på 2024/08/14 515

EEPROMS: En uppgradering från EPROMS

Den pågående framstegen inom teknik driver ständigt behovet av bättre alternativ för lagring av minneslagring, vilket leder till utvecklingen från EPROM till EEPROM.Den här artikeln undersöker de grundläggande principerna och hur EPROM- och EEPROM -arbetet, jämför sina strukturer, hur de raderar data och hur de används i olika tekniker.Den tittar också på flytten från EPROM som använder ultraviolett ljus för att radera data, till EEPROM som gör det enklare för användare genom att låta data raderas elektriskt.Denna förändring visar inte bara teknisk tillväxt utan löser också de praktiska problemen med EPROM, vilket hjälper till att skapa mer hållbara och flexibla elektroniska enheter.

Katalog

Bild 1: EPROM -minne

Vad är EPROM- och EEPROM -teknologierna?

Erasable Programmable Read-Only Memory (EPROM) och elektriskt raderbart programmerbart skrivskyddsminne (EEPROM) är viktiga typer av minne som inte förlorar sina data när strömmen är avstängd.De har spelat en stor roll i tillväxten av elektroniska enheter.

EPROM, skapad i mitten av 1970-talet, var ett stort steg framåt eftersom det gjorde det möjligt att återanvända minnet.Innan EPROM kunde ett minneschip bara programmeras en gång.Med EPROM kan du radera data och programmera det igen genom att exponera chipet för starkt ultraviolett (UV) ljus.Detta gjorde det möjligt att uppdatera eller fixa enheter utan att behöva ersätta minneschipet.

EEPROM kom ut i slutet av 1970 -talet och förbättrade saker ännu mer genom att låta dig radera och skriva om data med en elektrisk laddning istället för UV -ljus.Detta gjorde det lättare att uppdatera minnet eftersom du kan ändra specifika delar av data utan att påverka resten.EEPROM är mer flexibel och användbar för många olika ändamål eftersom du kan uppdatera data direkt i enheten.

Bild 2: EEPROM -minne

Betydelsen av icke-flyktigt minne i modern elektronik

I vardagliga elektronik som smartphones och datorer lagrar icke-flyktigt minne (NVM) viktig information som inställningar och programvara som måste förbli intakt även när enheten är avstängd.Detta säkerställer att användare inte tappar sina data och kan hämta precis där de slutade efter ett strömavbrott.

I industri- och bilinställningar är NVM bra för att lagra data som säkerställer att maskiner och fordon körs säkert och kontinuerligt.Detta minne skyddar all information under strömavbrott eller systemåterställs, vilket säkerställer smidig drift.

När fler enheter ansluter via Internet of Things (IoT) har efterfrågan på tillförlitligt minne som håller data även när de är avstängda ökat.Dessa enheter beror på lagrade data för att fungera oberoende.

Dessutom kan denna typ av minne omprogrammeras, vilket gör att enheter enkelt kan uppdateras med nya funktioner utan att ändra hårdvaran.Detta gör elektronik mer hållbar och anpassningsbar, vilket gör att de kan utvecklas för att tillgodose användarnas behov.

Bild 3: Flyktigt och icke-flyktigt minne

Hur EPROM lagrar data utan ström?

EPROM (Erasable Programmerable Read-Only Memory) är en typ av icke-flyktigt minne som används i datorer och elektroniska enheter för att lagra data som måste bevaras även när enheten är avstängd.Att vara icke-flyktig innebär att EPROM behåller sina data utan att behöva en konstant strömförsörjning.Till skillnad från PROM (programmerbart skrivskyddsminne), som bara kan skrivas till en gång, kan EPROM raderas och omprogrammeras flera gånger.

Tekniken bakom EPROM är baserad på en rad transistorer, var och en representerar lite data.Ett element i varje transistor är den flytande grinden, en elektriskt isolerad komponent som spelar en viktig roll i datalagring.Närvaron eller frånvaron av laddning på den flytande grinden förändrar transistorns tröskelspänning.Om tröskelspänningen är tillräckligt hög, slås transistorn på, vilket indikerar en binär "1".Om inte, förblir det av, vilket indikerar en binär "0".

EPROM: s förmåga att behålla data utan kraft förlitar sig på den flytande portens design.Laddningen på den flytande grinden är fångad och förblir stabil i flera år på grund av ett oxidskikt som elektriskt isolerar det, vilket förhindrar läckage.Denna isolering säkerställer att de lagrade data bevaras utan strömkälla tills minnet medvetet raderas.

