DE3424765C2 - Mikrocomputer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mikrocomputer.

Mikrocomputer weisen im allgemeinen eine Zentral­ einheit (CPU), einen Nur-Lesespeicher (ROM), einen Direktzu­ griffsspeicher (RAM) und mehrere andere mehr oder weniger wahl­ weise Funktionen, wie beispielsweise Eingangs-/Ausgangsele­ mente, auf.

Für einige Anwendungsfälle, bei denen ein Mikrocomputer als Verarbeitungs- und/oder Steuereinheit benutzt wird, ist es notwendig, die Möglichkeit vorzusehen, einige gespeicherte In­ formation aufrecht zu erhalten, wenn aus verschiedenen Grün­ den oder Notwendigkeiten die Stromversorgung ausfällt.

Zu diesem Zweck wurden in letzter Zeit in dem Mikrocomputer einige nichtflüchtige Speicherelemente, sogenannte EEPROMs (electrically erasable programmable read-only memory), einge­ setzt, welche bestimmt sind zum Speichern der aufrecht zu er­ haltenden Information.

Die Benutzung von nichtflüchtigen Speichern vom EEPROM-Typ führt jedoch zu einigen wesentlichen Beschränkungen.

• a) Bei jedem Speichern von neuen Daten ist es notwendig, daß der Mikrocomputer eine bestimmte Folge von Operationen aus­ führt zum Bewirken der Speicherung. Solche Operationen benö­ tigen eine bestimmte Ausführungszeit (typisch ungefähr 10 ms), wodurch die Geschwindigkeit begrenzt wird. Aus diesem Grunde muß der Mikrocomputer die Ausführung seines Befehlsprogramms langsamer durchführen und es ist ebenso nur möglich, in einer bestimmten Zeit nur eine bestimmte Informationsmenge zu spei­ chern.
• b) Da die nichtflüchtigen Speicherzellen nur eine begrenzte Zahl von Umsteuer-Zyklen ihres elektrischen Zustands (bei­ spielsweise 10 000 Zyklen) ausführen können, bewirkt die Spei­ cherung von Daten in den oben erwähnten Speicherzellen, falls sie während der normalen Ausführung des Programms stattfindet, d. h. ehe die durch die Stromzuführungsunterbrechung bewirkte Notwendigkeit auftritt, eine unerwünschte Alterung des Spei­ chers.
• c) Falls andererseits die von dem Mikrocomputer verarbeitete Information in dem nichtflüchtigen Speicher nur zum Zeitpunkt des Abschaltens gespeichert wird, um eine Geschwindigkeitsre­ duzierung des Mikrocomputers während des Normalbetriebs zu verhindern und gleichzeitig das Altern der Speicherzellen zu begrenzen, indem der elektrische Zustand nur dann geändert wird, wenn es notwendig ist, um die Information zu retten, dann ist es notwendig, den Ausfalls der Speisung zu erfassen und andererseits die Speisung mittels kapazitiver Elemente zu unterstützen für die zur Speicherung notwendige Zeit, d. h. für eine Zeit, die um so länger ist, je größer die Menge der zu speichernden Information ist. Dies führt zu größeren Kosten und beträchtlicher Komplizierung der Speisungsschaltung. Außerdem ist es immer notwendig, im Programm eine besondere Operationsfolge vorzusehen.

Aus der Zeitschrift "Elektroniker" (Nr. 12/1980, Seiten EL11-EL15) ist ein nicht-flüchtiges RAM bekannt, das aus EEPROMs gebil­ det ist und als Schattenspeicher zum Puffern eines regulären RAM vorgesehen ist. Durch ein Steuersignal werden die Daten des RAM- Teils in den nicht-flüchtigen Speicherteil übertragen.

