EEPROMS: Uma atualização das EPROMs

O progresso contínuo da tecnologia aumenta constantemente a necessidade de melhores opções de armazenamento de memória, levando ao desenvolvimento da EPROM à EEPROM.Este artigo explora os princípios básicos e como o EPROM e o EEPROM funcionam, comparando suas estruturas, como eles apagam os dados e como são usados ​​em diferentes tecnologias.Ele também analisa a mudança da EPROM que usa luz ultravioleta para apagar dados, para a EEPROM, que facilita os usuários, permitindo que os dados sejam apagados eletricamente.Essa mudança não apenas mostra crescimento tecnológico, mas também resolve os problemas práticos da EPROM, ajudando a criar dispositivos eletrônicos mais duráveis ​​e flexíveis.

Catálogo

Figura 1: memória EPROM

O que são as tecnologias EPROM e EEPROM?

Memória somente leitura programável apagável e EPROM) e a memória somente leitura programável eletricamente apagável (EEPROM) são tipos importantes de memória que não perdem seus dados quando a energia é desligada.Eles tiveram um grande papel no crescimento de dispositivos eletrônicos.

A EPROM, criada em meados da década de 1970, foi um grande passo à frente porque permitiu que a memória fosse reutilizada.Antes do EPROM, um chip de memória só poderia ser programado uma vez.Com a EPROM, você pode apagar os dados e programá -los novamente, expondo o chip à luz ultravioleta forte (UV).Isso tornou possível atualizar ou corrigir dispositivos sem precisar substituir o chip de memória.

A EEPROM saiu no final da década de 1970 e melhorou ainda mais, permitindo que você apagar e reescreva dados usando uma carga elétrica em vez de luz UV.Isso facilitou a atualização da memória porque você pode alterar partes específicas dos dados sem afetar o restante.A EEPROM é mais flexível e útil para muitos propósitos diferentes, porque você pode atualizar os dados diretamente dentro do dispositivo.

Figura 2: Memória da EEPROM

Importância da memória não volátil na eletrônica moderna

Em eletrônicos cotidianos, como smartphones e computadores, a memória não volátil (NVM) armazena informações importantes, como configurações e software que precisam permanecer intactos mesmo quando o dispositivo é desligado.Isso garante que os usuários não percam seus dados e possam pegar exatamente de onde pararam após uma queda de energia.

Em ambientes industriais e automotivos, o NVM é bom para armazenar dados que garantem que máquinas e veículos funcionem com segurança e continuamente.Essa memória protege qualquer informação durante as quedas de energia ou o sistema redefine, garantindo operações suaves.

À medida que mais dispositivos se conectam através da Internet das Coisas (IoT), a demanda por memória confiável que mantém os dados mesmo quando desligados aumentou.Esses dispositivos dependem de dados armazenados para operar de forma independente.

Além disso, esse tipo de memória pode ser reprogramado, permitindo que os dispositivos sejam facilmente atualizados com novos recursos sem alterar o hardware.Isso torna os eletrônicos mais sustentáveis ​​e adaptáveis, permitindo que eles evoluam para atender às necessidades dos usuários.

Figura 3: Memória volátil e não volátil

Como a EPROM armazena dados sem energia?

O EPROM (Memória Apresentável de leitura programável apagável) é um tipo de memória não volátil usada em computadores e dispositivos eletrônicos para armazenar dados que devem ser preservados mesmo quando o dispositivo é desligado.Ser não volátil significa que a EPROM mantém seus dados sem precisar de uma fonte de alimentação constante.Diferentemente do baile (memória somente leitura programável), que só pode ser gravada para uma vez, a EPROM pode ser apagada e reprogramada várias vezes.

A tecnologia por trás da EPROM é baseada em uma variedade de transistores, cada um representando um pouco de dados.Um elemento em cada transistor é o portão flutuante, um componente isolado eletricamente que desempenha um papel importante no armazenamento de dados.A presença ou ausência de carga no portão flutuante altera a tensão limite do transistor.Se a tensão limite for suficientemente alta, o transistor liga, indicando um "1" binário.Caso contrário, permanece fora, indicando um "0" binário.

A capacidade da EPROM de reter dados sem energia depende do design do portão flutuante.A carga no portão flutuante está presa e permanece estável por anos devido a uma camada de óxido que a isola eletricamente, impedindo qualquer vazamento.Esse isolamento garante que os dados armazenados sejam preservados sem uma fonte de energia até que a memória seja deliberadamente apagada.

