Ячейка памяти

 

284042

ОПИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 06.1,1969 (№ 1294108/18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 14.Х.1970. Бюллетень ¹ 32

Кл. 21ат, 37/02

МПК G 11с 11, 40

УДК 681.327.02(088.8) Комитет по делам изобретений и открытиИ при Совете Министров

СССР

Дата опубликова п описания 22.I.1971

М,1Б И-:- " -" :- тт -::

БИБЛ1 1С i=I --. .-

Автор изобретения

3. P. Караханян

Заявитель

Московский институт электронного машиностроения

ЯЧЕЙКА ПАМЯТИ

Транзисторы Т7 и Ts, обеспечивающие связь с цепями записи и считывания, закрыты; на входе Ф генератора — медленно нарастающее и медленно спадающее напряжение.

Предположим для определенности, что информационный транзистор Т, закрыт, а информационный транзистор Тз открыт.

10 В этом случае конденсатор Сн, заряжен до необходимого напряжения, а конденсатор

Сэ, разряжен. Когда транзистор T„- закрыт, конденсатор С,, медленно разряжается током обратно смещенных р-п-переходов, образованных истоковыми областями транзисторов Тп, Т7 и стоковыми областями транзисторов Т1 и Т-..

Периодическое открывание транзистора Ts создает цепь подзаряда конденсатора С„, 20 а именно: вход Ф, Сф,, Т.-, С, Одновременно открывается и транзистор Т,, однако это не приводит к заряду конденсатора С... так как конденсатор оказывается зашунтированным открытым транзистором Т>. Таким обра25 зом, периодически медленно изменяющееся напряжение на входе Ф дает возможность поддерживать заряд конденсатора С,, на необходимом уровне, а так как отсутствует делитель сопротивлений, подключенный к ис30 точнику питания, то и отсутствует связанное с ним рассеяние энергии.

Описываемая схема ячейки памяти на основе металл — окисел — полупроводник (МОП-транзистор) может быть использована для построения оперативных запоминающих устройств, характеризующихся малыми габаритами и низкой рассеиваемой мощностью.

Известны ячейки памяти, содержащие информационные транзисторы, выполненные на основе металл — окисел — полупроводник, конденсаторы, подключенные к транзисторам, формирователи восстановления и разрядные линии «единицы» и «нуля».

В описываемой ячейке памяти осуществлено дальнейшее уменьшение потребляемой энергии и увеличена надежность ее работы.

Это достигается тем, что формирователь восстановления выполнен в виде генератора с медленно нарастающим и спадающим напряжением и подсоединен через конденсатор и транзистор, выполненный на основе металл — окисел — полупроводник, к информационным транзисторам, последовательно к которым подключены буферные транзисторы, выполненные на основе металл — окисел— полупроводник.

На чертеже изображена схема описываемой ячейки, где Т,— Т, — МОП-транзисторы; С...

С „Сф„Сф., — конденсаторы; Ф, Š— источники (входы); разрядная линия «1», разрядная линия «0» — шины управления.

Режим хранения информации

284042

20

Т)2

2,2 ц2

p=Ii й, О (5) где Ug U — U(c), В известных вариантах минимальная длительность импульса определяется временем восстановления напряжения на запоминающей емкости до первоначального уровня.

Время заряда емкости до устанавливающегося значения определяется как t=2,2т, где т — постоянная RC-цепи.

Следовательно, минимальная длительность восстанавливающего импульса равна

t, = 2,2RC„ где R — сопротивление транзистора Тз (T4), а С, — запоминающая емкость Сз,(Cç,) °

Вычислим рассеиваемую энергию за 1 период в возникающем делителе сопротивлений транзисторов T„TЗ (Т, Т ). Так как сопротивление транзистора RT, )) Рт, (Рт, )) Рт,), то основная часть энергиями рассеивается буферным транзистором Т (Т,), поэтому: и

P = (U,.i dt = (dt =

О о

Подставляя вместо 1„выражение из формулы (1), получим:

Р=2,2С, Uo, (2) где Uo — напряжение источника питания Е.

Предположим, что период следования восстанавливающих сигналов равен периоду следования восстанавливающих импульсов. Данное предположение основано на том, что в обоих случаях частота подзаряда определяется разрядом конденсатора С,, (С„) током обратно смещенных р-и- переходов.

Предположим далее, что сигнал на входе Ф нарастает и спадает экспоненциально и время нарастания и спада равно Т, 2.

Тогда постоянная нарастания и спада определится как

Если на вход RC-цепи подавать экспоненциально нарастающее (спадающее) напряжение, то энергия, рассеиваемая на сопротивлении R при заряде (разряде) емкости, определится следующим образом: (4) где: U< — максимальное напряжение источника; и — соотношение постоянных нарастающего сигнала и RC-цепи.

В этом нетрудно убедиться, записав энергию рассеяния цепи следующим образом:

Ug — на пряжение на сопротивлении; напряжение на входе RC-цепи; U(c) — напряжение на емкости.