Bild 4: EPROM Programmer Circuit Diagram

Hur programmeras EPROM med hjälp av varm elektroninjektion?

Programmering En EPROM innebär att du ändrar tillståndet för de flytande grindarna inom dess transistorarray.Detta uppnås genom en teknik som kallas het elektroninjektion, kräver applicering av en högre än normal spänning på transistorernas avlopp.Denna förhöjda spänning accelererar elektroner i kanalen mellan källan och avloppet, vilket ger dem hög kinetisk energi.

Några av dessa energiska elektroner, kallade "heta elektroner", får tillräckligt med fart för att penetrera det tunna oxidskiktet som skiljer kanalen från den flytande grinden.När de passerar genom denna barriär fastnar de i den flytande grinden och höjer därmed tröskelspänningen.Denna ökning av spänningen förändrar effektivt transistorns tillstånd för att representera en binär "1".

Denna metod möjliggör exakt kontroll över vilka bitar som är inställda på "1" under EPROM -programmering.Uppgifterna, en gång skriven, förblir lagrad som laddning på de flytande grindarna, som inte påverkas av strömförsörjningen tills minnet avsiktligt raderas.Erasure innebär att EPROM exponerar för ultraviolett (UV) -ljus, ger tillräckligt med energi för att frigöra de fångade elektronerna och återställa transistortillstånden tillbaka till "0".

Bild 5 :: EPROM Intern struktur

Data raderingsprocess för EPROM

Att radera en EPROM är inte så enkelt som att skriva över data på en flash -enhet.Istället handlar det om att använda ultraviolett (UV) ljus, förlitar sig på den fotoelektriska effekten för att återställa chipet till dess ursprungliga, oprogrammerade tillstånd.

Varje EPROM -chip är utrustat med ett litet kvartsfönster som gör att UV -ljus kan nå kiselskiktet där data lagras.Data i en EPROM lagras i flytande grindtransistorer.När chipet utsätts för UV -ljus har fotoner från ljuset tillräckligt med energi för att väcka elektroner i den flytande grinden, vilket får dem att fly.Denna process återställer transistorn till sitt ursprungliga tillstånd, raderar effektivt de lagrade data och lämnar chipet redo att omprogrammeras.Transistoren kan sedan laddas eller lämnas oladdad, vilket representerar binära värden på 0 och 1.

UV -ljuset som används för att radera EPROM har vanligtvis en våglängd på cirka 253,7 nanometer, faller inom UVC -området.Denna specifika våglängd är effektiv för att tillhandahålla den energi som krävs för att rensa de lagrade laddningarna i transistorerna.Raderingsprocessen tar 10 till 30 minuter, beroende på intensiteten hos UV -ljuset och den specifika EPROM -modellen.Under denna period måste hela chipet utsättas jämnt för UV -ljuset för att säkerställa att all data är helt raderad, vilket lämnar chipet redo för färsk programmering.

Bild 6: UV EPROM Eraser

Begränsningar av EPROM och övergången till moderna minnesteknologier

Även om EPROM kan återanvändas har de några nackdelar på grund av hur de behöver raderas och omprogrammeras.Ett stort problem är att du fysiskt måste ta EPROM ur sin enhet för att radera den.Detta beror på att UV -ljus måste lysa direkt på kiselet genom ett kvartsfönster, vanligtvis svårt att nå när chipet är på ett kretskort.Att ta ut EPROM orsakar problem som driftstopp, eftersom enheten måste stängas av och delvis tas isär för att nå chipet, vilket kan vara ett problem i vissa situationer.Det finns också en risk att skada chipet eller dess stift under borttagning, och elektrostatisk urladdning (ESD) kan skada de elektroniska delarna.Processen kräver också att kvalificerade arbetare hanterar UV -raderingsutrustningen korrekt och sätter tillbaka chipet utan att orsaka skador.I stora system eller enheter med många EPROM kan dessutom radering och omprogrammera varje chip en efter en ta mycket tid och kanske inte vara praktisk.Dessa utmaningar ledde till skapandet av andra minnetyper som EEPROM och flashminne som kan raderas och omprogrammeras utan att behöva ta bort dem från kretsen.Dessa alternativ är lättare att använda och mer flexibla, men de kanske inte är så hållbara eller kan vara dyrare.

