EEPROM - EEPROM
| Computerens hukommelse og data storage typer |
|---|
| Flygtig |
| Ikke-flygtig |
EEPROM (også E 2 PROM ) står for elektrisk sletbar programmerbar skrivebeskyttet hukommelse og er en type ikke-flygtig hukommelse, der bruges i computere, integreret i mikrokontrollere til smartkort og fjernbetjenede nøglefri systemer og andre elektroniske enheder til lagring af relativt små mængder data ved at tillade individuelle bytes at blive slettet og omprogrammeret.
EEPROM'er er organiseret som arrays af flydende gate-transistorer . EEPROM'er kan programmeres og slettes i kredsløb ved at anvende særlige programmeringssignaler. Oprindeligt var EEPROM'er begrænset til enkeltbyteoperationer, hvilket gjorde dem langsommere, men moderne EEPROM'er tillader multi-byte sideoperationer. En EEPROM har en begrænset levetid for sletning og omprogrammering og når nu en million operationer i moderne EEPROM'er. I en EEPROM, der ofte omprogrammeres, er EEPROMs levetid en vigtig designovervejelse.
Flashhukommelse er en type EEPROM designet til høj hastighed og høj densitet på bekostning af store sletningsblokke (typisk 512 bytes eller større) og et begrænset antal skrivecyklusser (ofte 10.000). Der er ingen klar grænse, der deler de to, men udtrykket "EEPROM" bruges generelt til at beskrive ikke-flygtig hukommelse med små sletteblokke (så små som en byte) og en lang levetid (typisk 1.000.000 cyklusser). Mange mikrokontrollere inkluderer begge: flashhukommelse til firmwaren og en lille EEPROM til parametre og historik.
Fra 2020 koster flashhukommelse meget mindre end byteprogrammerbar EEPROM og er den dominerende hukommelsestype, hvor et system kræver en betydelig mængde ikke-flygtig solid state-lagring . EEPROM'er bruges dog stadig til applikationer, der kun kræver små mængder opbevaring, f.eks. Ved registrering af seriel tilstedeværelse .
Historie
I begyndelsen af 1970'erne blev nogle undersøgelser, opfindelser og udvikling af elektrisk omprogrammerbare ikke-flygtige minder udført af forskellige virksomheder og organisationer. I 1971 blev den tidligste forskningsrapport præsenteret på den 3. konference om Solid State Devices , Tokyo i Japan af Yasuo Tarui, Yutaka Hayashi og Kiyoko Nagai på Electrotechnical Laboratory ; et japansk nationalt forskningsinstitut. De fremstillede en EEPROM -enhed i 1972 og fortsatte denne undersøgelse i mere end 10 år. Disse papirer er gentagne gange blevet citeret af senere papirer og patenter.
En af deres undersøgelser omfatter MonoS ( metal - oxide - nitrid -oxide- halvleder ) teknologi, som anvendes Renesas Electronics ' flashhukommelse integreret i single-chip microcontrollere .
I 1972 blev en form for elektrisk omprogrammerbar ikke-flygtig hukommelse opfundet af Fujio Masuoka på Toshiba, som også er kendt som opfinderen af flash-hukommelse . De fleste af de store halvlederproducenter, såsom Toshiba , Sanyo (senere, ON Semiconductor ), IBM , Intel , NEC (senere, Renesas Electronics ), Philips (senere, NXP Semiconductors ), Siemens (senere, Infineon Technologies ), Honeywell (senere , Atmel ), Texas Instruments , studerede, opfandt og fremstillede nogle elektrisk omprogrammerbare ikke-flygtige enheder indtil 1977.
Det teoretiske grundlag for disse enheder er Avalanche hot-carrier injektion . Men generelt havde programmerbare minder, herunder EPROM, fra begyndelsen af 1970'erne problemer med pålidelighed og udholdenhed, f.eks. Datalagringsperioderne og antallet af slette/skrive -cykler.
I 1975, NEC 's halvleder operationer enhed, senere NEC Electronics, i øjeblikket Renesas Electronics , anvendt varemærke navn EEPROM® til Japan Patentmyndighed. I 1978 blev denne varemærkeret givet og registreret som nr. 1.342.184 i Japan og overlever stadig fra marts 2018.
I februar 1977 opfandt Eliyahou Harari fra Hughes Aircraft Company en ny EEPROM-teknologi ved hjælp af Fowler-Nordheim-tunnellering gennem et tyndt siliciumdioxidlag mellem flydeporten og skiven . Hughes fortsatte med at producere disse nye EEPROM -enheder. Men dette patent citerede NECs EEPROM® -opfindelse.
