EPROM

Ein Eprom: die Texas Instrumente TMS27C040, ein CMOS-Chip mit 4 Megabit Speicher und 8-Bit-Ausgang (hier in einem 600-mil-Dual-in-Line-Paket mit 600 m keramisch). Der TMS27C040 arbeitet bei 5 Volt, muss jedoch mit 13 Volt programmiert werden.[1]
Nicht zu verwechseln mit Eeprom.

Ein Eprom (selten Erom), oder Löschbarer programmierbarer schreibgeschützter Speicher, ist eine Art von Programmierbares schreibgeschütztes Speicher (ABSCHLUSSBALL) Chip Dies behält seine Daten bei, wenn die Stromversorgung ausgeschaltet ist. Computerspeicher, mit dem gespeicherte Daten abgerufen werden können, nachdem ein Stromversorgungsversorgung ausgeschaltet wurde und wieder eingeschaltet wird nicht flüchtig. Es ist eine Reihe von schwimmende Gate-Transistoren Individuell programmiert durch ein elektronisches Gerät, das höhere Spannungen liefert als die normalerweise in digitalen Schaltungen verwendeten. Einmal programmiert, kann ein EPROM gelöscht werden, indem sie stark ausgesetzt wird Ultraviolett Lichtquelle (wie aus a Quecksilberlampe). EPROMs sind durch den transparenten leicht zu erkennen Fusionsquarz (oder auf späteren Modellen Harz) Fenster oben im Paket, durch das die Silizium Chip ist sichtbar und ermöglicht das Löschen von Ultraviolettlicht.[2]

Betrieb

Ein Intel 1702a Eprom, einer der frühesten EPROM -Typen (1971), 256 x 8 Bit. Das kleine Quarzfenster lässt UV -Licht zum Löschen zu.

Entwicklung des EPROM Speicherzelle Begann mit Untersuchung fehlerhafter integrierter Schaltungen, in denen die Gate -Verbindungen von Transistoren gebrochen waren. Die gespeicherte Ladung für diese isolierten Tore verändert ihre Grenzspannung.

Nach der Erfindung der Mosfet (Metalloxid-Sämiener-Feld-Effekt-Transistor) durch Mohamed Atalla und Dawon Kahng bei Bell Labs, präsentiert 1960,, Frank Wanlass studierte MOSFET -Strukturen in den frühen 1960er Jahren. 1963 bemerkte er die Verantwortungsbewegung durch Oxid auf a Tor. Obwohl er es nicht verfolgte, wurde diese Idee später die Grundlage für die EPROM -Technologie.[3]

Im Jahr 1967, Dawon Kahng und Simon Min Sze in Bell Labs schlugen vor, dass die schwimmendes Tor eines MOSFET könnte für die Zelle eines neuprogrammierbaren verwendet werden Rom (Nur-Lese-Speicher).[4] Auf diesem Konzept aufbauen, Dov Frohman von Intel Erfunden Sie EPROM im Jahr 1971,[4] und wurde ausgezeichnet US -Patent 3.660.819 1972 entwarf Frohman den Intel 1702, ein Eprom 2048-Bit, das 1971 von Intel bekannt gegeben wurde.[4]

Jeder Speicherort eines EPROM besteht aus einer einzigen Feldeffekttransistor. Jeder Feldeffekttransistor besteht aus einem Kanal im Halbleiterkörper des Geräts. Quell- und Abflusskontakte werden am Ende des Kanals an Regionen hergestellt. Eine isolierende Oxidschicht wird über dem Kanal gezüchtet, dann wird eine leitende (Silizium- oder Aluminium-) Gateelektrode abgelagert und eine weitere dicke Oxidschicht über der Gateelektrode abgelagert. Das schwebendes Gebiet Die Elektrode hat keine Verbindungen zu anderen Teilen des integrierten Schaltkreises und wird durch die umgebenden Oxidschichten vollständig isoliert. Eine Steuertorelektrode wird abgelagert und weitere Oxid deckt sie ab.[5]

Um Daten aus dem EPROM abzurufen, wird die durch die Werte an den Adressstiften des EPROM dargestellte Adresse dekodiert und verwendet, um ein Wort (normalerweise ein 8-Bit-Byte) Speicher an die Ausgangspufferverstärker zu verbinden. Jedes Bit des Wortes ist eine 1 oder 0, abhängig vom Speichertransistor ein- oder ausgeschaltet, leitend oder nicht leitend.