Tillämpningar av EPROM inom teknik

Lagring av biografer i datorer

BIOS (Basic Input/Output System) är viktig programvara som hjälper en dators operativsystem att kommunicera med hårdvara.EPROM används för att lagra BIOS eftersom de håller data även när datorn är avstängd.När du startar en dator slår BIOS i EPROM på hårdvaran och hanterar grundläggande uppgifter tills operativsystemet tar över.Det ser till att datorn kan starta och fungera korrekt.

EPROMS låter också BIOS uppdateras genom en process som kallas "blinkande".Detta innebär att BIOS kan ändras om det finns problem eller nya funktioner krävs utan att behöva ändra hårdvaran.Denna förmåga gör datorer mer långvariga och anpassningsbara.

Firmware Storage för modem och grafikkort

EPROM används också i modem och grafikkort för att lagra firmware, en specialiserad programvara som direkt styr hårdvaran.I modem kontrollerar programvaran lagrad på en EPROM hur digitala signaler konverteras till och från analoga signaler, vilket gör det möjligt att kommunicera över telefonlinjer.Denna programvara är viktig eftersom den låter modemet fungera med olika dataprotokoll och hastigheter, vilket säkerställer att den fungerar korrekt med olika kommunikationsstandarder.

På liknande sätt lagrar EPROMs firmware som styr verksamheten i Graphics Processing Unit (GPU).Denna firmware ansvarar för att hantera grundläggande visningsfunktioner och hantera grafiska behandlingsuppgifter.Genom att lagra denna firmware på en EPROM säkerställer tillverkarna att grafikkortet kan uppdateras för att stödja nya programvara och operativsystem, vilket hjälper enheten att hålla längre.

Tidig användning i CPU: er

Under de tidiga dagarna av datorutveckling användes EPROM för att lagra mikrokoden för centrala bearbetningsenheter (CPU).Mikrokod är en uppsättning instruktioner på låg nivå som dikterar hur CPU kör instruktioner på högre nivå.Dessa instruktioner krävs för CPU: s förmåga att utföra uppgifter, eftersom de definierar kärnlogik och operativa protokoll.

Genom att använda EPROM för att lagra mikrokod kan tillverkare förbättra och uppdatera CPU: s funktioner utan att behöva ändra den faktiska hårdvaran.Detta var användbart under de tidiga dagarna av datorteknologi när saker och ting gick snabbt och processorer måste justeras ofta.

EEPROM -egenskaper

EEPROM skiljer sig från andra typer av icke-flyktigt minne, såsom ROM (skrivskyddande minne) och flashminne, främst i hur det kan modifieras.ROM programmeras under tillverkningen och kan inte ändras efteråt.Å andra sidan kan EEPROM skrivs om och raderas elektriskt, vilket erbjuder större flexibilitet.Till skillnad från EPROM som kräver exponering för starkt ultraviolett ljus för radering, tillåter EEPROM dessa modifieringar utan behov av fysisk ingripande och gör det mer bekvämt för att uppdatera enhetskonfigurationer eller tillämpa programvaruplåster.

Bild 7: EEPROM Memory Circuit Diagram

EEPROM -minneskapacitet och struktur

Data i EEPROM lagras i små enheter, som byte eller ordnivå, så att du kan radera och skriva om specifika delar utan att påverka resten.Detta är en stor förbättring jämfört med äldre minnetyper som EPROM, där du var tvungen att radera stora sektioner eller hela minnet på en gång.

Inuti EEPROM finns det ett rutnät med minnesceller, var och en håller lite data.Dessa celler använder en speciell typ av transistor som kallas en flytande grindtransistor för att lagra informationen.Data sparas genom att lägga till eller ta bort elektroner från den flytande grinden.Antalet elektroner ändrar transistorens tröskelspänning, vilket är spänningsbehovet för att slå på den, vilket gör att den kan lagra ett binärt värde (antingen 0 eller 1).

Bild 8: EEPROM -minnescell

För att skriva data till EEPROM appliceras en högre spänning än vanligt, vilket får elektroner att röra sig genom ett tunt lager av material i den flytande grinden, en process som kallas Fowler-Nordheim-tunneling.När elektronerna har fångats i den flytande grinden stannar de där eftersom det omgivande materialet isolerar dem och håller uppgifterna säkra.

För att radera data vänds processen.En negativ spänning appliceras som drar elektronerna ut ur den flytande grinden, raderar de lagrade data och återställer transistorens tröskelspänning tillbaka till sitt ursprungliga tillstånd.