Aus der US 4,207,615 ist andererseits eine nicht-flüchtige RAM- Speicherzelle mit einer bistabilen Schaltung mit 2 alternativ leitenden und nicht-leitenden Zweigen bekannt, in der im Fall eines Stromausfalls Daten nicht-flüchtig durch Anlegen einer höheren Spannung an beide Zweige gesichert werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Mikrocomputer zu schaffen, bei dem durch eine einfache Schaltung nicht-flüchtige Speicherelemente die Speicherung von Information bei einem Aus­ fall einer Stromversorgung oder bei separater Ansteuerung ermöglichen, ohne daß die nicht-flüchtigen Speicherelemente un­ nötigen Umsteuerzyklen ausgesetzt sind, und ohne unnötigen Stromverbrauch.

Die Aufgabe wird durch den Mikrocomputer nach dem Patentanspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen be­ schrieben.

Beim Ausfall der Stromversorgung des Mikrocomputers und der dadurch ausgelösten Programmierung des nicht-flüchtigen Elements wird der leitende Zweig der bistabilen Schaltung durch die entsprechende Steuereinrichtung gesperrt, so daß die Programmierung des nicht-flüchtigen Elements ohne Stromverbrauch erfolgt.

Es ist leicht einzusehen, daß die Zufügung des nichtflüchti­ gen RAM-Speichers mit automatischer Antwort auf die Abschal­ tung der Speisung den Mikrocomputer in seiner normalen phy­ sischen Struktur hält und die normale Programmentwicklung beibehalten wird, wodurch auch Zyklusverlangsamungen und frühe Alterung der nichtflüchtigen Zellen vermieden werden. Gleichzeitig wird eine sofortige und automatische Speicherung von Daten wenn nötig sichergestellt. Praktisch bleibt alles ungeändert mit der Möglichkeit, die Information aufrecht zu erhalten im Falle eines Abschaltens der Speisung (oder bei einem anderen Ereignis mit ähnlicher Wirkung).

Es folgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 in allgemeiner und vereinfachter Darstellung einen erfindungsgemäßen Mikrocomputer;

Fig. 2 zusätzliche Details des in dem oben erwähnten Mikro­ computer enthaltenen nichtflüchtigen RAM-Speichers und der jeweiligen Steuer- und Spannungsverviel­ fachungsschaltungen; und

Fig. 3 Schaltungsdetails eines Beispiels einer in dem oben erwähnten nichtflüchtigen RAM-Speicher enthaltenen nichtflüchtigen Speicherzelle.

In Fig. 1 werden in einer monolithisch integrierten Struktur 50, die symbolisch in zwei Teile 50a und 50b unterteilt ist, zum Identifizieren des Standes der Technik und der Neuerung die wesentlichen Teile des erfindungsgemäßen Mikrocompu­ ters gezeigt.

Wie beim Stand der Technik weist er eine Zentraleinheit (CPU) 51, einen Nur-Lesespeicher (ROM) 52 und einen Direktzugriffs­ speicher (RAM) 53 und weitere verschiedene Schaltungen und Funktionen, die hier nicht im Detail beschrieben werden sol­ len, auf.

Bei der Erfindung wird andererseits gegenüber dem Stand der Technik ein nichtflüchtiger RAM-Speicher 54 mit zugehörigen Steuerungs- und Spannungsvervielfacherschaltungen 55 zuge­ fügt, aus denen eine hohe Spannung H erhalten werden kann, welche zum Aufladen eines kapazitiven Elements, das im Falle eines Ausfalls die Speisung vorübergehend aufrechterhalten kann, benutzt werden kann. Eine durch ein äußeres Signal R gesteuerte Reset-Logik 56 ist mit den Schaltungen 55 und der Zentraleinheit 51 verbunden, um gemäß dem Signal R ihre Betä­ tigung zu bewirken.

