EEPROM là gì

EEPROM còn được gọi là E²PROM là một dạng chip nhớ bán dẫn đã được sử dụng trong nhiều năm. EEPROM viết tắt là bộ nhớ chỉ đọc lập trình có thể xóa bằng điện (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) và nhờ cái tên đó chúng ta có thể hiểu về phương pháp hoạt động của nó.

EEPROM là một dạng bộ nhớ không thay đổi, nơi từng byte dữ liệu có thể được xóa và lập trình lại.

Phát triển EEPROM

Công nghệ EEPROM / E²PROM là một trong những hình thức đầu tiên của chip nhớ bán dẫn không bay hơi. Sự phát triển của nó xuất phát từ công nghệ EPROM tiêu chuẩn phổ biến vào cuối những năm 1970 và 1980. Những bộ nhớ EPROM này có thể được lập trình, thường là bằng phần mềm máy, sau đó bị xóa bằng cách cho chip tiếp xúc với tia UV nếu cần thay đổi phần mềm.

Mặc dù quá trình xóa mất một giờ hoặc lâu hơn những cũng chấp nhận được đối với các môi trường phát triển. Tuy nhiên, những ký ức bán dẫn này không thể bị xóa bằng điện, và sự sắp xếp hoàn toàn bằng điện sẽ thuận tiện hơn.

Năm 1983, một nhóm phát triển tại Intel dưới sự lãnh đạo của George Perlegos đã phát triển một công nghệ dựa trên công nghệ EPROM hiện có. Với việc bổ sung cấu trúc EPROM hiện có, bộ nhớ EEPROM mới có thể được xóa và lập trình bằng điện. Thiết bị EEPROM đầu tiên được tung ra thị trường là Intel 2816.

Sau đó, nhiều người trong số những người có kinh nghiệm phát triển EEPROM đã rời Intel và thành lập một công ty mới có tên Seeq Technology, công ty phát triển và sản xuất thêm công nghệ EEPROM và các thiết bị bộ nhớ bán dẫn khác.

EEPROM là gì

Ưu điểm của bộ nhớ EEPROM, ngoài dữ liệu được lưu trữ không thay đổi, thì còn có thể đọc dữ liệu từ nó và cũng có thể xóa và ghi dữ liệu vào nó. Để xóa dữ liệu, cần có điện áp tương đối cao và các EEPROM đời đầu cần có nguồn điện áp cao bên ngoài. Các phiên bản sau của chip nhớ này đã có thêm nguồn cấp cho EEPROM và kết hợp nguồn điện áp cao trong chip EEPROM. Bằng cách này, thiết bị bộ nhớ có thể chạy từ một nguồn, do đó giảm đáng kể chi phí của một mạch tổng thể sử dụng EEPROM và đơn giản hóa thiết kế.

Khi sử dụng EEPROM, các chu kỳ đọc và ghi được thực hiện chậm hơn nhiều so với các chu kỳ với RAM. Do đó, cần sử dụng dữ liệu được lưu trữ trong bộ nhớ EEPROM sao cho không cản trở hoạt động của hệ thống tổng thể. Thông thường, dữ liệu được lưu trữ trong nó có thể được tải xuống khi khởi động. Cũng cần lưu ý rằng các hoạt động ghi và xóa được thực hiện trên cơ sở từng byte.

Bộ nhớ EEPROM sử dụng cùng một nguyên tắc cơ bản được sử dụng bởi công nghệ bộ nhớ EPROM. Mặc dù có một số cấu hình ô nhớ có thể khác nhau nhưng nguyên tắc cơ bản đằng sau mỗi ô nhớ là giống nhau.

Thường thì ô nhớ sẽ bao gồm hai transistor hiệu ứng trường. Một trong số đó là transistor lưu trữ. Nó có một cổng nổi. Các điện tử có thể được tạo ra để mắc kẹt trong cổng này, và sự có mặt hay vắng mặt của các điện tử sau đó tương đương với dữ liệu được lưu trữ ở đó.

Các transistor khác trong ô nhớ được gọi là transistor truy cập và cần cho các khía cạnh hoạt động của ô nhớ EEPROM.

Bộ nhớ EEPROM nối tiếp và song song

Trong dòng thiết bị nhớ EEPROM tổng thể, có hai loại bộ nhớ chính khả dụng. Cách thiết bị nhớ được vận hành phụ thuộc vào loại bộ nhớ.

Bộ nhớ EEPROM nối tiếp: Các EEPROM nối tiếp khó hoạt động hơn do có ít chân hơn và các hoạt động phải được thực hiện theo cách nối tiếp. Khi dữ liệu được truyền theo kiểu nối tiếp làm cho chúng chậm hơn nhiều so với các EEPROM song song.

