Le memorie non volatiliA.Carini – Elettronica digitale

Memorie

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• Circuiti che possono contenere un numero elevato di informazioni binarie in maniera organizzata e possono fornirle in uscita mediante una operazione detta di lettura della memoria stessa.

• Memorie sequenziali

• Memorie ad accesso casuale

• Memoria a sola lettura (ROM)

• Memoria a lettura e scrittura (RWM)

• Memorie non volatili

• Memorie volatili

Memorie ad accesso casuale

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Classificazione

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Memorie a sola lettura (ROM)

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• Circuiti in cui le informazioni consistono in determinate “parole” immagazzinate nella matrice di circuiti combinatori che costituiscono la memoria stessa, “parole” che possono essere presentate alle uscite in funzione degli indirizzi logici forniti agli ingressi.

• Sono in realtà dei circuiti combinatori.

ROM schema logico

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ROM a porte NOR

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Personalizzazione della ROM

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• A livello di realizzazione del tracciato.

• A livello di realizzazione delle contattazioni (masked-rom).

• Mediante fusibili o antifusibili in serie al drain (PROM).

ROM a porte NOR

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Sense amplifier

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ROM a porte NAND

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ROM a porte NAND

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2,

=P

eqN

RK

KK

N

KK N

eqN =,Con

min,min,

min,, 5.22

P

P

N

N

P

eqN

RW

L

LN

W

K

KK ==

min,5.2

2NP L

NL =

ROM a porte NOR dinamiche

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ROM a porte NAND dinamiche

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Indirizzamento bidimensionale

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Esempio calcolo tempo di lettura

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• ROM da 216=65536 bit (64 Kbit) di tipo masked-ROM a porte NOR

• Considereremo due realizzazioni

• 4096 x 16

• 256 x 256

• Valuteremo in modo semplificato il tempo di lettura come la somma del tempo necessario per portare una wordline a livello alto e il tempo necessario a portare una bitline allo stato basso

• Assumeremo: CG=6,7 fF e CD=7,5 fF.

Tempo di transizione TLH

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Tempo di transizione THL

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Esempio calcolo tempo di lettura

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1

3==

NP L

W

L

W

VVDD 3.3=

220

V

AkP

= 2

50V

AkN

=

VVT 1=

( ) AVVI TDDP 3183202=−=

( ) AVVI TDDN 7953502=−=

Esempio calcolo tempo di lettura

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nsMM

II

VCt

PN

DHL2477

3.25.7

2

=

−

I

VCtT

VVVV OLDD 3.2=−=

nsNNI

VCt

P

GLH318

3.27.6 =

Esempio calcolo tempo di lettura

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nstLH 1= nstHL 1.74= nsttot 75=

nstLH 4.12= nstHL 62.4= nsttot 02.17=

• M = 4096 e N = 16

• M = N = 256

Valori di N e M ottimi

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+=+=

=

MBNAttt

MNC

HLLH

Minimizzando CA

BN = C

B

AM =

BA NM

Memorie non volatili

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• EPROM (Electrically Programmable ROM)

• Programmabili elettricamente dall’utilizzatore

• Cancellabili mediante esposizione a radiazione ultravioletta.

• EEPROM (Electrically Erasable and Programmable ROM)

• Ogni bit può essere programmato e cancellato elettricamente dall’utilizzatore

• FLASH

• L’utilizzatore può programmare elettricamente ogni singolo bit della memoria, mentre può cancellarla per via elettrica globalmente (o ad ampi blocchi).

Dispositivo programmabile

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Circuito equivalente

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Tensioni di soglia

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1

2

12 1 GG V

C

CV

+=

TT VC

CV

+=

2

11

01 =GQ

Tensioni di soglia

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01 GQ

2

1

2

12 1

C

QV

C

CV GG +

+=

22

11C

QV

C

CV TT +

+=

( ) QVVCVC GGG −=−+ 21211

Caratteristiche di trasferimento

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Meccanismi di iniezione di -Q

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• I meccanismi fisici utilizzati per programmare i dispositivi MOS a doppia gate, e quindi per portare una carica negativa nella gate flottante, sono due:

• Iniezione di elettroni caldi

• Tunnelling attraverso ossidi sottili

Tunnelling attraverso ossidi sottili

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Memorie EPROM

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• Scrittura mediante iniezione di elettroni caldi

• Cancellazione mediante esposizione a radiazione ultravioletta per circa 20 minuti

• Consentono di scrivere il singolo bit

Memorie EPROM

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FAMOS (floating gate avalanche mode MOS)

Memorie EPROM

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Memorie EEPROM

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• Consentono di scrivere o cancellare il singolo bit della memoria.

• Scrittura e cancellazione avvengono per via elettrica mediante tunnellingattraverso ossidi sottili.

• Necessitano di un MOS di accesso che comporta un raddoppio dell’occupazione d’area.

Memorie EEPROM

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• Consentono di scrivere o cancellare il singolo bit della memoria.

• Scrittura e cancellazione avvengono per via elettrica mediante tunnellingattraverso ossidi sottili.

• Necessitano di un MOS di accesso che comporta un raddoppio dell’occupazione d’area.

Memorie EEPROM

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Memorie EEPROM

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Scrittura / Cancellazione

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Memorie FLASH

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• Permettono la programmazione della memoria per singolo bit mediante iniezione di elettroni caldi.

• La cancellazione viene effettuata contemporaneamente su tutti i bit della matrice o su ampi settori mediante meccanismo di tunnelling attraverso ossidi sottili.

Memorie FLASH

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Vedere:

A. Carini - Elettronica digitale

• Paolo Spirito, “Elettronica Digitale”, Ed. McGraw-Hill• Cap. 13.1-13.3