Weitere Details der durch das nichtflüchtige RAM 54, die Vervielfachungs- und Steuerschaltungen 55 und die Reset-Logik 56 gebildeten zusätzlichen Anordnungen sind in Fig. 2 darge­ stellt, in der das RAM 54 noch allgemein dargestellt ist, aber bestehend aus einer Matrix von nichtflüchtigen RAM-Zellen 57 zusammengesetzt vorgestellt werden kann, an die die CPU 51 Adressensignale sendet und Datensignale durch jeweilige Leitungen in sogenannten Bussen 58 und 59 sendet (oder empfängt). Eine beispielhafte Ausführungsform der oben be­ schriebenen Zellen wird später unter Bezug auf Fig. 3 be­ schrieben.

Die Vervielfachungs- und Steuerschaltungen 55 weisen zwei Schalter 60 und 61 auf, welche bei normalen Betriebszuständen den Zellen 57 des Speichers 54 Speisespannungen V_cc und V_pp von 5 V bzw. 20 V zuführen, zum normalen Betrieb der Zellen als RAM-Speicherelemente vom bistabilen Typ. Ge­ steuert von der Logik 56 können diese Schalter jedoch die Spannungen modifizieren, d. h. sie auf 20 V bzw. 0 V bringen, zum Speichern von Daten in den Zellen des RAM 54 zum Zeitpunkt des Ausfalls der Speisung. Der Schalter 60 wirkt mit einem von der Logik 56 gesteuerten Spannungsvervielfacher 62 und mit einem Spannungsregler und einem Anstiegsratenbe­ grenzer 63, der seinerseits von einem Spannungsvervielfacher 64, von dem das Signal H auch erhalten werden kann, gespeist wird und von der Logik 56 gesteuert wird, zusammen zur Bil­ dung des erwünschten Wertes von V_cc. Der Schalter 61 arbeitet seinerseits mit einem Spannungsregler 65 zusammen, der von einem Spannungsvervielfacher 66 gesteuert durch die Logik 56 gespeist wird. Dieser letztere wird seinerseits von der Span­ nung V_pp gesteuert und liefert ein Signal S für die CPU 51.

Wie schon gesagt wurde, besteht das Speicher-RAM 54 aus einer Matrix nichtfluchtiger Zellen 57. Diese letzteren sind vor­ zugsweise wie in Fig. 3 gezeigt realisiert, d. h. vom Typ wie in der DE 34 24 760 A1, vom gleichen Anmelder wie die vor­ liegende Anmeldung, beschrieben. Im folgenden werden deshalb die RAM-Zellen 57 nur kurz beschrieben, da weitere Details aus der oben erwähnten Anmeldung entnommen werden können.

In Fig. 3 ist eine RAM-Speicherzelle vom nichtflüchtigen Typ gezeigt, die in MOS-Technologie ausgeführt ist.

Ihre Schaltung besteht im wesentlichen aus zwei Teilen A und B, von denen der erste eine bistabile Schaltung mit nicht­ flüchtigem Speicherelement definiert und der zweite vorge­ sehen ist zur Kommutierung vom Zustand des normalen bistabi­ len Betriebs (d. h. als statisches RAM) zu jenem der Speiche­ rung der Information bezüglich des Zustands der bistabilen Schaltung (auch "Programmieren" des nichtflüchtigen Elements genannt) und dann auch zu jenem der Wiederherstellung der gespeicherten Information.

