Микросхемы динамических ОЗУ
В микросхемах памяти динамического типа функции ЭП выполняет электрический конденсатор, образованный внутри МДП-структуры. Информация представляется в виде заряда: наличие заряда на конденсаторе соответствует логическому 0, отсутствие — логической 1. Поскольку время сохранения конден­сатором заряда ограничено, предусматривают периодическое восстановление (регенерацию) записанной информации. В этом состоит одна из отличительных особенностей динамических ОЗУ Кроме того, для них необходима синхронизация, обеспечи­вающая требуемую последовательность включений и выключений функциональных узлов.-.
Для изготовления микросхем динамических ОЗУ в основном применяют n-МДП-технологию, которая позволяет повышать быстродействие и уровень интеграции микросхем, обеспечивать малые токи утечки и за этот счет увеличивать время сохранения заряда на запоминающем конденсаторе.

Микросхемы динамических ОЗУ отечественного производства представлены в основном серией К565. Она включает в свой состав ряд микросхем, отличающихся не только своими характе­ристиками, но и использованными в них структурными реше­ниями. Характеристики микросхем динамических ОЗУ серии К565 приведены в табл. 2.11, а их условные графические изображе­ния — на рис. 2.12.
Рассмотрим типичный вариант реализации динамического ОЗУ на примере микросхемы К565РУЗ информационной емкостью 16КХ1 бит. В ее структурную схему (рис. 2.13) входят выполненные в одном кремниевом кристалле матрица накопи­теля, содержащая 16 384 элементов памяти, расположенных на пересечениях 128 строк и 128 столбцов, 128 усилителей считы­вания и регенерации, дешифраторы строк и столбцов, уст­ройство управления, устройство ввода-вывода и мультиплексный регистр адреса.

Матрица накопителя разделена на две части по 64X64 ЭП в каждой. Между ними размещены усилители, так что каждый столбец состоит из двух секций, подключенных к разным плечам усилителя (рис. 2.14).
Элемент памяти построен по однотранзисторной схеме и включает конденсатор Сч и транзистор VTji. Транзистор выпол­няет функции ключа: при сигнале на адресной шине строки Х, = 1 он открывается и соединяет конденсатор Сц с j-разрядной шиной. Предварительно в паузах между обращениями к нако­пителю емкости полушин СшД и СшВ заряжает источник напря­жения Uo через открытые ключевые транзисторы VT5 и VT6. При обращений к накопителю эти транзисторы закрываются и изолируют полушины Aj. и Bj от источника напряжения Uo-Запоминающий конденсатор Cfj выбранного ЭП подключается через открытый транзистор VT,j к полушине Aj и изменяет ее потенциал. Это изменение незначительно, так как емкость запо­минающего конденсатора, равная 0,1...0,2 пФ, много меньше емкости шины. Поэтому дЛЯ индикации малого из­менения потенциала шины при считывании информа­ции применен высоко'чувг ствительный дифференци­альный усилитель триггер-ного.типа на транзисторах yrj — VT4, включенный в середину РШ, как показа­но на рис. 2.14.