4

Напряжение U(c) как функцию времени найдем, решая линейное дифференциальное уравнение заряда

С dv(C) U — U(C)

dt () с начальным условием t — О U (с) — О. (ба)

Напряжение на входе RC-цепи меняется экспоненциально, т. е.

Применяя формулу для общего решения линейного уравнения (2), получим:

U(C) =U X

t с

1 — e лс — " e . — e Рс (7) Подставив выражение формулы (7) в (5) и проинтегрировав, получим формулу для энергии, рассеиваемой сопротивлением R npu заряде конденсатора С. Для предлагаемой. ячейки памяти, следовательно:

C4,U

Р= (8): где C4, — одна из емкостей Сф, или Сф,.

Для работы ячейки памяти достаточно, чтобы Сф (3 — 4) С„а поэтому сравнивая выражения (2) и (4) видим, что мощность, рассеиваемая новым вариантом ячейки, в и-+1 раз меньше, чем в известной схеме.

Так как период следования восстанавливающих сигналов определяется разрядом одной из запоминающих емкостей обратными токами р-и-переходов, а постоянная RCцепи — зарядом одного из конденсаторов (Сф, или С ф,) через два последовательно соединенных и открытых транзистора Т, и Тз (или Т и Т ), то величина и обычно составляет сотни единиц и более.

Если в известных схемах ячейка памяти рассеивает около 30 мквт, то реализация ячейки памяти по описанному принципу позволит уменьшить рассеиваемую мощность на два порядка и более, т, е. позволит перейти по величине рассеиваемой мощности в нано ваттный диапазон.

Режим записи информации

Предположим, что ячейка хранила информацию, согласно которой транзистор Т> был открыт, а Т, — закрыт.

Необходимо изменить состояние ячейки на противоположное, т. е., транзистор Т, должен открываться, а закрываться транзистор Т>.

Для этого на разрядную линию «О» подается напряжение, а разрядная линия «1» соединяется с «землей». Одновременно открываются транзисторы Т, и T„. Конденсатор С,, через транзистор Т7 соединен с землей и, следовательно, разряжается. Уменьшение напряжения иа конденсаторе С „приводит к закрытию транзистора Т,. Так как разрядная

284042

Предмет изобретения

Режим считывания

Розрядноя линия.,1 ро,зрядноя линия I

Составитель В. Щеглов

Текред Т. П. Курилко

Редактор Б. С. Нанкина

Корректор T. А. Абрамова

Заказ 3710 16 Тираж 480 Подписное

ЦНИИГЫ(Комитета по делам изобретений и открытий прн Совете Министров СССР, !осква, Ж-35, Раушскан наб., д. 1 5

"ипогра фин, пр. Сапунова, 2 линия «О» находится под напряжением, а транзистор Т. закрывается, то конденсатор

С,, заряжается, а транзистор Т, открывается, что ускоряет разряд конденсатора С,.

Таким образом, конденсатор С„зарядится, а конденсатор С,, разрядится, что свидетельствует об открытом транзисторе Т> и закрытом транзисторе Т .

Необходимо заметить, что запись может происходить в момент времени, когда на входе Ф высокое напряжение. Назначение транзистора Та (также и Т,) — исключить влияние генератора восстанавливающего сигнала во время записи информации.

B этом режиме открываются транзисторы

Тт и Тв, на разрядные линии «1» и «О» подается высокое напряжение. Так как линии

«1», «О» соединены с «землей» соответственно транзисторами Т> и Т>, и так как всегда один из них открыт, а другой закрыт, то ток будет проходить только по одной линии (в которой находится открытый транзистор).

Дифференциальный усилитель, подключенный к разрядным линиям, определяет, по какой из них проходит ток, а следовательно, и состояние выбранного элемента.

Предположим, что при считывании транзистор Т1 закрыт. Может оказаться, что считывание происходит в момент времени, когда напряжение на входе Ф равно нулю.

Назначение транзистора Тз в этом случае— изолировать конденсатор Сь, от цепей счи5 тывания. В противном случае емкость будет затягивать переходный процесс при считывании информации, так как повышение напряжения в точке а будет связано с зарядом конденсатора Сф,.

Ячейка памяти, содержащая информацион15 ные транзисторы, выполненные на основе металл — окисел — полупроводник, конденсаторы, подключенные к транзисторам, формирователи восстановления и разрядные линии

«единицы» и «нуля», отличающаяся тем, что, 20 с целью уменьшения потребляемой энергии и увеличения надежности работы, формирователь восстановления выполнен в виде генератора с медленно нарастающим и спадающим напряжением и подсоединен через конденса25 тор и транзистор, выполненный на основе металл — окисел — полупроводник, к информационным транзисторам, последовательно к которым подключены буферные транзисторы, выполненные на основе металл — окисел — по30 лупроводник.