Figura 4: Diagrama do circuito do programador EPROM

Como o EPROM é programado usando a injeção de elétrons quentes?

A programação de uma EPROM envolve alterar o estado dos portões flutuantes dentro de sua matriz de transistor.Isso é alcançado através de uma técnica chamada injeção de elétrons quentes, requer a aplicação de uma tensão superior ao normal nos drenos dos transistores.Essa tensão elevada acelera os elétrons dentro do canal entre a fonte e o dreno, dando -lhes alta energia cinética.

Alguns desses elétrons energizados, chamados de "elétrons quentes", ganham impulso suficiente para penetrar na camada de óxido fino que separa o canal da porta flutuante.Uma vez que passam por essa barreira, ficam presos no portão flutuante, elevando assim sua tensão limiar.Esse aumento na tensão altera efetivamente o estado do transistor para representar um "1" binário.

Este método permite controle preciso sobre quais bits estão definidos como "1" durante a programação da EPROM.Os dados, uma vez escritos, permanecem armazenados como carga nos portões flutuantes, não afetados pela fonte de alimentação até que a memória seja intencionalmente apagada.O apagamento envolve expor a luz EPROM à Ultravioleta (UV), fornece energia suficiente para libertar os elétrons presos e redefinir os estados do transistor de volta para "0".

Figura 5 :: Estrutura interna da EPROM

Processo de apagamento de dados da EPROM

Apagar um EPROM não é tão simples quanto substituir dados em uma unidade flash.Em vez disso, envolve o uso da luz ultravioleta (UV), depende do efeito fotoelétrico para restaurar o chip ao seu estado original e não programado.

Cada chip EPROM está equipado com uma pequena janela de quartzo que permite que a luz UV atinja a camada de silício, onde os dados são armazenados.Os dados em um EPROM são armazenados em transistores de porta flutuante.Quando o chip é exposto à luz UV, os fótons da luz têm energia suficiente para excitar elétrons no portão flutuante, fazendo com que eles escapem.Esse processo redefine o transistor para seu estado inicial, apagando efetivamente os dados armazenados e deixando o chip pronto para ser reprogramado.O transistor pode então ser recarregado ou deixado sem carga, representando valores binários de 0 e 1.

A luz UV usada para apagar os EPROMs normalmente tem um comprimento de onda de cerca de 253,7 nanômetros, cai dentro da faixa UVC.Esse comprimento de onda específico é eficaz para fornecer a energia necessária para limpar as cobranças armazenadas nos transistores.O processo de apagamento leva de 10 a 30 minutos, dependendo da intensidade da luz UV e do modelo EPROM específico.Durante esse período, todo o chip deve ser exposto uniformemente à luz UV para garantir que todos os dados sejam totalmente apagados, deixando o chip pronto para uma nova programação.

Figura 6: Eraser UV EPROM

Limitações da EPROM e a mudança para as modernas tecnologias de memória

Embora os EPROMs possam ser reutilizados, eles têm algumas desvantagens por causa de como precisam ser apagadas e reprogramadas.Um grande problema é que você precisa tirar a EPROM fisicamente do seu dispositivo para apagá -lo.Isso ocorre porque a luz UV precisa brilhar diretamente no silício através de uma janela de quartzo, geralmente difícil de alcançar quando o chip está em uma placa de circuito.A retirada do EPROM causa problemas como o tempo de inatividade, pois o dispositivo precisa ser desligado e parcialmente desmontado para alcançar o chip, o que pode ser um problema em algumas situações.Há também o risco de danificar o chip ou seus pinos durante a remoção, e a descarga eletrostática (ESD) pode prejudicar as peças eletrônicas.O processo também exige que os trabalhadores qualificados lidem com o equipamento de apagamento UV corretamente e coloque o chip de volta sem causar danos.Além disso, em grandes sistemas ou dispositivos com muitos EPROMs, apagar e reprogramar cada chip um por um pode levar muito tempo e pode não ser prático.Esses desafios levaram à criação de outros tipos de memória, como EEPROM e memória flash, que podem ser apagados e reprogramados sem a necessidade de removê -los do circuito.Essas alternativas são mais fáceis de usar e mais flexíveis, mas podem não ser tão duráveis ​​ou mais caras.