Ein Querschnitt eines schwebenden Gate-Transistors

Der Schaltzustand des Feld-Effekt-Transistors wird durch die Spannung am Steuertor des Transistors gesteuert. Das Vorhandensein einer Spannung auf diesem Tor erzeugt einen leitenden Kanal im Transistor, der ihn einschaltet. In der Tat kann die gespeicherte Ladung am schwimmenden Tor die Schwellenspannung des Transistors programmiert werden.

Das Speichern von Daten im Speicher erfordert die Auswahl einer bestimmten Adresse und die Anwendung einer höheren Spannung auf die Transistoren. Dies erzeugt eine Lawinenentladung von Elektronen, die genügend Energie haben, um die Isolieroxidschicht zu durchqueren und sich an der Gate -Elektrode zu akkumulieren. Wenn die Hochspannung entfernt wird, sind die Elektronen auf der Elektrode eingeschlossen.[6] Aufgrund des hohen Isolationswerts des Siliziumoxids, das das Tor umgibt, kann die gespeicherte Ladung nicht ohne weiteres weglaufen und die Daten können über Jahrzehnte zurückgehalten werden.

Der Programmierungsprozess ist nicht elektrisch reversibel. Um die in der Array der Transistoren gespeicherten Daten zu löschen, wird Ultraviolettlicht auf die gerichtet sterben. Photonen des UV -Lichts verursachen Ionisation innerhalb des Siliziumoxids, wodurch die gespeicherte Ladung am schwimmenden Tor aufgelöst wird. Da das gesamte Speicherarray ausgesetzt ist, wird der gesamte Speicher gleichzeitig gelöscht. Der Vorgang dauert mehrere Minuten für UV -Lampen von bequemen Größen. Sonnenlicht würde in Wochen einen Chip und Innenräume löschen Fluoreszenzbeleuchtung über mehrere Jahre.[7] Im Allgemeinen müssen die EPROMs aus der Löschung der Geräte entfernt werden, da es normalerweise nicht praktisch ist, eine UV-Lampe zu bauen, um Teile im Kreislauf zu löschen. Elektrisch löschbares programmierbares schreibgeschütztes Speicher (EEPROM) wurde entwickelt, um eine elektrische Löschfunktion bereitzustellen, und verfügt nun überwiegend um ultraviolett-erzeugte Teile.

Einzelheiten

Atmel AT27C010 - Ein OTP -EPROM

Da das Quarzfenster teuer zu machen ist, wurden OTP (einmalige programmierbare) Chips eingeführt. Hier ist der Würfel in einem undurchsichtigen Paket montiert, sodass sie nach dem Programm nicht gelöscht werden kann. Dies beseitigt auch die Notwendigkeit, die Löschfunktion zu testen, was die Kosten weiter senkt. OTP-Versionen sowohl von EPROMs als auch von EPROM-basierten Mikrocontrollern werden hergestellt. OTP -EPROM (ob getrennt oder Teil eines größeren Chips) wird jedoch zunehmend durch ersetzt durch Eeprom für kleine Größen, wo die Zellenkosten nicht zu wichtig sind und Blitz für größere Größen.