Die bistabile Schaltung, d. h. der Teil A weist wie gewöhnlich zwei miteinander verbundene Schaltungszweige auf zwischen einer Versorgungsleitung V (gesteuert durch den Schalter 60 der Fig. 2) und Masse. Einer von ihnen weist eine Reihen­ schaltung der Transistoren 3, 8 und 9 auf, wobei der zweite vom "Verarmungs"-Typ ist und einen der Lasttransistoren der bistabilen Schaltung bildet, während der dritte einen der Treibertransistoren derselben Schaltung bildet. Der Transistor 3 arbeitet demgegenüber als Steuertransistor im Programmier­ schritt, wie später noch erklärt werden soll. Der andere Zweig der bistabilen Schaltung weist seinerseits eine Reihenschal­ tung der Transistoren 4, 5, 7 und 11 auf, wobei der erste, der dritte und der vierte jeweils den Transistoren 3, 8 und 9 des anderen Zweigs entsprechen, mit denen die Verbindung vom bistabilen Typ realisiert ist durch die gekreuzten Ver­ bindungen zwischen dem Gate des Transistors 9 und einem Schal­ tungsknotenpunkt 16 zwischen den Transistoren 7 und 11 des anderen Zweigs und zwischen dem Gate des Transistors 11 und einem Schaltungsknotenpunkt 15 zwischen den Transistoren 8 und 9 des entgegengesetzten Zweigs. Es ist jedoch zu bemer­ ken, daß die Länge des Transistors 7 ungefähr die Hälfte von jener des Transistors 8 ist, so daß der oben erwähnte Tran­ sistor 7 in seinem eigenen Zweig einen Strom vom doppelten Wert verglichen mit dem anderen Zweig einzuprägen trachtet. Außerdem ist der Transistor 11 länger als der Transistor 9, so daß er bei gleicher "Gate"-Spannung und gleichem "Drain"- Strom eher eine "Drain"-Spannung haben wird, die höher ist als jene des Transistors 9. Diese Asymmetrie stört nicht das Arbeiten der bistabilen Schaltung sondern beeinflußt ihre Einstellung zum Zeitpunkt des Einschaltens, wie später noch erklärt werden wird.

Der Transistor 5 vom "Anreicherungs"-Typ hat seinerseits am "Drain"-Knotenpunkt 20 und dem "Source"-Knotenpunkt 19 parallelgeschaltet ein elektrisch programmierbares nichtflüch­ tiges Speicherelement 6, welches beispielsweise dargestellt ist als Typ mit schwebendem Gate 18 und Programmier-Gate 21, die mit einem Zwischenknotenpunkt 17 zwischen den Transisto­ ren 3 und 8 des gegenüberliegenden Schaltungszweiges verbun­ den sind. Genauer gesagt kann das nichtflüchtige Speicherele­ ment 6 beispielsweise betrachtet werden als aus einem Tran­ sistor wie in der US-PS 4,203,158 beschrieben bestehend, der auf der Anwesenheit einer sehr dünnen Schicht (100 Å) von Siliziumoxid zwischen dem Drain 20 und dem "schwebenden Gate" 18 mit der Fähigkeit leitend zu werden und dann das "schwe­ bende Gate" 18 (positiv oder negativ) aufzuladen, wenn sie einem elektrischen Feld geeigneter Intensität ausgesetzt ist (Fowler-Nordheim-Effekt) basiert. Vom Aufladen des "schwebenden Gates" 18 hängt andererseits ab, ob das nichtflüchtige Ele­ ment 6 mehr oder wenig in der Lage ist, den Transistor 5 kurzzuschließen, wobei später noch zu erklärende Wirkungen auftreten. Wenn der Transistor 5 nicht kurzgeschlossen ist, beeinflußt er jedoch nicht mit seinem Spannungsabfall den bistabilen Betrieb, sondern erniedrigt nur den Pegel mit hoher Spannung (logischer Pegel "Eins"), der am Knotenpunkt 16 herrscht.

Die Kommutierungssteuerung wird zu der bistabilen Schaltung mittels "Bit-Leitungen" 22 und 23 (mit dem Bus 59 der Fig. 2 verbunden) durch jeweilige Transistoren 10 und 12, deren Gatter durch eine Wortleitung 24 gesteuert werden, geführt.