Aplicações de EPROMs em tecnologia

Armazenando BIOS em computadores

O BIOS (sistema básico de entrada/saída) é um software importante que ajuda o sistema operacional de um computador a se comunicar com seu hardware.Os EPROMs são usados ​​para armazenar o BIOS porque mantêm os dados mesmo quando o computador está desligado.Quando você inicia um computador, o BIOS no EPROM liga o hardware e lida com tarefas básicas até que o sistema operacional assuma o controle.Ele garante que o computador possa iniciar e funcionar corretamente.

Os EPROMs também permitem que o BIOS seja atualizado através de um processo chamado "piscando".Isso significa que o BIOS pode ser alterado se houver problemas ou novos recursos, sem precisar alterar o hardware.Essa habilidade torna os computadores mais duradouros e adaptáveis.

Armazenamento de firmware para modems e cartões de vídeo

Os EPROMs também são usados ​​em modems e placas de vídeo para armazenar firmware, um software especializado que controla diretamente o hardware.Nos modems, o software armazenado em um EPROM controla como os sinais digitais são convertidos para e para sinais analógicos, possibilitando se comunicar sobre as linhas telefônicas.Este software é importante porque permite que o modem funcione com diferentes protocolos e velocidades de dados, garantindo que funcione corretamente com vários padrões de comunicação.

Da mesma forma, nas placas de vídeo, o firmware da loja EPROMS que governa as operações da Unidade de Processamento de Gráficos (GPU).Esse firmware é responsável por gerenciar funções básicas de exibição e lidar com tarefas de processamento gráfico.Ao armazenar esse firmware em uma EPROM, os fabricantes garantem que a placa de vídeo possa ser atualizada para oferecer suporte a novos softwares e sistemas operacionais, o que ajuda o dispositivo a durar mais.

Uso antecipado em CPUs

Durante os primeiros dias do desenvolvimento de computadores, os EPROMs foram usados ​​para armazenar o microcódigo para unidades de processamento central (CPUs).O Microcode é um conjunto de instruções de baixo nível que ditam como a CPU executa instruções de código de máquina de nível superior.Essas instruções são necessárias para a capacidade da CPU de executar tarefas, pois definem a lógica principal e os protocolos operacionais.

Ao usar os EPROMs para armazenar o microcódigo, os fabricantes podem melhorar e atualizar as funções da CPU sem precisar alterar o hardware real.Isso foi útil nos primeiros dias da tecnologia de computadores, quando as coisas estavam avançando rapidamente e os processadores precisam ser ajustados com frequência.

Características da EEPROM

A EEPROM difere de outros tipos de memória não volátil, como ROM (memória somente leitura) e memória flash, principalmente na forma como ela pode ser modificada.A ROM é programada durante a fabricação e não pode ser alterada posteriormente.Por outro lado, a EEPROM pode ser reescrita e apagada eletricamente, oferecendo maior flexibilidade.Ao contrário da EPROM que requer a exposição à forte luz ultravioleta para apagar, a EEPROM permite essas modificações sem a necessidade de intervenção física e tornando -o mais conveniente para atualizar configurações de dispositivos ou aplicar patches de software.

Figura 7: Diagrama do circuito de memória EEPROM

Capacidade e estrutura da memória da EEPROM

Os dados no EEPROM são armazenados em unidades pequenas, como bytes ou nível de palavra, para que você possa apagar e reescrever peças específicas sem afetar o restante.Essa é uma grande melhoria em relação aos tipos de memória mais antigos, como a EPROM, onde você teve que apagar seções grandes ou toda a memória de uma só vez.

Dentro da EEPROM, há uma grade de células de memória, cada uma mantendo um pouco de dados.Essas células usam um tipo especial de transistor chamado transistor de portão flutuante para armazenar as informações.Os dados são salvos adicionando ou removendo elétrons do portão flutuante.O número de elétrons altera a tensão limite do transistor, que é a tensão necessária para ativá -la, permitindo armazenar um valor binário (0 ou 1).

Figura 8: célula de memória EEPROM

Para escrever dados na EEPROM, uma tensão mais alta do que o habitual é aplicada, fazendo com que os elétrons se movam através de uma fina camada de material para a porta flutuante, um processo chamado Tunelamento Fowler-Nordheim.Quando os elétrons estão presos no portão flutuante, eles ficam lá porque o material circundante os isola, mantendo os dados seguros.