Ein programmiertes EPROM behält seine Daten mindestens zehn bis zwanzig Jahre lang bei[8] Bei vielen bleiben noch Daten nach 35 oder mehr Jahren und können eine unbegrenzte Häufigkeit gelesen werden, ohne die Lebensdauer zu beeinflussen. Das Löschfenster muss mit einem undurchsichtigen Etikett bedeckt werden, um ein versehentliches Löschen durch das UV in Sonnenlicht oder Kamera -Blitzen zu verhindern. Alter PC BIOS Chips waren oft EPROMs, und das Löschfenster wurde oft mit einem Klebstoffetikett bedeckt, das den Namen des BIOS -Verlags enthielt. BIOS Revision und ein Urheberrecht. Oft wurde dieses Etikett verfolgt, um seine Deckkraft für UV zu sichern.

Die Auslöschung der EPROM tritt mit Wellenlängen kürzer als 400 auf nm. Die Belichtungszeit für Sonnenlicht von einer Woche oder drei Jahren für Raumleuchtung kann zu Löschen führen. Das empfohlene Löschverfahren ist die Exposition gegenüber UV -Licht mit 253,7 nm von mindestens 15 WS/cm2, normalerweise in 20 bis 30 Minuten mit der Lampe in einer Entfernung von etwa 2,5 cm erreicht.[9]

Löschen kann auch mit erreicht werden Röntgenaufnahmen:

Die Löschung muss jedoch durch nichtelektrische Methoden erreicht werden, da die Gate-Elektrode nicht elektrisch zugänglich ist. Das leuchtende ultraviolettes Licht auf einem Teil eines ausgepackten Geräts führt dazu, dass ein Photostrom vom schwimmenden Tor zurück zum Siliziumsubstrat fließt, wodurch das Tor zu seinem anfänglichen, ungeladenen Zustand abgießt ((nicht geladen) (entlädt das Tor (nicht aufgeladen) (entlädt das Tor (nicht aufgeladen) (entlastet damit das Tor (ungeladen) (ungelicon ()photoelektrischer Effekt). Diese Löschmethode ermöglicht eine vollständige Prüfung und Korrektur eines komplexen Speicherarrays, bevor das Paket endgültig versiegelt wird. Sobald das Paket versiegelt ist, können Informationen immer noch gelöscht werden, indem Sie es X -Strahlung von mehr als 5*10 aussetzen4 Rads,[a] Eine Dosis, die mit kommerziellen Röntgengeneratoren leicht erreicht wird.[10]

Mit anderen Worten, um Ihre EPROM zu löschen, müssten Sie sie zuerst röntgen und dann in einem Ofen bei ca. 600 Grad Celsius (um die durch die Röntgenstrahlen verursachten Halbleiterveränderungen) zu stecken. Die Auswirkungen dieses Prozesses auf die Zuverlässigkeit des Teils hätten umfangreiche Tests erforderlich, damit sie sich stattdessen am Fenster entschieden hätten.[11]

EPROMs haben eine begrenzte, aber große Anzahl von Löschzyklen; Das Siliziumdioxid um die Tore sammelt Schäden aus jedem Zyklus und macht den Chip nach mehreren tausend Zyklen unzuverlässig. Die EPROM -Programmierung ist im Vergleich zu anderen Speicherformen langsam. Da Teile mit höherer Dichte wenig exponiertes Oxid zwischen den Schichten von Interconnects und Gate aufweisen, wird das ultraviolette Löschen für sehr große Erinnerungen weniger praktisch. Sogar Staub in der Packung kann verhindern, dass einige Zellen gelöscht werden.[12]

Anwendung

Für große Mengen von Teilen (Tausende von Teilen oder mehr) sind Mask-programmierte ROMs die kostengünstigsten Geräte für die Herstellung. Diese erfordern jedoch viele Wochen Vorlaufzeit, da das Kunstwerk für eine IC -Maskenschicht geändert werden muss, um Daten auf den ROMs zu speichern. Zunächst wurde angenommen, dass die EPROM für die Nutzung der Massenproduktion zu teuer wäre und nur auf die Entwicklung beschränkt wäre. Es wurde bald festgestellt, dass die Produktion von Kleinvolumen mit EPROM-Teilen wirtschaftlich war, insbesondere wenn der Vorteil schneller Firmware-Upgrades in Betracht gezogen wurde.