Кроме массива ЭП и усилителей, матрица имеет в своей структуре опорные элементы (ЭО) по одному элементу в каждой полу­шине. Эти элементы в каж­дой половине матрицы со­ставляют опорную стро­ку (ОС). Опорный элемент построен аналогично запо­минающему. Его назначе­ние состоит в поддержа-
нии опорного напряжения U0, с которым усилитель сравнивает потенциал полушины с выбранным ЭП и реагирует на получаю­щуюся при сравнении разность потенциалов положительного и отрицательного знака в зависимости от считываемого уровня. Эта операция происходит следующим образом: если выбрана для обращения строка верхней полуматрицы X,, то сигнал А6 старшего разряда кода адреса строки коммутирует в селекторе опорной строки цепь через ключевой транзистор VT|2 для сигнала F2 к ОСа, расположенной в нижней полуматрице. Таким образом, в каждом из 128 столбцов к усилителю с разных сторон подключены ЭП и ЭО. Поскольку потенциал полушины с ЭП отличается от опорного, то в проводимости транзисторов разных плеч усилителя-триггера появляется асимметрия, которая при включении цепи его питания сигналом F:! вызывает опрокидывание триггера по преобладающе-. МУ уровню. В итоге на выходах-входах А и В триггера формируют­ся полные уровни 1 и 0. Тот из сигналов, который отражает считываемую информацию, в нашем примере на рис. 2.14 — сигнал с плеча А, коммутируется на вход устройства вывода через
ключевые транзисторы VT7, VT9 и VT10, открываемые сигнала^ Ав, Ptи Yj. Очевидно, считан может быть только один сигнал с выбранного дешифратором столбца: Yj = 1. У остальных столбцоа ключи VT10 закрыты. .Сигнал F4 зависит от наличия сигнала СА$. при отсутствии последнего он не формируется и ключ VT9 закрыт Сигнал на входе-выходе А триггера-усилителя выполняет также функцию восстановления уровня заряда запоминающего конденсатора CVl, т. е. функцию регенерации информации. При. чем эта операция происходит во всех ЭП выбранной строки одновременно.
Таким образом, при каждом обращении к матрице для счи­тывания информации автоматически осуществляется регенерация информации во всех ЭП, принадлежащих выбранной строке.
Для адресации 16К элементов памяти необходим 14-раз­рядный код, а у рассматриваемой микросхемы только семь ад­ресных входов. С целью уменьшения числа необходимых выводов корпуса в микросхемах динамических ОЗУ код адреса вводят по частям: вначале семь младших разрядов Ао — Аб, сопровождая их стробирующим сигналом RAS, затем семь старших разрядов Аг — An со стробирующим сигналом CAS. Внутри микросхемы коды адреса, строк и столбцов фиксируются на адресном регистре, ~ затем дешифрируются и осуществляют выборку адресуемого ЭП. Для формирования внутренних сигналов F( — F4, управ- I ляющих включением и выключением в определенной последова- I тельности функциональных узлов микросхемы, в ее структуре I предусмотрено устройство управления, для которого входными являются сигналы RAS, CAS, 1V/R.
Устройство ввода-вывода обеспечивает вывод одного бита информации DO в режиме считывания и ввод одного бита инфор­мации DI с ее фиксацией с помощью триггера-защелки в режиме записи. Во всех режимах, кроме режима считывания, выход прини­мает высокоомное (третье) состояние. Наличие у выхода высоко-омногр состояния позволяет объединять информационные вход и выход при подключении микросхемы к общей информационной шине.
По входам и выходу микросхемы серии К565 совместимы с ТТЛ-микросхемами, что означает соответствие их входных к выходных сигналов ТТЛ-уровням.
Значения выходных токов в нормальном режиме эксплуата­ции не превышают 4 мА, а в предельном режиме могут дости­гать 30 мА.
Микросхемы динамических ОЗУ работают в следующих ре­жимах: записи, считывания, считывания-модификации-записн, .страничной записи, страничного считывания, регенерации.
Рассмотрим названные режимы и условия их реализации (табл. 2.12) применительно к микросхеме К565РУЗ, но при этом

имея в виду, что аналогично протекают -процессы и в, микро­
схемах других типов этой серии.  _ .
Для обращения к микросхеме для записи и считывания ин­формации необходимо подать (рис. 2.15, а) код адреса строк Ао —~Аб, одновременно с ним или с некоторой (не нормируется) задержкой сигнал RAS, затем с нормированной задержкой на время удержания адреса строк относительно сигнала RAS должен быть подан код адреса столбцов и через время установления tyc.a.cAs — сигнал CAS. К моменту подачи кода адреса столбцоа на вход DI_ подводят записываемый бит информации, который сигналом W/R при наличии CAS=0 фиксируется на входном триггере-защелке. Сигнал записи W/R может быть подан уровнем или импульсом. В последнем случае он должен иметь длительность не менее определенного параметром t^r значения. Если сигнал записи подан уровнем, то фиксацию DI триггером-защелкой производит отрицательный перепад сигнала CAS (при наличии

RAS=0). По окончании записи должна быть выдержана пауза tras. равная интервалу между сигналами RAS, для восстановления состояния внутренних цепей микросхемы.