I maj 1977 blev nogle vigtige forskningsresultater afsløret af Fairchild og Siemens . De brugte SONOS ( polysilicium - oxynitrid - nitrid - oxid - silicium ) struktur med henholdsvis tykkelse af siliciumdioxid under 30 Å og SIMOS (stacked gate injektion MOS ) struktur til henholdsvis Fowler -Nordheim tunneling hot -carrier injektion .
Omkring 1976 til 1978 lavede Intels team, herunder George Perlegos, nogle opfindelser for at forbedre denne tunneling E 2 PROM -teknologi. I 1978 udviklede de en 16K (2K ord × 8) bit Intel 2816 -enhed med et tyndt siliciumdioxidlag , som var mindre end 200 Å . I 1980. blev denne struktur offentligt introduceret som FLOTOX ; flydende gate tunnel oxid . Den FLOTOX struktur forbedret pålidelighed af slette / skrivecyklusser pr byte op til 10.000 gange. Men denne enhed krævede yderligere forsyningsspændingsforsyning på 20–22 V V PP til byte -sletning , bortset fra 5 V læseoperationer. I 1981 forlod Perlegos og 2 andre medlemmer Intel for at danne Seeq Technology , som brugte ladningspumper på enheden til at levere de høje spændinger, der er nødvendige for programmering af E 2 PROM'er. I 1984 forlod Perlogos Seeq Technology for at grundlægge Atmel , hvorefter Seeq Technology blev opkøbt af Atmel.
Teoretisk grundlag for FLOTOX struktur
Som det er beskrevet i det tidligere afsnit, er gamle EEPROM'er baseret på lavine opdeling -baserede hot-carrier injektion med høj omvendt opdeling spænding . Men FLOTOX teoretiske grundlag er Fowler – Nordheim tunneling hot-carrier injektion gennem et tyndt siliciumdioxidlag mellem flydeporten og skiven. Med andre ord bruger den et tunnelkryds .
Teoretisk grundlag for selve det fysiske fænomen er det samme som nutidens flashhukommelse . Men hver FLOTOX-struktur er i forbindelse med en anden læsekontrol-transistor, fordi selve flydeporten bare programmerer og sletter en databit.
Intels FLOTOX -enhedsstruktur forbedrede EEPROM -pålideligheden, med andre ord udholdenheden af skrive- og sletningscyklusser og datalagringsperioden. Der findes et studiemateriale til single-event-effekt om FLOTOX.
I dag findes en detaljeret akademisk forklaring af FLOTOX -enhedsstrukturen i forskellige materialer.
Dagens EEPROM -struktur
I dag bruges EEPROM til indlejrede mikrokontrollere samt standard EEPROM -produkter. EEPROM kræver stadig en 2-transistorstruktur pr. Bit for at slette en dedikeret byte i hukommelsen, mens flashhukommelse har 1 transistor pr. Bit for at slette et område af hukommelsen.
Sikkerhedsbeskyttelse
Fordi EEPROM-teknologi bruges til nogle sikkerhedsudstyr, såsom kreditkort, SIM-kort, nøglefri indtastning osv., Har nogle enheder sikkerhedsbeskyttelsesmekanismer, f.eks. Kopibeskyttelse.
Elektrisk interface
EEPROM -enheder bruger et serielt eller parallelt interface til dataindgang/-output.
Serielle bus -enheder
De almindelige serielle grænseflader er SPI , I²C , Microwire , UNI/O og 1-Wire . Disse bruger fra 1 til 4 enhedsnåle og gør det muligt for enheder at bruge pakker med 8 ben eller mindre.
En typisk EEPROM seriel protokol består af tre faser: OP-kodefase , adressefase og datafase. OP-koden er normalt de første 8 bit input til EEPROM-enhedens serielle input pin (eller med de fleste I²C enheder er implicit); efterfulgt af 8 til 24 bits adressering, afhængigt af dybden af enheden, derefter læse- eller skrivedata.
Hver EEPROM-enhed har typisk sit eget sæt OP-kodeinstruktioner tilknyttet forskellige funktioner. Almindelige operationer på SPI EEPROM -enheder er:
- Skrivemulighed (WRENAL)
- Skriv deaktiveret (WRDI)
- Læs statusregister (RDSR)
- Skriv statusregister (WRSR)
- Læs data (LÆS)
- Skriv data (SKRIV)
Andre operationer, der understøttes af nogle EEPROM -enheder, er:
- Program
- Sektor sletning
- Chip slet kommandoer
Parallelle bus -enheder
Parallelle EEPROM-enheder har typisk en 8-bit databus og en adressebus, der er bred nok til at dække hele hukommelsen. De fleste enheder har chip select og skrivebeskyttelsesnåle. Nogle mikrokontrollere har også integreret parallel EEPROM.
