Если транзистор Т3 насыщен, то Ip0>Ip1 а величины токов определяются выражениями,




где с учетом того что (α_(N )^p α_I^p) <<1 получаем



Запись информации производится путем подачи в словарную шину импульса тока выборки Iвыб, амплитуда которого превышает на 2—3 по¬рядка ток Iхр, либо импульса напряжения выборки UВЬ1б (рис. 2), с одно¬временным созданием разности потенциалов между разрядными шинами: ∆Uр.з=U1-U0, где U0 и U1 — потенциалы разрядных шин в состоянии покоя и при записи информации соответственно. Величина ∆Uр.з должна быть достаточной для обеспечения перезаписи информации, т. е. выхода из насыщения транзистора, находившегося в насыщенном состоянии, и перевода транзистора, находившегося в отсечке, в насыщенное состояние



где m − постоянный коэффициент (m≈1,5) и φT — температурный потен¬циал. Обычно величина βNn не превышает 10 [12], минимальное значение ∆Uр.з, требуемое для надежного переключения, составляет: (∆Uр.з)мин ≈ 3m φT = 90÷120Mв. При этом коллекторные токи транзисторов T1, T2 будут различаться более чем на порядок.
Амплитуда импульса выборки должна удовлетворять условию




что бы обеспечить включение инжекционной структуры, подключенной к разрядной шине с высоким потенциалом U1. При этом весь ток выборки потечет через вторую инжекционную структуру, что способствует ускорению переключения ЗЭ.
Для исключения возможности ложного переключения ЗЭ, имеющих общие разрядные шины с выбранным ЗЭ, целесообразно одновременно с подачей импульса выборки произвести отключение




источника тока хранения в невыбранных строках. Для сохранения информации, записанной в отключаемых ЗЭ, необходимо ограничить
длительность импульса выборки. Время сохранения информации определяется процессом разрядки узловых емкостей СА, Св (рис. 1, а) в ЗЭ и составляет величину (порядка 1 мс), которая на несколько порядков больше обычно используемого времени выборки [13].
Времена переключения ЗЭ определяются инерционностью транзисторов и процессом перезаряда паразитных емкостей СА, Св в узлах бистабильной ячейки. При использовании выборки импульсом напряжения паразитная емкость разрядной шины способствует увеличению тока через открывающуюся инжекционную структуру в начале переходного процесса.
Рассмотрим случай выборки импульсом тока Iвыб. Так как Iвыб>>Iхр, то можно пренебречь временем рассасывания избыточного заряда в базе открытого транзистора. Тогда время переключения или записи информации tзп в ЗЭ равно:




где tзо≈0,2ταNp - время собственной задержки p-n-p-транзистора; t3P.A, t3P.B -времена перезаряда паразитных емкостей соответствующих узлов ЗЭ; ταNp — постоянная времени коэффициента αNp
Если в исходном состоянии T1 , был закрыт, то на первом этапе переключения ЗЭ происходит перезарядка емкости CА . Время перезаряда tзр,А можно найти из уравнения Где Uэбn – напряжение открывания эмиттерного перехода n−p−n транзистора;



Здесь Cм1 , Cм2 , Cк1 Cк2 – емкости эмиттерного и коллекторного переходов р—n—транзисторов T1 и T2.
На рис. 3,а приведены зависимости tэр.А = f(CАUзбn / αNp Iвыб), рассчитанные с помощью уравнения (8) при типовых значениях параметров инжекционных структур; Uзбn ≈ 0,7 В; CА = 1,0÷2,0 пФ; αNp ≈ 0,2÷0.4; ταNp = 20÷100нс. Как видно из графиков, величина tэр.А составляет tэр.А = 15÷70нс.


https://e.mail.ru/cgi-bin/ajax_attach_action?id=13704257780000000123&_av=1&x-email=kurt9_3%40mail.ru

Считывание информации на ЗЭ можно осуществить двумя способами. В первом случае выборка необходимого ЗЭ происходит путем подачи в словарную шину импульса тока Iвыб с амплитудой, на 2÷3 порядка превышающей ток хранения. При этом предусилитель считывания должен фиксировать разность токов, втекающих в разрядные шины, и обладать малым входным сопротивлением, чтобы не нарушалось равенство потенциалов разрядных шин. Во втором случае на словарную шину подается



Итак, проведенный теоретический анализ и машинный расчет позво¬лили разработать инфекционный ЗЭ с максимальным быстродействием. Как следует из эксперимента, интегральный ЗЭ надежно хранит информа¬цию при потребляемой мощности PХР~10 МКВТ И имеет время цикла ~50÷100 нс при токе выборки Iвыб=200÷300 мкА. Экспериментальные данные находятся в хорошем соответствии с расчетными. Рассмотренный инжекционный ЗЭ обладает наименьшей из всех известных инжекцион-ных ЗЭ площадью ~1600-2500 мкм2 и является весьма перспективным для использования в быстродействующих микросхемах памяти большой и сверхбольшой емкости (≥1 кбит).
Литература

1)Altman L. Electronics, 1975, vol. 48, No. 21, p. 110.
2)Прангишвили И. В. Микроэлектроника, 1975, т. 4, № 6, стр. 477.
3)Крайзмер Л. П., Лашевский Р. А. Зарубежная радиоэлектроника, 1975, № 2.
4)Пополутов В. К., Иорданский Г.В. Зарубежная радиоэлектроника, 1975, № 6.
5)Wilcot J.D., Clarck A. New Electronics, 1975, vol. 8, No. 6, p. 332
Категория: Конспекты (курсы КП и ПК) | Добавил: 11231123 (05.06.2013) | Автор: Болотников
Просмотров: 562 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Форма входа
Поиск
Друзья сайта