EEPROM -minnesceller fungerar främst på grund av två delar: den flytande grinden och kontrollporten.

Floating Gate: Den flytande grinden är en liten, elektriskt isolerad del av transistorn som sitter mellan kontrollporten och transistorens kanal.Dess huvudfunktion är att hålla en laddning genom att fånga elektroner inom dess struktur.Denna grind är omgiven av ett isolerande oxidskikt, förhindrar att elektronerna flyr.Närvaron eller frånvaron av elektroner på den flytande grinden ändrar tröskelspänningen för transistorn och kodar därmed data som en binär '1' eller '0'.Den flytande grinden är en del av minnescellen som faktiskt lagrar data.

Bild 9: Flytande grind och kontrollport i EEPROM

Kontrollport: Kontrollgrinden är den externa grindelektroden som styr skrivning och radering av data.Under skrivprocessen används kontrollporten för att applicera en spänning som tvingar elektroner på tunnel genom oxidskiktet och på den flytande grinden.Under raderingsprocessen appliceras en spänning av den motsatta polariteten och tar bort elektroner från den flytande grinden.Kontrollgrinden fungerar därför som gränssnittet som gör det möjligt för externa kretsar att interagera med den flytande grinden, vilket gör det möjligt att läsa, skriva och radera data.

Datalagringsfunktionerna för EEPROMS är starkt beroende av interaktionen mellan den flytande grinden och kontrollporten.Den flytande grinden lagrar säkert uppgifterna genom att fånga elektroner, medan kontrollporten möjliggör exakt kontroll över läsning, skrivning och raderingsprocesser.Denna interaktion säkerställer att EEPROMS är ett pålitligt och flexibelt alternativ för icke-flyktig datalagring.

EEPROM -programmering och raderingsprocess

Att radera data från en EEPROM omfattar att ta bort elektroner från minnescellerna utan att ta ut chipet från enheten.Detta görs genom att applicera en raderingsspänning som är motsatsen till spänningen som används för att skriva data.

Under radering appliceras en stark negativ spänning på en del av chipet, medan en annan del hålls vid en högre spänning.Detta skapar ett kraftfullt elektriskt fält som gör att elektronerna lämnar minnescellerna och går tillbaka till chipets material.Denna åtgärd återställer minnet och tar tillbaka det till sitt ursprungliga tillstånd, representerar ett "1" eller ett raderat tillstånd.

Fördelen med att kunna radera data utan att ta bort EEPROM -chipet är att det möjliggör enkla och effektiva uppdateringar.Data kan raderas och skrivas om medan enheten fortfarande körs, det är viktigt för uppgifter som behöver regelbundna uppdateringar som att justera inställningar eller lagra kalibreringsdata utan att stoppa enheten.

Kort sagt, EEPROM använder en process som flyttar elektroner på ett kontrollerat sätt för att radera och skriva data.Detta, tillsammans med förmågan att radera data utan att ta bort chipet, gör EEPROM mycket användbar i många elektroniska enheter.

Applikationer av EEPROM

• Firmware-uppdateringar: lagrar programvaran som styr hårdvara, vilket tillåter uppdateringar utan att byta ut hårdvara, bra för långvariga enheter.

• Enhetskonfiguration: behåller enhetsinställningar efter strömförlust och säkerställer konsekvent drift, som ses i routrar som lagrar nätverksinställningar.

• Lagring av kalibreringsdata: upprätthåller viktiga kalibreringsdata i precisionsinstrument, vilket säkerställer noggrannhet över tid trots miljöförändringar.

• Konsumentelektronik: kommer ihåg användarinställningar i vardagliga enheter som mikrovågor, förbättra bekvämligheten och användarupplevelse.

• Biler: Lagrar data som kilometerläsningar och radioförinställningar, vilket säkerställer att dessa inställningar kvarstår efter att bilen har stängts av.

• Personliga datorenheter: Finns i BIOS för att lagra eventuella inställningar för datorer för att starta upp och fungera korrekt.

• Smartkort och identifiering: Lagrar säkert information som stift och åtkomstnycklar, vilket ger både säkerhet och snabb tillgänglighet i smartkort.