Betjening af et parallelt EEPROM er enkelt og hurtigt sammenlignet med seriel EEPROM, men disse enheder er større på grund af det højere stiftantal (28 ben eller mere) og har været faldende i popularitet til fordel for seriel EEPROM eller flash.
Andre enheder
EEPROM -hukommelse bruges til at aktivere funktioner i andre typer produkter, der ikke er strengt hukommelsesprodukter. Produkter som f.eks. Realtidsure , digitale potentiometre , digitale temperatursensorer kan blandt andet have små mængder EEPROM til at gemme kalibreringsoplysninger eller andre data, der skal være tilgængelige i tilfælde af strømtab. Det blev også brugt på videospilpatroner til at gemme spilfremgang og konfigurationer, før brug af eksterne og interne flashhukommelser.
Fejltilstande
Der er to begrænsninger for lagrede oplysninger: udholdenhed og datalagring.
Under omskrivninger akkumulerer gateoxidet i transistorerne med flydeport gradvist fangede elektroner. De indespærrede elektroners elektriske felt tilføjer elektronerne i den flydende port og sænker vinduet mellem tærskelspændinger for nuller vs dem. Efter tilstrækkeligt antal omskrivningscyklusser bliver forskellen for lille til at være genkendelig, cellen sidder fast i programmeret tilstand, og udholdenhedsfejl opstår. Producenterne angiver normalt, at det maksimale antal omskrivninger er 1 million eller mere.
Under opbevaring kan elektronerne, der injiceres i den flydende port, drive gennem isolatoren, især ved forhøjet temperatur, og forårsage ladningstab, hvilket vender cellen tilbage til slettet tilstand. Producenterne garanterer normalt datalagring i 10 år eller mere.
Relaterede typer
Flash -hukommelse er en senere form for EEPROM. I branchen er der en konvention om at reservere udtrykket EEPROM til byte-vis sletbare minder i forhold til blok-vis sletbare flash-hukommelser. EEPROM indtager mere matriceområdet end flash hukommelse til den samme kapacitet, fordi hver celle behøver normalt en læse-, en skrivning, og en sletning transistor , mens flashhukommelsen slette kredsløb deles af store blokke af celler (ofte 512 x 8).
Nyere ikke-flygtige hukommelsesteknologier som FeRAM og MRAM erstatter langsomt EEPROM'er i nogle applikationer, men forventes at forblive en lille brøkdel af EEPROM-markedet i en overskuelig fremtid.
Sammenligning med EPROM og EEPROM/flash
Forskellen mellem EPROM og EEPROM ligger i den måde, hukommelsen programmerer og sletter. EEPROM kan programmeres og slettes elektrisk ved hjælp af feltelektronemission (mere almindeligt kendt i branchen som "Fowler – Nordheim tunneling").
EPROM'er kan ikke slettes elektrisk og programmeres ved hjælp af varmbærerindsprøjtning på den flydende port. Sletning sker ved hjælp af en ultraviolet lyskilde, selvom mange EPROM i praksis er indkapslet i plastik, der er uigennemsigtig for UV-lys, hvilket gør dem "engangsprogrammerbare".
De fleste NOR-flashhukommelser er en hybridstil-programmering sker via hot-carrier-injektion, og sletning sker via Fowler-Nordheim-tunneling .
| Type | Injicer elektroner på porten (mest fortolket som bit = 0) |
Varighed | Fjern elektroner fra porten (mest fortolket som bit = 1) |
Varighed/tilstand |
|---|---|---|---|---|
| EEPROM | feltelektronemission | 0,1—5 ms, byte | feltelektronemission | 0,1—5 ms, blokvis |
| NOR flash -hukommelse | hot-carrier injektion | 0,01—1 ms | feltelektronemission | 0,01—1 ms, blokvis |
| EPROM | hot-carrier injektion | 3—50 ms, bytevis | UV -lys | 5–30 minutter, hel chip |
Se også
- Lavineopdeling
- DataFlash
- EPROM
- Feltelektronemission § Fowler – Nordheim tunneling
- Glimtvis erindring
- Floating-gate MOSFET
- Intel HEX - filformat
- Programmer (hardware)
- Kvantetunnel
- SREC - filformat
- Tunnelkryds
- Læs mest hukommelse (RMM)