Para apagar os dados, o processo é revertido.É aplicada uma tensão negativa que retira os elétrons da porta flutuante, apagando os dados armazenados e redefinindo a tensão limite do transistor de volta ao seu estado original.

As células de memória EEPROM funcionam principalmente por causa de duas partes: o portão flutuante e o portão de controle.

Portão flutuante: A porta flutuante é uma parte minúscula e isolada eletricamente do transistor que fica entre a porta de controle e o canal do transistor.Sua principal função é manter uma carga prendendo elétrons dentro de sua estrutura.Este portão é cercado por uma camada de óxido isolante, impede que os elétrons escapem.A presença ou ausência de elétrons na porta flutuante altera a tensão limite do transistor, codificando assim dados como um binário '1' ou '0'.O portão flutuante faz parte da célula de memória que realmente armazena os dados.

Figura 9: Portão flutuante e portão de controle na EEPROM

Portão de controle: o portão de controle é o eletrodo de porta externa que controla a escrita e a apagamento dos dados.Durante o processo de escrita, o portão de controle é usado para aplicar uma tensão que força os elétrons a túnel através da camada de óxido e no portão flutuante.Durante o processo de apagamento, é aplicada uma tensão da polaridade oposta e remove os elétrons da porta flutuante.O portão de controle, portanto, serve como interface que permite que os circuitos externos interajam com o portão flutuante, possibilitando ler, escrever e apagar dados.

Os recursos de armazenamento de dados das eePROMs dependem fortemente da interação entre o portão flutuante e o portão de controle.O portão flutuante armazena com segurança os dados prendendo elétrons, enquanto o portão de controle permite controle preciso sobre os processos de leitura, escrita e apagamento.Essa interação garante que as EEPROMs sejam uma opção confiável e flexível para armazenamento de dados não voláteis.

Processo de programação e apagamento da EEPROM

Apagar dados de uma EEPROM envolve a remoção de elétrons das células da memória sem tirar o chip do dispositivo.Isso é feito aplicando uma tensão de apagar que é o oposto da tensão usada para gravar dados.

Durante a apagamento, uma forte tensão negativa é aplicada a uma parte do chip, enquanto outra parte é mantida em uma tensão mais alta.Isso cria um poderoso campo elétrico que faz com que os elétrons deixem as células da memória e voltem ao material do chip.Essa ação redefine a memória, trazendo -a de volta ao seu estado original, representa um "1" ou um estado apagado.

A vantagem de poder apagar os dados sem remover o chip EEPROM é que ele permite atualizações fáceis e eficientes.Os dados podem ser apagados e reescritos enquanto o dispositivo ainda está em execução, isso é importante para tarefas que precisam de atualizações regulares, como ajustar as configurações ou armazenar dados de calibração sem interromper o dispositivo.

Em resumo, a EEPROM usa um processo que move elétrons de maneira controlada para apagar e gravar dados.Isso, juntamente com a capacidade de apagar dados sem remover o chip, torna a EEPROM muito útil em muitos dispositivos eletrônicos.

Aplicações da EEPROM

• Atualizações de firmware: armazena o software que controla o hardware, permitindo atualizações sem substituir o hardware, bom para dispositivos de longa duração.

• Configuração do dispositivo: retém as configurações do dispositivo após a perda de energia, garantindo operação consistente, como visto em roteadores que armazenam configurações de rede.

• Armazenamento de dados de calibração: mantém importantes dados de calibração em instrumentos de precisão, garantindo a precisão ao longo do tempo, apesar das mudanças ambientais.

• Eletrônica de consumo: lembra as configurações do usuário em dispositivos diários, como microondas, aprimorando a conveniência e a experiência do usuário.

• Automóveis: armazena dados como leituras de odômetro e predefinições de rádio, garantindo que essas configurações persistissem depois que o carro estiver desligado.

• Dispositivos de computação pessoal: encontrados no BIOS para armazenar quaisquer configurações necessárias para que os computadores inicializem e operem corretamente.

• Cartões inteligentes e identificação: armazena informações com segurança, como pinos e chaves de acesso, fornecendo segurança e acessibilidade rápida em cartões inteligentes.

