Статические запоминающие устройства.
Область применения относительно дорогостоящих статических ЗУ в системах обработки информации определяется их высоким быстродействием. В частности, они широко применяются в КЭШ-памяти, которая при сравнительно малой емкости должна иметь максимальное быстродействие.
Статические ОЗУ, как правило, имеют структуру 2DM. В качестве ЗЭ в них используются триггеры с цепями установки и сброса (рис.5.5).
Рис.5.5. Схема триггерного запоминающего элемента статических ЗУ
Такой триггер в КМОП-технологии (комплементарная МОП технология: использование двух комплементарных (взаимодополняющих) МОП-транзисторов) содержит 6 транзисторов. На четырех выполняется сам ЗЭ, а два служат для выборки ЗЭ и чтения/записи. Комплементарные пары транзисторов VТ1, VT2 и VT3, VT4 работают противофазно: если открыт один транзистор, другой — закрыт. Они составляют плечи триггера, которые также работают противофазно. Пусть, например, в левом плече транзистор VТ1 открыт. Тогда высокий потенциал от +Uсс через VТ1 подается на затворы транзисторов VТ3 и VТ4. При этом транзистор VТ3 запирается, a VT4 — открывается. Низкий потенциал корпуса через открытый VT4 подается на затворы транзисторов VТ1 и VT2 и поддерживает открытое состояние VТ1 и закрытое VT2. Если же транзистор VТ3 будет открыт, то будут закрыты транзисторы VТ1 и VТ4, а транзистор VТ2 — открыт, поддерживая открытое состояние транзистора VТ3. Таким образом, ЗЭ может находиться только в двух устойчивых состояниях. Если открыт транзистор VТ1, то ЗЭ хранит лог.1, если открыт транзистор VТ3 — лог.0. Транзисторы VT5 и VT6 своими затворами подключены к линии выборки и открываются при подаче в нее высокого потенциала. При открытии транзисторов VT5 и VT6 потенциалы с плеч ЗЭ поступают на разрядные шины ШР1 и ШР0.
Для того чтобы перевести ЗЭ в противоположное состояние, на шину ШР1 или ШР0 подается потенциал лог.0, а в линию выборки — высокий потенциал, открывающий транзисторы VT5 и VT6. Пусть, например, ЗЭ хранит «1», т.е. VТ1 и VT4 — открыты, а VT2 и VT5 — закрыты. Подача лог.0 от шины ШР0 через открытый VT5 на затворы транзисторов VТ3, VТ4 приводит к запиранию транзистора VТ4 и отпиранию VТ3. В результате высокий уровень напряжения + Uсс поступивший через VТ3 на затворы VТ1 и VT2, закрывает VТ1 и отпирает VT2. Таким образом, триггер переходит в противоположное состояние, соответствующее хранению лог.0.
Статические ОЗУ энергозависимы — при снятии питания информация в триггерных ЗЭ теряется. Можно придать им энергонезависимость с помощью резервного источника питания. Это наиболее пригодно для ЗУ на КМОП-элементах, так как они в режиме хранения потребляют чрезвычайно малую мощность.
Как известно, ИС, выполненные по КМОП-технологии, не способны работать на емкостную нагрузку, поэтому одним из направлений развития статических ЗУ является совмещение КМОП и биполярной технологий в одной ИС. В таких микросхемах матрица ЗЭ выполняется по КМОП-технологии, а выходные каскады — по биполярной технологии, обеспечивающей более высокое быстродействие микросхемы и эффективную работу на емкостную нагрузку.