Der Teil B oder der Programmier- oder Vorbereitungsteil der RAM-Zelle weist seinerseits zwei Paare von parallel hinter­ einander verbundenen Transistoren 1-2 und 13-14 zwischen den Gattern der Transistoren 3 und 4 und einer Programmier- oder Vorbereitungsleitung W gesteuert von dem Schalter 61 der Fig. 2 auf. Die Gatter der Transistoren 1 und 13 sind mit den Gattern der jeweiligen Treibertransistoren 9 und 11 der bi­ stabilen Schaltung verbunden. Die Transistoren 2 und 14 sind vom "Anreicherungs"-Typ und ihre Gatter sind mit den jeweili­ gen Drain-Elektroden verbunden.

Der Betrieb der nichtflüchtigen RAM-Zelle nach Fig. 3 und in­ folgedessen allgemein der des nichtflüchtigen RAM-Speichers 54 nach Fig. 2 und des Mikrocomputers nach Fig. 1, die sie enthalten, ist wie folgt:

Im Zustand des Normalbetriebs des Mikrocomputers ermöglicht es die Logik 56 dem Schalter 61 an die Leitung W jeder der Zellen 57 eine Spannung V_pp = 20 V zu legen, welche auf die Gatter der Transistoren 3 und 4 mit einem Abfall von ungefähr 2 V infolge der Transistoren 2 und 14 (vom Anreicherungs­ typ) transferiert wird. Die resultierende Spannung von 18 V macht die Transistoren 3 und 4 außerordentlich leitend, so daß sie in diesem Fall praktisch als Kurzschlüsse wirken und dadurch mit der Leitung V (auf 5 V durch den Schalter 60 der Fig. 2 mittels des Spannungsvervielfachers 62 gehalten, der den Transfer von den 5 V der Zellen 67 leicht macht) die Elektroden 21 und 20 des nichtflüchtigen Transistors 6 ver­ binden. In diesem Zustand arbeitet die Schaltung als normale bistabile Schaltung ohne, wie schon gesagt wurde, durch die Anwesenheit des Transistors 5 beeinflußt zu werden.

Im Falle der Betätigung des Signals R, entweder infolge eines Ausfalls der Speisung oder nachdem eine Steuerung der­ selben Art ausgeführt wurde, bringt es im Gegensatz dazu die folgende Betriebsart mit sich, welche die Information entspre­ chend dem Zustand der bistabilen Schaltung speichert, d. h. das nichtflüchtige Speicherelement 6 "programmiert". Der Ab­ fall der Leitungsspeisung, als Signal R übermittelt, bewirkt durch die Logik 56 und die Schalter 60 und 61 nach Fig. 2 den entsprechenden Abfall auf 0 V der Spannung V_pp auf der Lei­ tung W und unmittelbar danach den plötzlichen und progres­ siven Anstieg der Spannung V_cc auf der Leitung V von 5 V auf 20 V. Genauer gesagt schaltet der Schalter 61 auf 0 V, während der Block 66 gesperrt wird. Die Logik 56 erfaßt, ob die Kommutierung aufgetreten ist, und steuert dann den Schalter 60 zum Ausüben des Einflusses der Blöcke 64, 63 um die Spannung von 20 V, die vom Block 64 produziert wurde und vom Block 63 geregelt wird zu den Zellen 57 zu transferieren. Bei solch einem Betriebsschritt regelt der Block 63 den Anstieg von V_cc von 5 V auf 20 V, so daß er allmählich wird, damit die nichtflüchtigen Elemente 6 der Zellen 57 nicht beschädigt werden.