Các giao diện tiêu chuẩn: SPI, I2C, Microwire, UNI / O và 1-Wire là năm loại phổ biến. Các giao diện này yêu cầu từ 1 đến 4 tín hiệu điều khiển để hoạt động. Một giao thức nối tiếp EEPROM điển hình bao gồm ba giai đoạn: giai đoạn mã OP, giai đoạn địa chỉ và giai đoạn dữ liệu. Mã OP thường là đầu vào 8 bit đầu tiên cho chân đầu vào nối tiếp của thiết bị EEPROM (hoặc với hầu hết các thiết bị I²C, là ẩn); tiếp theo là 8 đến 24 bit địa chỉ tùy thuộc vào độ sâu của thiết bị, sau đó là dữ liệu đọc hoặc ghi.

Sử dụng các giao diện này, các thiết bị nhớ bán dẫn này có thể được chứa trong một gói tám chân. Kết quả là các gói cho các thiết bị nhớ này rất nhỏ và cũng là lợi thế chính của nó.

Bộ nhớ EEPROM song song: Các thiết bị EEPROM hoặc E²PROM song song thường có bus rộng 8 bit. Sử dụng một bus song song cho phép nó bao phủ bộ nhớ hoàn chỉnh của nhiều ứng dụng vi xử lý nhỏ hơn. Thông thường, các thiết bị có các chân bảo vệ ghi và chọn chip và một số vi điều khiển được sử dụng có một EEPROM song song tích hợp để lưu trữ phần mềm.

Hoạt động của EEPROM song song nhanh hơn hoạt động của EEPROM nối tiếp hoặc E²PROM tương đương, và hoạt động cũng đơn giản hơn so với EEPROM nối tiếp tương đương. Nhược điểm là các EEPROM song song lớn hơn do số lượng chân nhiều hơn. Ngoài ra, loại này đang giảm dần mức độ phổ biến so với EEPROM nối tiếp hoặc Flash do sự tiện lợi và chi phí. Ngày nay, bộ nhớ Flash mang lại hiệu suất tốt hơn với chi phí tương đương, trong khi các EEPROM nối tiếp có lợi thế về kích thước nhỏ.

Các chế độ lỗi bộ nhớ EEPROM

Một trong những vấn đề chính của công nghệ EEPROM là độ tin cậy tổng thể. Điều này làm giảm việc sử dụng chúng vì các loại bộ nhớ khác có thể cung cấp mức độ tin cậy tốt hơn nhiều. Có hai cách chính mà các thiết bị bộ nhớ này có thể bị lỗi:

Thời gian lưu giữ dữ liệu: Thời gian lưu giữ dữ liệu rất quan trọng, đặc biệt nếu EEPROM chứa phần mềm cần thiết cho hoạt động của một hạng mục thiết bị điện tử, ví dụ: phần mềm khởi động,... Thời gian lưu giữ dữ liệu bị giới hạn đối với EEPROM, E²PROM vì thực tế là trong quá trình lưu trữ, các điện tử được đưa vào cổng nổi có thể trôi qua chất cách điện vì nó không phải là chất cách điện hoàn hảo. Điều này làm cho mọi điện tích được lưu trữ trong cổng nổi bị mất và ô nhớ sẽ trở về trạng thái bị xóa. Thời gian để điều này xảy ra là rất lâu và các nhà sản xuất thường đảm bảo lưu giữ dữ liệu từ 10 năm trở lên đối với hầu hết các thiết bị, mặc dù nhiệt độ sẽ có ảnh hưởng.

Độ bền dữ liệu: Người ta nhận thấy rằng trong quá trình viết lại của bộ nhớ EEPROM, oxide cổng trong các transistor cổng nổi của ô nhớ dần dần tích tụ các điện tử bị mắc kẹt. Điện trường liên kết với các điện tử bị mắc kẹt này kết hợp với điện trường của các điện tử mong muốn trong cổng nổi. Kết quả là trạng thái không có điện tử trong cổng nổi vẫn có trường dư và nó sẽ tăng lên khi nhiều điện tử bị mắc kẹt hơn, từ đó không thể phân biệt giữa ngưỡng cho trạng thái không và ô bị kẹt ở trạng thái được lập trình. Các nhà sản xuất thường chỉ định số chu kỳ viết lại tối thiểu là 10 triệu hoặc hơn.

Bất chấp những lỗi và cơ chế tồn tại này, hiệu suất của EEPROM thường đạt yêu cầu cho hầu hết các ứng dụng. Đối với các khu vực mà tuổi thọ không thể vượt quá 10 năm và số chu kỳ đọc hoặc ghi bị giới hạn, EEPROM sẽ hoạt động rất tốt. Ngoài ra, hiệu suất sẽ có thể được các nhà sản xuất công bố là cực tiểu, mặc dù không nên dựa vào trong thiết kế để đánh giá.

Mặc dù bộ nhớ Flash đã thay thế EEPROM / E²PROM trong nhiều lĩnh vực nhưng nó vẫn được sử dụng trong một số lĩnh vực. Nó có khả năng xóa hoặc ghi một byte dữ liệu mà một số dạng bộ nhớ không thể làm được.