В аналогичном порядке должны быть поданы адресные и уп­равляющие, сигналы при считывании информации (рис. 2.15, б). Сигнал W/R=l может быть подан импульсом или уровнем. Время появления выходного сигнала можно отсчитывать от мо­мента поступления сигналов адреса tBa либо сигналов управ­ления, время выборки сигнала RAS tB.RAS, время выборки сигнала CAS tsCAS. При оценке микросхемы по этим параметрам следует иметь в виду, что они взаимосвязаны, и поэтому достаточно знать один из - них. Более информативным является параметр tBодз, поскольку информацию выводит из микросхемы сигнал CAS при наличии, конечно, сигнала считывания W/R = l.
Из рис. 2.15, б следует: t„.RAS = tB.CAS + tycCAS.RAS.
Для .оценки быстродействия микросхемы памяти в расчет необходимо принимать время цикла записи (считывания) tu.3n, 1.ц.сЧ. Другие временные параметры необходимы для обеспечения бессбойного функционирования микросхем в составе электрон­ной аппаратуры. Перечень временных параметров динамических ОЗУ включает десятки наименований. В табл. 2.13 приведены основные из них, дающие достаточно полное представление о динамике работы микросхем динамических ОЗУ серии К565. Со-

держание параметров объяснено в § 1.2, а сами параметры указаны на временных диаграммах рис. 2.15 (штриховкой обо­значены временные интервалы, не фиксируемые по длительности, где сигналы могут иметь произвольные значения: либо 0, либо 1).
Для обеспечения надежного сохранения записанной в нако­пителе информации реализуют режим принудительной регене­рации. Регенерация информации в каждоЧг ЭП должна осуществ­ляться не реже чем через 2 мс (для К565РУ5Д и КР5Б5РУ6Д через 1 мс). Как уже отмечалось, регенерация автоматически выполняется для всех ЭП выбранной строки при обращении к матрице для записи или считывания информации.
Время, в течение которого необходимо обратиться к строке" для регенерации, определяет параметр «Период регенера­ции» Трег.
Поскольку обращение к разным строкам происходит с раз­личными по длительности интервалами времени, рассчитывать только на автоматическую регенерацию нельзя.
Цикл регенерации состоит из m обращений к матрице,, где m — число строк, путем перебора адресов строк с помощью внешнего счетчика циклов обращений. Обращение к- матрице для регенерации может быть организовано по любому из режи­мов: записи, считывания, считывания-модификации-записи, а также по специальному режиму регенерации — сигналом RAS.
Режим работы «Считывание-модификация-запись» заклю­чается в Считывании информации о последующей записью в один и тот же ЭП. Во временных диаграммах сигналов для этого режима совмещены диаграммы для считывания (рис. 2.15, б) и записи (рис. 2.15, а) информации: при неизменных сигналах RAS и CAS режим считывания сменяет режим записи данных по тому же адресу. Модификация режима заключается в смене сигнала считывания на сигнал записи и в подведении ко входу DI записываемой информации. Время цикла в этом режиме обращения больше, чем в других (см. табл. 2.13). Во всех ука­занных режимах регенерация осуществляется в естественном порядке, как операция, сопутствующая процессу обращения к микросхеме.
При организации принудительной регенерации наиболее целе­сообразным и удобным для реализации является режим регене­рации сигналом RAS (рис. 2.15, в), при котором осуществляют перебор адресов в сопровождении стробирующего сигнала RAS npH~CAS = l,
У микросхемы К565РУ1 режим регенерации осуществляю"
По циклу считывания или «Считывание-модификация-запись» с
выполнением условия CS=1, при котором доступ к микросхеме
По входу и выходу закрыт. Выход находится в высокоомном состоянии.      .
