SRAM 和触发器

电器工程 晶体管 急速
2022-02-02 22:43:35

还在学习,但是这个问题困扰着我。我终于有点理解触发器是如何工作的,以及它是如何用于维护移位寄存器等的。

来自 wiki 页面:“SRAM 中的每个位都存储在四个晶体管上”

为什么是四个?SRAM是一系列锁存器(或触发器)对吗?......触发器只有两个晶体管对吗?除非我很困惑我可能是谁?

我当然看过触发器的示意图(使用与非门等)?但是 NAND 门需要不止一个晶体管来构建,但我见过只有 2 个晶体管的样本触发器(使用 LED)?

你可以告诉我有点困惑。SRAM 说它需要 4 个晶体管来存储一点......但我已经看到 2 个晶体管存储一个状态(我猜可以认为是一点)和 NAND 门触发器(肯定需要超过 1 个晶体管制作与非门?

然而,我在考虑普通的双极结晶体管,在进一步阅读后,似乎“大多数”SRAM 使用 FET ......但是它们的构造方式会有什么不同吗?

4个回答

您必须将晶体管和栅极分开。

四个晶体管存储一点数据也不错。如果你要使用几个门,你至少需要 8 个。(一个 2 输入 NAND 门由 4 个晶体管组成。)一个 SRAM 单元基本上是两个背靠背连接的反相器,因此它们一个保持电平其他活着。一个逆变器由 2 个晶体管组成,因此总共有 4 个。

在此处输入图像描述

实际上,可以使用更少的硬件来存储比特,这就是 DRAM 所做的:它将比特作为电压电平存储在电容器中。这意味着您可以在 1 平方毫米的 DRAM 中获得比 SRAM 中更多的数据。不幸的是,电容器电压泄漏,因此必须不断刷新 DRAM。

有多种制造 1 位存储单元的方法。然而,那些用有源逻辑实现的都是一种或另一种具有正反馈的放大器。正如您所提到的,这可以通过两个晶体管和一些电阻器来完成:

仔细看一下,你会发现它有两个稳定状态,Q1 on 或 Q2 on。但是,它也有一个显着的缺点,那就是它会持续消耗电流。电阻可以做得很高,但现代静态 RAM 芯片上仍然有很多位,每个位的电流会加起来。

基本的 CMOS 反相器在任一状态下都不会消耗电流(小泄漏除外)。这是一个简单的双 FET 电路。PFET 可以拉高,NFET 可以拉低。栅极连接在一起并设置阈值,以便在栅极完全高或完全低时只有两个 FET 中的一个将打开。然而,反相器不提供正增益。这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。如果两个反相器连接成一个回路,那么它们有两个稳定状态。一个为高,另一个为低,但电路在高低和低高状态下都是稳定的。由于 CMOS 反相器只是如上所述的两个 FET,因此该存储单元是 4 个 FET,其最大优点是在不切换时不消耗任何电流。正如史蒂文所说,每比特四个 CMOS FET 并不是那么糟糕。一切都是权衡。

CMOS AND 门需要 4 个晶体管(最少)用于 2 输入门。 在此处输入图像描述

您可以在电阻晶体管逻辑中降至 2:

在此处输入图像描述

对于寄存器,有很多拓扑结构,但最简单的至少需要一个带有两个反相器的环,因此需要 4 个晶体管加上写入缓冲器,因此大约需要 8 个晶体管。

SRAM 在最小最简单的设计中需要 4 个晶体管(电阻晶体管,但电阻比 MOS 技术中的晶体管大得多),一个完整的 MOS 单元需要 6 个。不过,您可以使用 1 晶体管 DRAM,使用电容器来存储值;但这又是动态逻辑,它是可能的最高集成度。

与单独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。在分立元件时代,用电阻器代替晶体管可以节省成本。然而,电阻器效率极低,而且在集成电路实现中,它们的成本实际上远高于晶体管。许多将使用它们的应用程序可以替代电流源,这在成本方面并不是那么糟糕,但在能源方面却非常低效。

如果一个人希望在不消耗大量持续功耗的情况下存储一些信息,最紧凑的方法是使用两个反相器,这将需要绝对最少的四个晶体管来保存数据。由于保存信息通常只有在有办法提供信息时才有用,因此 SRAM 单元将向四晶体管单元添加一些额外的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”切换事物,需要四个额外的晶体管;在实践中,通常可以使用两个来产生可接受的性能。