ROM基专用电路结构和应用特征解析

ROM的结构和应用

ROM即只读存储器，是一种结构比较简单、应用灵活的专用电路。在此基础上发展起来的各种形式的程序逻辑器件（PLD）已纪广泛用于各种实现。

一种NMOS ROM如图6.18所示，它包括如下五部分：

1、存储矩阵

每个单元为一个管子，单元管有两种不同开启电压。字线高电平时能开启，定为存“0”；不能开启，定为存“1”。单元管的开启一般用离子注入方法进行调节和控制。每条位线上各单元相并联，称为并联式ROM矩阵。

2、地址译码器

通过对输入地址的译码，选定一条字线，由位线输出存储在单元矩阵中对应的一个字。字的长度和数据由设计要求所决定。

3、列选输出编码电路

一般实用ROM的输出字长较长，一次输出时要求封装管腿太多，对缩小成品体积和降低成本都十分不利。因此，往往用列选编码使选上的字能分段输出，从而大大减少每次输出的字长和封装腿数。

4、灵敏读出放大器

与RAM相同，为了加快ROM的取数时间需要有灵敏读放。如果设立虚单元，可以采用与RAM相同的灵敏读放电路。如果为简单起见不设虚单元，则采用单边读放。为了有高的灵敏度，又能限制位线上的电平摆幅，使放大器的静态工作点处于反相器的转移特性陡变区，同时采用负反馈限制位线电平幅度。

5、输出缓冲器

带有片选控制，当非选时（为高电平），输出为高阻态。为了驱动外面较大的负载电容，要求有多级反相缓冲，有两个推挽的大管输出。这部分电路也基本上与RAM类同。

下面举例说明一些典型的应用：

1、字符发生器

各种文字的产生、显示和打印所必需。把每个字符的数据作为一个、节存储在ROM中，并对应编好它的地址码。在应用时，选上一个地址码就会输出对应的字节码。再把它们进行合理的分段，就能打印或显示该字符。汉字比其他外文字符要复杂得多，因此汉字字符发生器（ROM）的字长长、容量大。

2、函数查表

用计算机进行超越函数的计算是十分困难的，并大量化费CPU机时。用ROM查表可以解决此难题。以三角函数为例，其结构十分简单，把角度编成二进位码，作为输入地址，把对应的函数值编成ROM中的字码输出。如果要求函数精度比较高，那末ROM的输入地址数多，输出字长长，也就是ROM的容量大。用查表法进行超越函数的计算可以大大简化计算程序，已被广泛应用。目前带函数的计算器中就是采用了函数查表ROM。

3、微程序控制

很多控制器采用微程序控制。根据指令，产生一系列控制字（或称微码），对数字系统进行操作控制。这些控制字组成一个微程序控制ROM。

专用ROM的设计亦已广泛地采用CAD技术，比门阵列和标准单元法更为简便。具体方法简要介绍如下：根据要求，先确定容量（字数及位数），同时规定一套工艺版图设计规则，以它们作为输入文件就可以产生一个无码的ROM结构，或称为全“0”ROM。在这个ROM中，各单元管都是正常开启的，当字线为高电平时能导通。在此基础上，根据用户的字码要求，通过一定的专用程序处理，产生一个码点数据文件，以此为输入，生成一次离子注入掩膜版。掩膜版由一些小长方块组合而成。每个长方块都对准一个单元管的栅，以去除掩蔽的光刻胶。但只有规定码标为“1”的单元才有长方块与之对应。用这块掩膜版进行光刻后再进行增强离子注入，可使有长方块的单元管的开启电压大大升高，并在字线为高电平时不通，该单元由存“0”转变为存“1”。

这些小长方块的形状和布局都是根据要求经专用软件处理后自动产生的。这种CAD布码方法对大容量的ROM，如汉字字符发生器特别有用。如果用人工布码，不但工作量大，而且很容易出错。另外，CAD法在工艺制作前还可以对设计进行校验，以使设计一次成功。

随着集成度的迅速提高，缩小ROM单元面积成为最迫切的问题。前面我们介绍了并联式ROM矩阵，它的主要缺点是单元面积大，这是因为每个单元管都要有各自的源漏扩散区。因此，近来高密度ROM（如Mb级以上）采用串联式ROM矩阵。图6.19是串联式ROM矩阵一位读出的例子。由于在串联单元之间公用S/D区，也不需要开触接孔，所以单元面积大大缩小。但是，如果串联单元管子太多，必然减慢读出时位线的放电速度。因此，在规定读出速度的条件下应该有一定的限度；同时要尽量提高读出S/A的灵敏度，以加快读出速度，缩短取数时间。

图6.19中，8个单元管相串联。D管作为阵列公用负载。矩阵内各单元为E管或D管，也由栅区离子注入工艺所控制。注成E管的单元为存“1”；注成D管的单元为存“0”。八条字线进行反译码，选上的一条字线为低电平，其余的七条字均为高电平。字线地址以外的其余地址进行正译码，译码讯号S1、S2.…Sn加到串选管的栅上。串选管都是E管，只有选上的一串（S1为高电平）才有可能导通。由字线和串选共同选上的单元如果是D管，位线输出为低电平；如果是E管，位线输出为高电平。

以上介绍了掩膜ROM的设计方法，这种ROM适用于较大批量的产品。近年来，用户编程ROM的容量不断增大，成本逐渐降低，使用也越来越广泛。它们主要包括可编程ROM（PROM）、光可擦编程ROM（EPROM）及电可擦编程ROM（EEPROM）。PROM只能一次编程，而EPROM和EEPROM可以多次编程和修改。

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