SRAM和触发器


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还在学习,但是这个问题困扰着我。我终于了解了触发器的工作原理,以及如何将其用于维护移位寄存器等。

从维基页面:“ SRAM中的每个位都存储在四个晶体管中”

为什么是四个?SRAM是一系列正确的闩锁(或触发器)吗?......触发器只有两个晶体管正确吗?除非我困惑我可能是谁?

我当然看过触发器的原理图(使用NAND门等)?但是,NAND门需要一个以上的晶体管来构建,但是我已经看到只有2个晶体管的示例触发器(使用LED)吗?

如您所言,我有点困惑。SRAM表示它需要4个晶体管来存储一个位……但是,我已经看到2个晶体管存储了一个状态(我想这可以认为是一个位)和NAND门触发器(肯定需要超过1个)晶体管来做一个与非门?

我想到了普通的双极结型晶体管,进一步阅读看来,“大多数” SRAM使用的是FET。

Answers:


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您必须将晶体管和栅极分开。

四个晶体管可以存储一点数据。如果要使用几个门,则至少需要8个门。(一个2输入NAND门由4个晶体管组成。)SRAM单元基本上是两个背靠背连接的反相器,因此它们保持电平不变。其他还活着。一个反相器由2个晶体管组成,所以总共4个。

在此处输入图片说明

实际上,甚至可以使用更少的硬件来存储位,这就是DRAM的作用:它将位作为电压电平存储在电容器中。这意味着与SRAM相比,在平方毫米的DRAM中可以获得更多的数据。不幸的是,电容器电压会泄漏掉,因此必须不断刷新DRAM。


实际上,您显示的单元是6晶体管,因为您还计算了字线。4晶体管单元使用上拉电阻。
clabacchio

好的,我想我理解....但是,为什么我看到了教程,而这些教程以仅2个晶体管的LED形式存储“位”?还是那不是一回事?还是带有4个晶体管能够存储2位?....如果有任何意义

@clabacchio-正确,但是在IC中,电阻被实现为MOSFET。但是,负载的栅极连接确实存在差异。
stevenvh 2012年

没错,事实上,我认为电阻晶体管单元在VLSI中并未得到广泛使用。
clabacchio

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制作1位存储单元的方法有很多种。但是,采用主动逻辑实现的电路全都是一种带有正反馈的放大器。正如您提到的,可以使用两个晶体管和一些电阻器来完成:

仔细查看,您将看到它具有两个稳定状态,即Q1开启或Q2开启。但是,它也有一个很大的缺点,那就是它会连续消耗电流。电阻可以做得很高,但是现代静态RAM芯片上仍然有很多位,每个位的电流加起来。

基本的CMOS反相器在任何一种状态下均不消耗电流(小泄漏除外)。这是一个简单的双FET电路。PFET可以拉高,而NFET可以拉低。栅极捆绑在一起,并设置阈值,以便当栅极完全高或完全低时,只有两个FET之一会导通。但是,反相器不能提供正增益。可以通过背靠背使用两个逆变器来解决。连续两个反相器产生正增益。如果两个逆变器成环连接,则它们具有两个稳定状态。一个为高,另一个为低,但是电路在高低和低高状态下均稳定。如上所述,由于CMOS反相器只是两个FET,因此该存储单元为4个FET,其最大优点是在不切换时不吸收任何电流。正如史蒂文所说,每位四个CMOS FET并没有那么糟糕。一切都是权衡。


我想我理解,但是对于CMOS反相器不消耗电流的意思我有些困惑。变频器如何在不消耗电流的情况下保持其状态?还是依靠其他逆变器的反馈来保持其状态(我想我要问的是它如何“不汲取”电流并保持其“状态” .....电压最终会从系统中泄漏出来) ?)

@Sauron:CMOS反相器只是堆叠在电源和地之间的两个晶体管。一次只导通一个,因此在不切换时不会有电流流过它们。但是,由于其中一个晶体管导通,因此输出电压仍保持不变。之所以起作用,是因为MOSFET是由电压而不是电流控制的,因此不需要电流来保持它们导通。
Olin Lathrop'4

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@索伦:奥林描述了通常的思考过程。然而,实际上存在极小的泄漏电流。除非进行诸如深亚微米电路之类的奇特的事情,或者使用低阈值晶体管,否则这种泄漏通常很小,以至于在大多数计算中它都可以算作零。但是,这确实阻止了SRAM用作非易失性存储。但是,只要您继续供电,电流消耗实际上为零。
凯文·卡斯卡特

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CMOS AND门的2输入门需要4个晶体管(最少)。 在此处输入图片说明

您可以将电阻晶体管逻辑降低到2:

在此处输入图片说明

对于寄存器,有很多拓扑,但是最简单的拓扑至少需要一个带两个反相器的环形电路,因此需要4个晶体管加上写缓冲器,因此大约需要8个晶体管。

SRAM需要采用最小最简单设计的4个晶体管(电阻-晶体管,但是电阻比MOS技术中的晶体管大得多),而对于一个完整的MOS单元则需要6个晶体管。但是,您可以使用电容器存储1晶体管DRAM的值。但这又是动态逻辑,并且是可能的最高集成度。


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与仅使用晶体管的电路相比,使用晶体管,电阻器和电容器的电路可以使用更少的晶体管。早在分立元件的时代,用电阻代替晶体管可以节省成本。然而,电阻器的效率极低,在集成电路实现中,它们的成本实际上比晶体管高得多。许多将使用它们的应用程序可以替代电流源,就成本而言,这种电流并没有那么糟糕,但在能源方面却效率极低。

如果要存储一点信息而又不消耗大量的功耗,则最紧凑的方法是使用两个反相器,这将需要最少四个晶体管来绝对保存数据。由于保存信息通常仅在首先具有提供信息的方法时才有用,因此SRAM单元将向四晶体管单元添加一些其他逻辑以允许对其进行访问。要在没有总线争用的情况下“干净地”切换设备,将需要四个额外的晶体管。实际上,通常有可能产生两个可接受的性能。

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