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MEMORIA PROM

Los dispositivos programables se definen como aquellos circuitos de propósito general que poseen una estructura interna que puede ser modificada por el usuario final (o a petición suya, por el fabricante) para implementar una amplia gama de aplicaciones. El primer dispositivo que cumplió estas características fue la memoria PROM, que puede realizar un comportamiento de circuito utilizando las líneas de direcciones como entradas y las de datos como salidas (implementa una tabla de verdad).

Antes de adentrar al tema de la memoria PROM es válido mostrar una clasificación de las formas de implementación de lógica programable por hardware, a la cual pertenece este tipo de memoria:

También se podría decir, que la prom es un tipo de memoria de sólo lectura (ROM) que permite ser grabada con datos mediante un hardware especial llamado programador de PROM.

Estas memorias son utilizadas para grabar datos permanentes en cantidades menores a las ROMs, o cuando los datos deben cambiar en muchos o todos los casos. Las operaciones muy importantes o largas que se habían estado ejecutando mediante programas, se pueden convertir en microprogramas y grabarse permanentemente en una pastilla de memoria programable sólo de lectura.

Una vez que las PROMs están en forma de circuitos electrónicos, estas tareas se pueden realizar casi siempre en una fracción del tiempo que requerían antes. La flexibilidad adicional que se obtiene con la PROM puede convertirse en una desventaja si en la unidad PROM se programa un error que no se puede corregir. Para superar esta desventaja, se desarrolló la EPROM, o memoria de solo lectura reprogramable.

PROGRAMACIÓN

Para conseguir que la información que se desea grabar sea inalterable, se utilizan dos técnicas:

Programables por mascara (en la fabrica), proporcionan mejores prestaciones. Son las denominadas de conxiones hardwired.

Programables en el campo (field) por el usuario final. Son las EPROM y las EEPROM, proporcionan peores prestaciones, pero son menos costosas para vólumenes pequeños de producción y se pueden programar de manera inmediata

Una PROM común se encuentra con todos los bits en valor 1 como valor por defecto de fábrica; el quemado de cada fusible, cambia el valor del correspondiente bit a 0. La programación se realiza aplicando pulsos de altos voltajes que no se encuentran durante operaciones normales (12 a 21 voltios). El término Read-only (sólo lectura) se refiere a que, a diferencia de otras memorias, los datos no pueden ser cambiados (al menos por el usuario final).

La programación es básicamente la misma que la de las ROM convencionales, pero en este caso todas las celdas tienen diodos, por lo cual la memoria viene programada de fábrica con todos.

Cada diodo tiene conectado un fusible, cuya funcionalidad es similar a la que podemos ver en fuentes de alimentación o estabilizadores de tensión. Cuando se produce una sobretensión, el fusible se quema y, por lo tanto, el circuito se abre. De esta manera, el diodo pierde contacto con el mundo exterior y el lector de memoria nunca sabe de su existencia, así que a esa celda la interpreta como un cero. Por lo tanto para programar un chip de memoria PROM; con un dispositivo llamado programador xD, se les aplica a las celdas correspondientes una tensión superior a la que son capaces de soportar los fusibles, y así quedan definidos todos los bits de la memoria en cuestión.

La pastilla es insertada en un dispositivo que genera en las salidas de la ROM (usadas como entradas) los valores lógicos de cada palabra. Para cada posición, se genera un pulso de hasta 30V por la entrada Vpp=Vcc, que produce una circulación de corrientes que funden delgadas conexiones fusibles en serie con diodos o transistores que se quiere desconectar. Así se obtienen los ceros que deben resultar en las salidas, dado que el chip “virgen” viene con todos los diodos conectados. El proceso de quemado dura pocos minutos.

El proceso de programación de una PROM generalmente se realiza con un equipo especial llamado quemador. Este equipo emplea un mecanismo de interruptores electrónicos controlados por software que permiten cargar las direcciones, los datos y generar los pulsos para fundir los fusibles del arreglo interno de la memoria.

CONSTRUCCIÓN

La fabricación económica de memorias PROM exige su producción masiva. Sobre la superficie de una oblea de silicio se crean simultáneamente varios cientos de grupos de circuitos. El proceso de fabricación de memorias consiste en una sucesión de deposición y eliminación de capas finísimas de materiales conductores, aislantes y semiconductores, hasta que después de cientos de pasos se llega a un complejo “bocadillo” que contiene todos los circuitos interconectados de la memoria.