Gemäß dem elektrischen Zustand, in dem die bistabile Schaltung ist (d. h. der Zweig 7-11 nichtleitend und infolgedessen der Knotenpunkt 16 auf hohem Pegel und der Zweig 8-9 leitend und infolgedessen der Knotenpunkt 15 auf niedrigem Pegel, oder um­ gekehrt), hat einer der Transistoren 1-13 andererseits sein Gatter auf hohem Pegel und der andere hat das Gatter auf nied­ rigem Pegel, d. h., einer ist leitend und der andere ist nicht­ leitend. Es folgt daraus, daß einer der Transistoren 3-4 das Gatter mit Masse verbunden hat (Spannung O V der Leitung W) über den leitenden der zwei Transistoren 1-13 und er ist deshalb gesperrt, während der andere im wesentlichen sein Gatter geladen hält (infolge der Gatter-Kapazität desselben Transistors und infolge der dem jeweiligen Schaltungsknoten­ punkt zugeordneten Diffusionskapazität) und deshalb leitet. Die Transistoren 2 und 14 beeinflussen nicht dieses Verhalten, da sie eine Gate-Source-Spannung gleich 0 V haben und als Rückwärtsdioden arbeiten. Beide Zweige 3-8-9 und 4-7-11 sind deshalb gesperrt und es tritt infolgedessen kein Stromver­ brauch von der Leitung V, die nun auf ungefähr 20 V ist, auf.

In diesem Zustand läuft der Programmierbetrieb des nichtflüch­ tigen Speicherelementes 6 wie folgt ab.

Falls zum Zeitpunkt des Ausfalls der Versorgungsspannung die bistabile Schaltung in dem Zustand war, bei der der Zweig 4-7-11 gesperrt und der Zweig 3-8-9 leitend war, ist das Programmier-Gate 21 des nichtflüchtigen Elements, das mit dem Knotenpunkt 17 verbunden ist, auf Massepotential, während das Potential der Drain-Elektrode 20 desselben nichtflüchti­ gen Elementes mit dem Potential der Leitung V infolge der durch den Transistor 4 durch Halten der Gate-Spannung des Transistors auf hohem Wert hergestellten Leitung ansteigt. Infolgedessen tritt ein Stromfluß von 20 nach 18 auf, der das schwebende Gatter 18 positiv auflädt, falls das schwebende Gatter des nichtflüchtigen Elements 6 vorher negativ geladen war; falls andererseits das letztere schon positiv aufgeladen war, bleibt alles wie vorher, d. h. es tritt kein Stromfluß auf. Dies ist sehr wichtig, da es die Alterung des nichtflüch­ tigen Elements begrenzt, welche jedesmal auftritt, wenn die Art der Leitfähigkeit geändert werden muß mit nachfolgendem Ladungsfluß durch die dünne Oxidschicht.

Falls andererseits zum Zeitpunkt des Ausfalls der Versorgungs­ spannung die bistabile Schaltung in dem Zustand war mit dem Zweig 4-7-11 leitend und dem Zweig 3-8-9 gesperrt, steigt das Potential des Programmier-Gatters 21 des nichtflüchtigen Elements 6 auf das Potential der Leitung V durch den Tran­ sistor 3 (in solch einem Fall leitend), während der Drain 20 desselben nichtflüchtigen Elements auf Massepotential durch die Transistoren 7 und 11 fällt. Infolgedessen lädt sich das schwebende Gatter 18 negativ auf falls es nicht schon geladen war durch Stromfluß zwischen demselben Gatter 18 und dem Drain 20.

Zusammengefaßt kann man sagen, daß gemäß dem Zustand der bi­ stabilen Schaltung das nichtflüchtige Element 6 positiv oder negativ auf dem schwebenden Gatter 18 auflädt ohne Stromver­ brauch und ohne Ladungsänderung und Leitfähigkeitsänderung (wie es andererseits auftreten würde falls es notwendig wäre, den vorhergehenden Ladungszustand vorher zu annullieren).

An diesem Punkt haben das nichtflüchtige Element 6, die je­ weilige Zelle 57 und schließlich das RAM 54 und der Mikro­ computer 50 die Daten relativ zu dem vorher eingenommenen Zu­ stand gespeichert.