В расчет времени-регенерации следует принимать время цикла при выбранном режиме регенерации, умножив его на число строк. Например, на регенерацию информации в ЭП одной стро­ки у микросхемы К565РУ5Б в режиме «Считывание-модифи­кация-запись» необходимо (см. табл. 2.13) 310 не, тогда для регенерации ЭП всех 256 строк потребуется 80 мке, что составит 4% рабоч_егр_времени микросхемы. В режиме регенерации только сигналом RAS общее время регенерации уменьшается до61,5 мк что составит 3% времени функционирования микросхемы.
Некоторые варианты схемотехнической реализации peжимi принудительной регенерации рассмотрены в гл. 3.
Страничные режимы записи и считывания реализуют обра­щением к микросхеме по адресу строки с выборкой ЭП этой строки изменением адреса столбцов. В этих режимах значитель­но уменьшается время цикла записи (считывания) (табл. 2.13), поскольку при неизменных сигналах RAS = 0 и кода адреса строки использована часть полного цикла'записи (считывания), относящаяся к адресации столбцов.
В состав серии К565 входят микросхемы с информационной емкостыо 4К, 16К, 64К и 256К. Микросхемы К565РУ1 и К565РУЗ нуждаются "в трех источниках питания.. При применении этих микросхем следует учитывать требования по порядку включения И выключения источников питания: первым подключают источник — 5 В, а отключают последним* Это требование обусловлено тем, что напряжение —5 В подается на подложку (кристалл) и если его не подключить первым, то под воздействием, даже кратко­временным, напряжений двух других источников с напряжением 5 и 12 В может, произойти в кристалле тепловой пробой и повредиться микросхема.
В [36] описан .вариант реализации источника питания для микросхем К565РУ1, К565РУЗ с приоритетом,по времени вклю­чения напряжения —5 В. Порядок включения двух других на­пряжений питания может быть любым.
После подачи напряжения питания микросхемы К565РУ1, К565РУЗ переходят в нормальный режим функционирования через восемь рабочих циклов, микросхема К565РУ5 — после паузы в 2 мс и последующих 16 рабочих циклов, микросхема КР565РУ6 -после паузы 2 мс и последующих 8—16 рабочих циклов в любом из режимов.
Микросхемы К565РУ5 и КР565РУ6 имеют один источник пи­тания 5 В и одинаковые электрические параметры, но различную информационную емкость. Микросхема КР565РУ6 совместима с микросхемой К565РУЗ по статическим параметрам, имеет ту же информационную емкость и разводку выводов в корпусе, и© от­личается лучшими значениями временных параметров, потреб­ляемой мощности и наличием одного источника питания 5 В. Поэтому применение микросхемы КР565РУ6 предпочтительнее
Каждый тип микросхем серии К565 подразделе» на подтипы(типономиналы), отличающиеся временными параметрами, а у микросхемы К.565РУ5 и информационной емкостью (табл. 2.11), что расширяет функциональный ряд микросхем динамических ОЗУ. По режимам работы микросхемы серии К565 полностью совместимы, что обеспечивает возможность перехода от микро­схем памяти небольшой информационной емкости, например от КР565РУ6, к микросхемам К565РУ5 и К565РУ7.
Дальнейшее развитие микросхем динамических ОЗУ связано с повышением уровня интеграции и, следовательно, информа­ционной емкости, а также с освоением структур, в которых уст­ройство динамической памяти совмещено на одном кристалле с устройством регенерации. Такое динамическое ОЗУ для поль­зователя имеет характеристики статического ОЗУ, и поэтому его называют квазистатическим Элементы таких встроенных систем регенерации уже присутствуют в современных микросхемах динамических ОЗУ, в частности в К565РУ7. Существенной отли­чительной особенностью данной микросхемы является увеличен­ный до 8 мс период регенерации и наличие у нее встроенного в кристалл счетчика адреса строк, что позволяет применять ре­жим авторегенерации..В этом режиме регенерация осуществляется за 512 циклов изме_нения только сигнала RA~S при активном состоянии сигнала ТЖБ. Перебор адресов строк автоматически "выполняет внутренний счетчик. Это упрощает устройство управ­ления микросхемой [22, 33].