Comparação das tecnologias de memória EPROM e EEPROM

Figura 10: Memória EPROM e EEPROM

Aspecto	Eprom	EEPROM
Tipo de memória	Não volátil	Não volátil
Método de programação	Requer tensões mais altas	Cargas elétricas padrão
Método de apagamento	Exposição à luz UV através de uma janela de quartzo	Apagamento elétrico, sem necessidade de luz UV
Apagamento de dados	Chip inteiro é apagado de uma vez	Apagamento no nível de byte
Remoção de chip	Requer remoção do circuito para apagar	Pode ser atualizado diretamente no circuito
Capacidade de reescrita	Requer exposição à luz UV e reprogramação	Reescrever eletricamente, permitindo fácil Atualizações
Durabilidade	Menos durável devido à exposição à luz UV degradando o chip	Mais durável com vida útil mais longa devido a apagamento elétrico
Praticidade para atualizações frequentes	Menos prático, pois requer chip completo apagar e reprogramação	Mais prático, permite atualizações frequentes e modificações seletivas
Aplicações	Dispositivos mais antigos ou especializados que exigem Atualizações pouco frequentes	Dispositivos modernos, eletrodomésticos, firmware em equipamentos de rede

Conclusão

A mudança do EPROM para a EEPROM é um passo importante na tecnologia de memória, resolvendo muitos problemas dos tipos de memória mais antigos.A EEPROM é mais flexível, durável e mais fácil de usar, melhor para as necessidades dos dispositivos eletrônicos atuais.Ele permite que as alterações sejam feitas de maneira rápida e eficiente, sem precisar remover o chip ou usar luz UV.Isso facilita para os dispositivos acompanhar a tecnologia de mudança rápida e se preparar para o futuro.O desenvolvimento da EEPROM mostra um movimento para criar eletrônicos mais eficientes e amigáveis, ajudando a impulsionar a inovação contínua na tecnologia de memória.

Perguntas frequentes [FAQ]

1. O EPROM pode ser alterado?

O EPROM pode ser alterado, mas não com a mesma facilidade que outros tipos de memória programável.Para alterar os dados armazenados em uma EPROM, você precisa expor -os a uma forte luz ultravioleta através de uma janela projetada para esse fim, encontrada na parte superior do chip.Esse processo apaga os dados existentes, permitindo que novos dados sejam programados.No entanto, essa não é uma tarefa trivial e requer equipamentos e condições específicos, diferentemente das EEPROMs mais modernas ou da memória flash.

2. O EEPROM é mais rápido que o Flash?

O EEPROM e a memória flash têm características de velocidade comparáveis, mas o EEPROM pode ser mais lento para operações de gravação.Isso ocorre porque a EEPROM permite que os dados sejam gravados e apagados no nível de bytes individuais, que fornecem flexibilidade, mas podem ser mais lentos.A memória flash, por outro lado, apaga e grava dados em blocos, tornando essas operações geralmente mais rápidas, mas menos precisas em termos do volume de dados gerenciado por operação.

3. Quanto tempo durará a EEPROM?

A longevidade da EEPROM é alta.Ele pode reter dados por cerca de 20 a 25 anos em condições normais.No entanto, isso pode variar com base em fatores como a qualidade da EEPROM, as condições ambientais às quais é exposto e com que frequência ele é acessado para escrever ou apagar operações.A retenção de dados é um dos fatos fortes da EEPROM, tornando-o adequado para aplicações em que o armazenamento de dados a longo prazo é necessário sem alterações frequentes.

4. Quantas vezes uma EEPROM pode ser apagada?

A resistência de uma EEPROM, ou quantas vezes ela pode ser apagada e reescrita, varia de acordo com o design específico de chip, mas varia de cerca de 100.000 a 1.000.000 de ciclos de apagamento/gravação.Isso torna o EEPROM bom para aplicativos que exigem que os dados sejam atualizados com frequência, embora não tão alta frequência quanto alguns tipos mais recentes de memória, como certas memórias flash que podem sustentar ainda mais ciclos.

5. O SSD é um EEPROM?

Não, um SSD (unidade de estado sólido) não é categorizado como uma EEPROM.Os SSDs geralmente usam a memória flash do tipo NAND, permite acesso de dados mais rápido, maior capacidade e operações de gravação e apagamento mais eficientes em comparação com a EEPROM.Embora os SSDs e as EEPROMs sejam tipos de memória não volátil (o que significa que eles mantêm dados quando a energia está desativada), suas tecnologias e aplicativos são diferentes, com os SSDs sendo a escolha preferida para soluções de armazenamento em massa em computadores e dispositivos modernos.