Von dem von dem nichtflüchtigen Element 6 angenommenen La­ dungszustand, d. h. von seiner Programmierung, als Funktion des Zustands der bistabilen Schaltung, hängt andererseits die Wiederherstellung desselben Zustands zum Zeitpunkt des Einschaltens ab. Falls die Ladung auf dem schwebenden Gate 18 positiv ist, schließt das nichtflüchtige Element 6 den Transistor 5 kurz, wodurch der Ladetransistor 7 einen höheren Strom erhält, welcher kombiniert mit der größeren Länge (und infolgedessen größeren Widerstand) des Transistors 11 be­ wirkt, daß der Spannungspegel des Knotenpunktes 16 ansteigt vor jenem des Knotenpunktes 15. Infolgedessen kehrt die bi­ stabile Schaltung in ihren Anfangszustand mit dem Zweig 8-9 leitend und dem Zweig 7-11 gesperrt zurück. Falls andererseits die im Programmierschritt auf dem schwebenden Gatter 18 ge­ speicherte Ladung negativ ist, wird der Transistor 5 nicht kurzgeschlossen durch den nichtflüchtigen Transistor 6 und erlaubt durch Einschalten mit geringer Verzögerung (notwen­ dig, damit die Spannung von dem Drain 20 zur Source 19 fließen kann) der Spannung am Knotenpunkt 15 schneller anzusteigen als jene am Knotenpunkt 16. Die bistabile Schaltung kehrt so in den Ursprungszustand zurück mit dem Zweig 7-11 leitend und dem Zweig 8-9 gesperrt. Aus dem vorhergehenden ist leicht zu sehen, daß der erfindungsgemäße Mikrocomputer automatisch und unmittelbar ohne besondere Programmänderungen die Daten­ speicherung vornehmen kann im Falle eines Ausfalls der Spei­ sung (oder bei einem anderen Ereignis mit gleicher Wirkung), während er auf völlig normale Weise arbeitet gemäß dem vor­ gegebenen Programm und mit maximaler Geschwindigkeit während der normalen Datenverarbeitung. Es ist auch möglich, die Speicherung nach dem Ausfall der Speisung vorzunehmen, wo­ bei dafür die in einem auf geeignete Weise mit der Spannung H vorgeladenen Kondensator gespeicherte Ladung benutzt wird in Anbetracht dessen, daß nahezu kein Stromverbrauch bei den nichtflüchtigen Speicherzellen 57 auftritt. Es soll hier auch betont werden, daß die Alterung auf ein Minimum begrenzt wird, da die Ladungsänderung des nichtflüchtigen Elements 6 der Zel­ len 57 nur dann benötigt wird, wenn Daten gespeichert werden und nur in dem Fall, daß sein vorhergehender Zustand ver­ schieden ist von jenem in welchem danach gerufen wird.

Beim Einschalten andererseits wird alles wie zuvor wiederher­ gestellt, d. h. alle Zellen 57 kehren in ihren vorigen Spei­ cherzustand zurück.

Claims (9)

1. Mikrocomputer mit
einer CPU (51), einem nicht-flüchtigen RAM (54) und einer dem nicht-flüchtigen RAM (54) zugeordneten Steuerschaltung (55, 56), die als Reaktion auf einen Ausfall einer Stromversorgung des Mikrocomputers eine durch die Steuerschaltung an den nicht- flüchtigen RAM (54) angelegte Versorgungsspannung ändert,
wobei der nicht-flüchtige RAM (54) eine Mehrzahl von nicht- flüchtigen RAM-Zellen (57) aufweist, die jeweils als Reaktion auf eine Änderung der Versorgungsspannung, die durch die Steuer­ schaltung (55, 56) angelegt wird, Daten in der Zelle (57) speichern,
wobei jede der Zellen (57) eine bistabile Schaltung mit zwei miteinander verbundenen, alternativ leitenden und nicht-leitenden Zweigen (8, 9; 5, 7, 11) aufweist, von denen einer ein nicht- flüchtiges Element (6) aufweist, das beim Ausfall der Stromver­ sorgung in einen von zwei verschiedenen elektrischen Zuständen entsprechend dem augenblicklichen Zustand der bistabilen Schal­ tung programmiert und die Wiederherstellung des Zustands der bistabilen Schaltung beim nachfolgenden Einschalten der Stromversorgung bewirkt,
wobei für jeden Zweig der bistabilen Schaltung (A) jeweils eine Steuereinrichtung (1, 2, 3; 4, 13, 14) vorgesehen ist, die als Reaktion auf die Änderungen der Versorgungsspannung und den Zustand des entsprechenden anderen Zweigs der bistabilen Schal­ tung (A) den leitenden Zweig der bistabilen Schaltung zum nach­ folgenden Programmieren des nicht-flüchtigen Speicherelementes (6) automatisch sperrt, so daß kein Strom verbraucht wird.

