Предположим, что в соответствии с техническим заданием необходимо разработать блок постоянной памяти емкостью N*M, где N – число слов, М – разрядность, с быстродействием tвыб (tсчит), потребляемой мощностью Рпотр и стоимостью С. Поэтапно процесс построения можно представить следующим образом.
1. Выбор типа интегральной микросхемы ПЗУ по заданным N,M, tвыб, Рпотр, С и другим характеристикам.
2. Определение формата блока памяти. Блок памяти будет представлять собой прямоугольную матрицу размером Ккол*Кстрок. (Общее количество микросхем ПЗУ Q в блоке будет равно Q=Ккол*Кстрок, Если выбранная микросхема имеет m информационных выходов и na – адресных входов (n - слов), то
3. Разрядность регистра адреса определяется по формуле Na=]log2N[ с округлением в большую сторону.
Весь регистр адреса делится на две группы:
1-я группа - na (по количеству адресных входов у микросхем)
2-я группа – (Na-na)
1-я группа адресных входов подключается к адресным входам всех микросхем и в случае необходимости усиливается.
2-я группа адресных входов подключается к дешифратору адреса.
4. Строится дешифратор адреса, размерностью (Na-na)*Кстр. Дешифратор будет полным, если Кстр=2Na-na и неполным, если Кстр меньше.
5. Входы CS микросхем ПЗУ построчно объединяются и подключаются к соответствующим выходам дешифратора адреса. (Нулевая строка к нулевому выходу, первая строка – к первому выходу и т.д.). Дешифратор адреса должен управляться внешним (системным) сигналом CS. В микропроцессорных системах для этих целей используется сигнал MEMR (чтение памяти).
6. Одноименные информационные выходы ПЗУ объединяются по колонкам и подключаются к соответствующим выходам блока ПЗУ.
Примечания:
· Если Na-na=0, то в блоке ПЗУ одна строка, а при Ккол=1 даже одна микросхема, потребность в дешифраторе адреса отсутствует.
· Если Na-na=1, то в блоке ПЗУ две строки и необходим дешифратор адреса размерностью 1*2. Его можно реализовать, в том числе, на обычной логике так, как это показано ниже.
· Если в микросхеме ПЗУ несколько входов CS объединенных знаком «&», то их можно рассматривать как встроенный распределенный дешифратор и использовать для упрощения (или замены) дешифратора адреса.
В качестве примера построим принципиальную схему блока ПЗУ емкостью 32К*16 – разрядных слов (N=32K, М=16) с заданными временем выборки tвыб, потребляемой мощностью Рпотр, стоимостью С и т.д. Предположим, что заданным значениям tвыб, Р,С и др. соответствует микросхема 556РТ16. Ее условное графическое обозначение представлено ниже.
С учетом сделанного выбора:
n=8К (na=13), m=8;
Всего для построения блока памяти потребуется Q=8 микросхем ПЗУ КР1556РТ16. Для адресации блока потребуется шина адреса разрядностью (регистр адреса разрядностью) Na=log232K=15.
Первая группа адресных линий равна na=13 (по разрядности адреса микросхем). Вторая группа Na-na=15-13=2. . Внешний дешифратор адреса DCA будет иметь размерность 2*4. В этом качестве может быть использован, например, дешифратор КР1533ИД4.
Проведя несложные предварительные расчеты, можно приступить к построению схемы. Схема представлена ниже.
Если представленную схему выполнить в соответствии с требованиями стандартов, в частности, без пропуска микросхем, то схема электрическая принципиальная потребует формата А3 или А2. Однако ее можно упростить, используя разрешенное «наложение» («совмещение») одинаково подключаемых полей. После такого упрощения схема окончательно примет вид:
В упрощенном варианте для микросхем DD3-DD5 и DD7-DD9 показан только вход CS, т.к. только его подключение отличается от подключения одноименного входа других микросхем. Адресное поле и поле данных микросхем DD2-DD5 и DD6-DD9 в пределах одной колонки подключается одинаково, поэтому эти поля совмещены с микросхемой DD2 в первой колонке и микросхемой DD6 во второй колонке. Упрощенный вариант схемы легко читается и требует для графического исполнения меньшего формата. Это преимущество проявляется в большей степени с увеличением количества микросхем.
Некоторые интегральные микросхемы ПЗУ
Динамическое питание ПЗУ
Некоторые микросхемы ПЗУ отличаются большой потребляемой мощностью и может встать вопрос об экономии энергопотребления. В рассмотренной ранее организации блока памяти, состоящего из нескольких строк, в каждый момент времени активной является только одна строка. Все остальные строки микросхем находятся в третьем состоянии (не участвуют в работе). В результате, если питание блока ПЗУ каждый раз подключать только к активным строкам, то можно сэкономить энергопотребление в К-раз (по количеству строк). Возможный способ реализации такого питания иллюстрирует схема:
В соответствии с адресом на входах дешифратора один из его выходов приходит в активное состояние. Соответствующий транзистор, например VT1 открывается и питание от источника VСС2 через переход эмиттер, коллектор VT1 подается на вход питания микросхемы ПЗУ нулевой строки. Остальные строки отключены из-за отсутствия питания. Если технические характеристики микросхемы не позволяют работать при пониженном напряжении питания, то с учетом реального падения на переходе коллектор-эмиттер 0,5-1В источник VСС2 должен быть несколько выше номинального напряжения питания микросхем. С помощью резистора R9 подбирают питание, подаваемое на микросхемы. Следует учитывать некоторое снижение быстродействия такого блока ПЗУ из-за большей задержки включения по сравнению с задержкой перехода из третьего состояния в рабочее.