Программирование постоянных запоминающих устройств вычислительных средств

Автоматическое управление в технических системах осуществляется с помощью вычислительных средств, запоминающие устройства которых программируются для решения определённых задач. В ответственных вычислительных и управляющих системах при наличии внешних электромагнитных и других воздействий в условиях эксплуатации надёжное хранение информации обеспечивается применением постоянных запоминающих устройств (ПЗУ) с плавкими перемычками в качестве программируемых запоминающих элементов. Так, в системах с ограниченными энергетическими и массогабаритными характеристиками используют однократно программируемые ПЗУ, рассчитанные на долговременное хранение и многократное считывание информации.

Обычно в технических условиях на интегральные микросхемы приводят временные диаграммы программирования и указывают параметры пережигающих импульсов (максимальное значение напряжения, длительность, время нарастания и спада, значения токов), которые должны подаваться на различные выводы ПЗУ от источников программирующих воздействий. Необходимо отметить, что область разрушения должна быть достаточной для сохранения разрыва цепи в процессе эксплуатации. В противном случае с течением времени, возможно самовосстановление перемычки, в результате чего ее состояние будет соответствовать незапрограммированному состоянию (отказу ПЗУ). В связи с этим важное значение имеют параметры пережигающего импульса, обеспечивающие необходимую область разрушения перемычки. Эти параметры определяются обычно усреднением экспериментальных данных, что не обеспечивает достаточно надёжной работы программируемых ПЗУ.

Плавкая перемычка может выполняться с постоянным или переменным сечением. В общем случае в конструкции перемычки может иметь место асимметрия. После пережигания перемычки током программатора должен образоваться изолирующий зазор. Зазор образуется в результате испарения материала перемычки, поэтому значение тока и время протекания его должны быть достаточными для нагрева материала перемычки до температуры плавления и последующего кипения. Таким образом, необходимо исследовать температурный режим плавящейся перемычки, определяемый током программатора. Плавкую перемычку можно представить физической моделью показанной на рис. 1.

Рис. 1. Модель плавкой перемычки в виде катеноида.

При разработке данной модели решение полученных систем уравнений приводит к весьма сложным соотношениям, использование которых для инженерных расчётов создает неоправданные трудности.

С целью упрощения анализа представим расчётную модель в виде двух усечённых конусов, каждый из которых имеет длину L (рис. 2).

Рис. 2. Симметричная расчётная модель плавкой перемычки в виде двух усечённых конусов.

Полученная математическая модель плавкой перемычки приемлема для теплового расчета при стационарном режиме. Если рассматривать процесс плавления во времени, то полученные по указанной модели соотношения являются весьма сложными и мало пригодными для практического использования. С целью упрощения расчёта для использования результатов в инженерной практике целесообразно представить плавкую перемычку в виде цилиндра (рис.3).

твердая фаза

Рис. 3. Расчётная модель плавкой перемычки в виде цилиндра.

В результате расчета модели плавкой перемычки в виде цилиндра получаем две зависимости. Таким образом, время, необходимое для протекания тока через перемычку до момента ее разрыва, должно быть не менее значения

t

к

T к - T

Q i -

² Q 1 D 1²

2 D 2 + С

При заданном времени t к значение тока определяется выражением

_{1 = п} Yi C i ( Т к - Т п ) [ ²D i ⁺ ^ J

J     P i t к [ 4 D 2 < )

Из последнего соотношения следует, что значение тока, необходимое для пережигания перемычки, зависит от времени его протекания и теплофизических характеристик материала перемычки, а именно: электрического сопротивления, теплопроводности и температуропроводности жидкого и твердого металла, температуры плавления и кипения, скрытой теплоты плавления.

В отечественных интегральных схемах ППЗУ, однократно программируемых потребителем, используют перемычки из различных материалов. Например, схемы типов КР556РТ4 - КР556РТ8, КР556РТ11 - КР556РТ18,

КР556РТ20, К1500РТ416 выполняются с нихромовыми перемычками, схемы типов К541РТ1 , К541РТ2 , КМ1623РТ1 , К1623РТ2 - с поликремниевыми перемычками, схемы типа КР1608РТ - с перемычками из силицида платины, схемы типов КР556РТ161, КР556РТ9, К556РТ10 - с пробоем p-n перехода. Среди перечисленных схем наибольшее распространение получила серия К556РТ с перемычками из нихрома. Площадь сечения перемычки составляет примерно П = 1,54 - 10 —8 см². Теплофизические величины материала перемычки имеют следующие значения:

p i = 115,5 Ом - см; с₁ ® с₂ = 0,504 Дж / (г - град); у ₁ « у ₂ = 8,4 г /см 3 ;

1 1 = 0,328 Вт / (см - град); 1 ₂ = 0,127 Вт / (см - град); В = 250 Дж /г;

Т п = 1400 ° С; Т к = 2700 ° С.

Производные величины составляют:

D 2 = 0,077 см² / с; d 2 = 0,03 см² / с; Т_с = 2050 ° С; ^ ² = 2,4 см² / с.

При значении времени программирования 25 мкс необходимый ток согласно формуле должен иметь значение 15 мА, что дает хорошее совпадение со среднестатистическим значением тока пережигания перемычки при нормальном режиме записи информации. По полученным соотношениям проведены расчеты необходимых выходных токов системы электропитания, предназначенной для работы в составе универсального программатора. Основные электрические характеристики системы электропитания приведены в табл.1.

Таблица 1

Номинальное выходное напряжение, В	+5	+5	+5	+12	+15	+27	+30	+36	-5	-2	-15
Номинальный выходной ток, А	3,3	3,3	3,3	2	0,2	1,0	0,2	0,5	1,0	0,5	0,1
Нестабильность выходного напряжения, %	± 10	± 10	± 10	± 4,6	± 1,8	± 1,6	± 1,1	± 1,9	± 6,7	± 4,6	± 0,16
Переменная составляющая выходного напряжения, %	0,4	0,4	0,4	0,08	0,03	0,04	0,05	0,06	0,1	0,12	0,02

В связи с влиянием внешних электромагнитных и других воздействий в условиях эксплуатации возникает необходимость в применении ПЗУ с плавкими перемычками, при программировании которых необходимо что бы область разрушения была достаточной для сохранения разрыва цепи в процессе эксплуатации.