Etwas Mikrocontroller, aus der Zeit von vor der Ära von Eeprome und Flash-SpeicherVerwenden Sie ein On-Chip-EPROM, um ihr Programm zu speichern. Solche Mikrocontroller enthalten einige Versionen der Intel 8048, das Freescale 68HC11und die "C" -Versionen der PIC -Mikrocontroller. Wie bei EPROM -Chips kamen solche Mikrocontroller in Fenster (teure) Versionen, die zum Debuggen und Programmentwicklung verwendet wurden. Der gleiche Chip kam (etwas billiger) undurchsichtiger OTP -Pakete für die Produktion. Das Verlassen des Lichts von einem Licht, das Licht ausgesetzt ist, kann das Verhalten auch auf unerwartete Weise verändern, wenn sie von einem Fensterteil für die Entwicklung zu einem nicht gewundenen Teil für die Produktion wechseln.

EPROM -Generationen, Größen und Typen

Die Geräte der ersten Generation 1702 wurden mit dem hergestellt P-Mos Technologie. Sie wurden mit V angetriebenCC = VBB = +5 V und vDd = VGg = -9 V im Lesemodus und mit VDd = VGg = -47 V im Programmiermodus.[13][14]

Die Geräte der zweiten Generation 2704/2708 wurden auf die Umstände umgeschaltet n-mos Technologie und Drei-Rail V.CC = +5 V, vBB = -5 V, vDd = +12 V Netzteil mit VPp = 12 V und A +25 V Impuls im Programmiermodus.

Die N-MOS-Technologie-Evolution führte Single-Rail V eingeführt V.CC = +5 V Netzteil und einzelner VPp = +25 v[15] Programmierspannung ohne Impuls in der dritten Generation. Das unnötige vBB und vDd Die Stifte wurden für zusätzliche Adressbits wiederverwendet, die größere Kapazitäten (2716/2732) im gleichen 24-poligen Paket und sogar größere Kapazitäten mit größeren Paketen ermöglichten. Später die verringerten Kosten der CMOs Die Technologie ermöglichte es, die gleichen Geräte mithilfe der Geräte herzustellen, wobei der Buchstaben "C" zu den Gerätenummern (27xx (x) n-mos und 27cxx (x) CMOs) hinzugefügt werden kann.

Während Teile der gleichen Größe von verschiedenen Herstellern im Lesemodus kompatibel sind, fügten verschiedene Hersteller verschiedene und manchmal mehrere Programmiermodi hinzu, die zu subtilen Unterschieden im Programmierprozess führten. Dies führte zu größeren Kapazitätsgeräten, um einen "Signaturmodus" einzuführen, sodass der Hersteller und das Gerät vom EPROM -Programmierer identifiziert werden können. Es wurde implementiert, indem +12 V auf Pin A9 gezwungen und zwei Datenbytes vorgelesen wurde. Da dies jedoch nicht universell war, würde die Programmiersoftware auch die manuelle Einstellung des Herstellers und des Gerätetyps des Chips ermöglichen, um eine ordnungsgemäße Programmierung zu gewährleisten.[16]