2. Mikrocomputer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (55, 56) einen Spannungsvervielfacher (62, 64, 66) sowie einen Schalter (60, 61) aufweist, und ein Steuersignal zum Aktivieren des nicht-flüchtigen Elements (6) mit dem Steuersignal automatisch bei einem Ausfall der Stromversorgung oder bei separater Ansteuerung der Steuerschaltung erzeugt.

3. Mikrocomputer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die RAM-Zellen (57) eine bistabile Schaltung mit 2 asymmetrisch aufge­ bauten und miteinander und mit der Versorgungsspannung verbundenen, alternativ leitenden und nicht leitenden Zweigen (8, 9; 5, 7, 11) aufweist, von denen einer das nicht-flüchtige Element (6) aufweist.

4. Mikrocomputer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen ersten Transistor (3, 4) aufweist, der zwischen einem jeweiligen Zweig der bistabilen Schaltung und einer ersten Leitung (V) mit niedriger Spannung, die vorübergehend auf eine höhere Spannung als Antwort auf den Ausfall der Stromversorgung schaltbar ist, aufweist, wobei das Gate des ersten Transistors (3, 4) mit einer zweiten Leitung (W) auf höherem Potential, die auf Massepotential im Augenblick des Ausfalls der Stromversorgung schalten kann, verbunden ist, und die Verbindung einen zweiten Transistor (1, 13) aufweist, dessen Gate- Spannung vom Zustand des jeweils gegenüberliegenden Zweigs der bistabilen Schaltung abhängt.

5. Mikrocomputer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht-flüchtige Element (6) ein zwischen einem Programmier-Gate (21) sowie einem Source und einem Drain liegendes schwebendes Gate (18) aufweist, das Programmier-Gate (21) mit einem auf einem Zweig der bistabilen Schaltung liegenden Schaltungsknoten (17) verbunden ist und Source und Drain des nicht-flüchtigen Elements (6) parallel zu Source und Drain eines als Diode geschalteten Transistors (5) in dem Schaltungsknoten (17) gegenüberliegenden Zweig der bistabilen Schal­ tung liegen.

6. Mikrocomputer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (60, 61) der Steuerschaltung mit der ersten bzw. zweiten Leitung verbunden ist und von einer Reset-Logik (56) gesteuert wird, die auf den Ausfall der Stromversorgung oder die separate Ansteuerung reagiert.

7. Mikrocomputer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (60, 61) mit dem Spannungsvervielfacher (64, 66) und einem Spannungsregler (63, 65) zur Erzeugung der an die Leitungen angelegten Spannungen verbunden ist.

8. Mikrocomputer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsregler für die erste Leitung einen Spannungsanstiegsratenbegrenzer (63) aufweist, der die Anstiegszeit von der niedrigen Spannung auf die höhere Spannung als Antwort auf den Ausfall der Versorgungsspannung regelt.

9. Mikrocomputer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (55) ein Signal hoher Spannung erzeugen kann, welches zum Laden eines externen kapazitiven Elements benutzt wird, womit eine Speise-Spannung für eine festgesetzte Zeit nach dem Ausfall der Stromversorgung zum Aktivieren des nicht-flüchtigen Elements (6) aufrechterhalten kann.