Para el circuito electrónico sólo se emplea la superficie externa de la oblea de silicio, una capa de unas 10 micras de espesor (unos 0,01 mm, la décima parte del espesor de un cabello humano). Entre las etapas del proceso figuran la creación de sustrato, la oxidación, la litografía, el grabado, la implantación iónica y la deposición de capas.

La primera etapa en la producción de una memoria PROM es la creación de un sustrato de silicio de enorme pureza, una “rodaja” de silicio en forma de una oblea redonda pulida hasta quedar lisa como un espejo. En la actualidad, las obleas más grandes empleadas en la industria tienen 200 mm de diámetro.

En la etapa de oxidación se coloca una capa eléctricamente no conductora, llamada dieléctrico, el tipo de dieléctrico más importante es el dióxido de silicio, que se “cultiva” exponiendo la oblea de silicio a una atmósfera de oxígeno en un horno a unos 1.000 ºC. El oxígeno se combina con el silicio para formar una delgada capa de óxido de unos 75 angstroms de espesor.

Casi todas las capas que se depositan sobre la oblea deben corresponder con la forma y disposición de los transistores y otros elementos electrónicos. Generalmente esto se logra mediante un proceso llamado fotolitografía, que equivale a convertir la oblea en un trozo de película fotográfica y proyectar sobre la misma una imagen del circuito deseado. Para ello se deposita sobre la superficie de la oblea una capa fotosensible cuyas propiedades cambian al ser expuesta a la luz. Los detalles del circuito pueden llegar a tener un tamaño de sólo 0,25 micras.

Como la longitud de onda más corta de la luz visible es de unas 0,5 micras, es necesario emplear luz ultravioleta de baja longitud de onda para resolver los detalles más pequeños. Después de proyectar el circuito sobre la capa fotorresistente y revelar la misma, la oblea se graba: esto es, se elimina la parte de la oblea no protegida por la imagen grabada del circuito mediante productos químicos (un proceso conocido como grabado húmedo) o exponiéndola a un gas corrosivo llamado plasma en una cámara de vacío especial.

En el siguiente paso del proceso, la implantación iónica, se introducen en el silicio impurezas como boro o fósforo para alterar su conductividad. Esto se logra ionizando los átomos de boro o de fósforo (quitándoles uno o dos electrones) y lanzándolos contra la oblea a elevadas energías mediante un implantador iónico. Los iones quedan incrustados en la superficie de la oblea.

En el último paso del proceso, las capas o películas de material empleadas para fabricar una memoria PROM se depositan mediante el bombardeo atómico en un plasma, la evaporación (en la que el material se funde y posteriormente se evapora para cubrir la oblea) o la deposición de vapor químico, en la que el material se condensa a partir de un gas a baja presión o a presión atmosférica. En todos los casos, la película debe ser de gran pureza, y su espesor debe controlarse con una precisión de una fracción de micra.

ESTRUCTURA

La memoria PROM es un PLD en el que las uniones en la matriz de puertas AND es fija, siendo programables las uniones en la matriz de puertas OR (Ver figura 5). Una PROM es un sistema combinacional completo que permite realizar cualquier función lógica con las n variables de entrada, ya que dispone de 2n términos productos. Están muy bien adaptadas para aplicaciones tales como: tablas, generadores de caracteres, convertidores de códigos, etc. Generalmente las PROM tienen menos entradas que las PAL y FPLA. Se pueden encontrar PROM con capacidades potencia de 2, que van desde las 32 hasta las 8192 palabras de 4, 8 o 16 bit de ancho

FUNCIONAMIENTO

La PROM (programable ROM), tiene un solo modo de funcionamiento ya que es de sólo lectura, los contenidos pueden ser leídos pero no modificados por un programa de usuario. Sus contenidos no se construyen, como la ROM, directamente en el procesador cuando éste se fabrica, sino que se crean por medio de un tipo especial “programación”, ya sea por el fabricante, o por especialistas técnicos de programación del usuario. El proceso de programación es destructivo: una vez grabada, es como si fuese una ROM normal.

En esta memoria digital el valor de cada bit depende del estado de un fusible (o antifusible), que puede ser quemado una sola vez. Por esto la memoria puede ser programada (los datos pueden ser escritos) solo una vez. Luego que la PROM ha sido programada, los datos permanecen fijos y no pueden reprogramarse o borrarse.