Jämförelse av EPROM- och EEPROM -minnesteknologier

Bild 10: EPROM- och EEPROM -minne

Aspekt	Eprom	Eeprom
Typ av minne	Icke-flyktig	Icke-flyktig
Programmeringsmetod	Kräver högre spänningar	Elektriska avgifter
Raderingsmetod	UV -ljusexponering genom ett kvartsfönster	Elektrisk radering, inget behov av UV -ljus
Radering	Hela chipet raderas på en gång	Radering av byte nivå
Chipborttagning	Kräver borttagning från kretsen för radering	Kan uppdateras direkt i kretsen
Omskrivningsförmåga	Kräver exponering för UV -ljus och omprogrammering	Skriver om elektriskt, vilket möjliggör enkelt uppdateringar
Varaktighet	Mindre hållbar på grund av UV -ljusexponering förnedrar chipet	Mer hållbar med längre livslängd på grund av elektrisk radering
Praktiskhet för ofta uppdateringar	Mindre praktiskt, eftersom det kräver fullt chip radering och omprogrammering	Mer praktiskt, tillåter ofta uppdateringar och selektiva modifieringar
Ansökningar	Äldre eller specialiserade enheter som kräver sällsynta uppdateringar	Moderna enheter, hushållsapparater, firmware i nätverksutrustning

Slutsats

Övergången från EPROM till EEPROM är ett viktigt steg framåt i minnetekniken och löser många problem med äldre minnetyper.EEPROM är mer flexibel, hållbar och lättare att använda, bäst för dagens elektroniska enheter.Det gör det möjligt att göra ändringar snabbt och effektivt utan att behöva ta bort chipet eller använda UV -ljus.Detta gör det enklare för enheter att hålla jämna steg med snabbt förändrade teknik och göra sig redo för framtiden.Utvecklingen av EEPROM visar ett steg mot att skapa effektivare, användarvänlig elektronik, vilket hjälper till att driva pågående innovation inom minneteknologi.

Vanliga frågor [FAQ]

1. Kan EPROM ändras?

EPROM kan ändras men inte med samma lätthet som andra typer av programmerbart minne.För att ändra data som lagras i en EPROM måste du utsätta dem för starkt ultraviolett ljus genom ett fönster utformat för detta ändamål, som finns på toppen av chipet.Denna process raderar befintliga data, vilket gör att nya data kan programmeras.Detta är emellertid inte en trivial uppgift och kräver specifik utrustning och förhållanden, till skillnad från mer moderna eeproms eller flashminne.

2. Är EEPROM snabbare än Flash?

EEPROM och flashminne har jämförbara hastighetsegenskaper, men EEPROM kan vara långsammare för skrivoperationer.Detta beror på att EEPROM tillåter data att skrivas och raderas på nivån för enskilda byte, vilket ger flexibilitet men kan vara långsammare.Flash -minne, å andra sidan, raderar och skriver data i block, vilket gör dessa operationer i allmänhet snabbare men mindre exakta när det gäller datavolymen som hanteras per operation.

3. Hur länge kommer EEPROM att hålla?

Liven i EEPROM är hög.Den kan behålla data i cirka 20 till 25 år under normala förhållanden.Detta kan emellertid variera baserat på faktorer som kvaliteten på EEPROM, de miljöförhållanden som den utsätts för och hur ofta det nås för att skriva eller radera operationer.Datature är en av EEPROMs starka kostymer, vilket gör den lämplig för applikationer där långsiktig datalagring krävs utan ofta förändringar.

4. Hur många gånger kan en EEPROM raderas?

Uthålligheten av en EEPROM, eller hur många gånger den kan raderas och skrivas om, varierar beroende på specifik chipdesign men sträcker sig från cirka 100 000 till 1 000 000 raderings-/skrivcykler.Detta gör EEPROM bra för applikationer som kräver att data ofta uppdateras, men inte lika högfrekventa som vissa nyare typer av minne som vissa flashminnen som kan upprätthålla ännu fler cykler.

5. Är SSD en EEPROM?

Nej, en SSD (Solid State Drive) kategoriseras inte som en EEPROM.SSD: er använder i allmänhet NAND-typ flashminne, möjliggör snabbare datatillgång, högre kapacitet och effektivare skriv- och raderingsoperationer jämfört med EEPROM.Medan både SSD: er och EEPROM är typer av icke-flyktigt minne (vilket innebär att de behåller data när strömmen är av), är deras teknik och applikationer olika, där SSD: er är det föredragna valet för masslagringslösningar i moderna datorer och enheter.