EPROM -Typ Jahr Größe - Bits Größe - Bytes Länge (verhexen) Letzte Adresse (verhexen) Technologie
1702, 1702a 1971 2 Kbit 256 100 Ff PMOs
2704 1975 4 kbit 512 200 1ff Nmos
2708 1975 8 kbit 1 KB 400 3ff Nmos
2716, 27c16, TMS2716, 2516 1977 16 kbit 2 kb 800 7ff NMOS/CMOS
2732, 27c32, 2532 1979 32 kbit 4 kb 1000 F F F NMOS/CMOS
2764, 27c64, 2564 64 kbit 8 kb 2000 1fff NMOS/CMOS
27128, 27c128 128 kbit 16 kb 4000 3fff NMOS/CMOS
27256, 27C256 256 kbit 32 kb 8000 7fff NMOS/CMOS
27512, 27C512 512 kbit 64 kb 10000 Ffff NMOS/CMOS
27c010, 27c100 1 Mbit 128 kb 20000 1ffff CMOs
27c020 2 Mbit 256 kb 40000 3ffff CMOs
27C040, 27C400, 27C4001 4 mbit 512 kb 80000 7ffff CMOs
27C080 8 mbit 1 Mb 100000 Fffff CMOs
27C160 16 Mbit 2 MB 200000 1fffff CMOs
27C320, 27C322 32 Mbit 4 MB 400000 3fffff CMOs

Galerie

  • A 32 KB (256 Kbit) EPROM

    A 32 KB (256 kbit) EPROM

  • This 8749 Microcontroller stores its program in internal EPROM

    Dies 8749 Mikrocontroller speichert sein Programm in internen EPROM

  • NEC 02716, 16 KBit EPROM

    NEC 02716, 16 kbit eprom

Siehe auch

Anmerkungen

  1. ^ 500 J/kg

Verweise

  1. ^ Texas Instruments (1997), TMS27C040 524,288 nach 8-Bit-UV-Löschen TMS27PC040 524,288 nach 8-Bit-Programmierer schreibgeschützter Speicher
  2. ^ "CPU -Geschichte - EPROMs". www.cpushack.com. Abgerufen 2021-05-12.
  3. ^ "Personen". Der Siliziummotor. Computergeschichte Museum. Abgerufen 17. August 2019.
  4. ^ a b c "1971: Wiederverwendbares Halbleiter -ROM eingeführt". Computergeschichte Museum. Abgerufen 19. Juni 2019.
  5. ^ Sah 1991, p. 639.
  6. ^ Oklobdzija, Vojin G. (2008). Digitales Design und Herstellung. CRC Press. S. 5–17. ISBN 978-0-8493-8602-2.
  7. ^ Ayers, John E (2004), Digital integrierte Schaltkreise: Analyse und Design, CRC Press, p. 591, ISBN 0-8493-1951-x.
  8. ^ Horowitz, Paul; Hill, Winfield (1989), Die Kunst der Elektronik (2. Aufl.), Cambridge: Cambridge University Press, p.817, ISBN 0-521-37095-7.
  9. ^ "M27C512 Datenblatt" (PDF). Archiviert (PDF) vom Original am 2018-09-06. Abgerufen 2018-10-07.
  10. ^ Frohman, Dov (10. Mai 1971), Elektronikmagazin (Artikel).
  11. ^ Margolin, J (8. Mai 2009). "Eprom"..
  12. ^ Sah 1991, p. 640.
  13. ^ Intel 1702a 2K (256 x 8) UV -Löschablement
  14. ^ AMD AM1702A 256-Word von 8-Bit-Programmierablesarschupper Speicher
  15. ^ "16K (2k x 8) UV Lobable Prom" (PDF). amigan.yatho.com. Intel. Abgerufen 18. April 2020.
  16. ^ US International Trade Commission, hrsg. (Oktober 1998). Bestimmte EPROM-, EEPROM-, Flash -Speicher- und Flash -Mikrocontroller -Halbleitergeräte und -produkte, die gleiche enthalten, inv. 337-ta-395. Diane Publishing. S. 51–72. ISBN 1-4289-5721-9. Die Details der SEEQ -Silizium -Signaturmethode eines Geräteprogrammierers, der die ID eines EPROM liest.

Literaturverzeichnis

  • SAH, Chih-Tang (1991), Grundlagen der Festkörperelektronik, Welt wissenschaftlich, ISBN 981-02-0637-2

Externe Links