EEPROM IC 製程 - 結構與操作原理 學生:高柏翔

目錄 EEPROM簡介 EPROM與EEPROM之比較 EEPROM元件類型 EEPROM封裝方式 EEPROM結構 EEPROM操作原理 RFID結合EEPROM 參考文獻

EEPROM簡介 EEPROM，或寫作E2PROM，全稱電子抹除式可程式化唯讀記憶體 （英語：Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory），是一種可以通過電子方式多次複寫的半導體存儲裝置。相比EPROM，EEPROM不需要用紫外線照射，也不需取下，就可以用特定的電壓，來抹除晶片上的資訊，以便寫入新的資料。 EEPROM有四種工作模式：讀取模式、寫入模式、擦拭模式、校驗模式。讀取時，晶片只需要Vcc低電壓（一般+5V）供電。編程寫入時，晶片通過Vpp（一般+25V, 較新者可能使用 12V 或 5V）獲得編程電壓，並通過PGM編程脈衝（一般50ms）寫入資料。抹除時，只需使用Vpp高電壓，不需要紫外線，便可以抹除指定位址的內容。為保證寫入正確，在每寫入一塊資料後，都需要進行類似於讀取的校驗步驟，若錯誤就重新寫入。現今的 EEPROM 通常已不再需要使用額外的 Vpp 電壓，且寫入時間也已有縮短。 由於EEPROM的優秀效能，以及在線上操作的便利，它被廣泛用於需要經常擦拭的BIOS晶片以及快閃記憶體晶片，並逐步替代部分有斷電保留需要的RAM晶片，甚至取代部份的硬碟功能（見固態硬碟）。它與高速RAM成為當前（21世紀00年代）最常用且發展最快的兩種儲存技術。

EEPROM簡介 EEP-ROM的優點是記憶體製造時不需要將資料寫入，廠商在購買後可以依照不同的需要寫入資料，而且可以更改資料，應用性較EP-ROM高；缺點則是EEP-ROM是以小區塊(通常是位元組B)為清除單位來抹除資料，抹除和寫入速度很慢，使用仍然很不方便，後來經過改良才發展出目前廣泛使用在可攜帶電子產品的「快閃記憶體(Flash ROM)」， 因此我們可以將EEP-ROM看成是快閃記憶體的始祖

EPROM與EEPROM之比較 (a)EPROM (b)EEPROM

EEPROM元件類型 有的 EEPROM 是包含於其他元件中，為該元件的一部份。 例如：MCU 中可能包含用來儲存程式或資料的 EEPROM、數位電位器（Digital Potentiometer）內也需要 EEPROM 來儲存目前的設定值。 單獨的 EEPROM 元件，其通訊口通常可分為串列(serial)與並列(parallel)兩類。除電源線外，序列通訊口只使用1~4隻接線來傳遞訊號，所需接腳較並列式少，通常用來儲存資料。執行用的程式則通常放在並列式的 EEPROM 中，以利存取。 序列式EEPROM Microwire 通訊口（3線）：型號為以 93 開頭的系列。例：93C46 I2CTM 通訊口（2線）：型號為以 24 開頭的系列。例：24LC02 SPI 通訊口（3線）：型號為以 25 開頭的系列。例：25LC08 UNI/OTM通訊口（1線）：由 Microchip 公司出品，型號為以 11 開頭的系列。 1-Wire® 通訊口（1線）：由 Dallas / Maxim 公司出品。 並列式EEPROM型號通常為以 28 開頭的系列。 至於型號通常為以 29 或 49 開頭的系列，寫入須以較大的區塊為單位，此種記憶體一般會使用 Flash （閃存/快閃記憶體）來稱呼。至於能以較小單位(例如以位元組)擦拭或寫入的則才以 EEPROM 稱呼，以作區別。

EEPROM元件類型 序列式EEPROM 並列式EEPROM

EEPROM封裝方式 Dual In-Line Package（DIP） 它的引腳是長在IC 的兩邊，而且是利用插件方式讓IC 與印刷電路板結合，有別於另一種 適用於表面黏著技術的封裝方式，這種封裝的材料可以是塑膠（Plastic）或陶瓷（Ceramic）， 因而有PDIP 及CDIP 之分，大部份64 隻腳以下的電子元件是利用這種封裝型態包裝的。

EEPROM封裝方式 Plastic Leaded Chip Carrier（PLCC） 它的引腳不像DIP 或SO，腳是長在IC 的兩邊，而是長在IC 的四邊周圍，因此它的腳數要比前兩者來的稍微多些，常用的腳數可以從20 ～96 隻腳不等，引腳的外觀也有兩種，一種是縮在裡面，從外面看不到，另一種則是J 型引腳（J-Lead），其被稱之為QFJ（Quat Flat J-Lead Package）。

EEPROM封裝方式 Small Outline Package（SOJ） 也有人稱之為SOIC（Small Outline Integrated Circuit），跟DIP 一樣，大部分所使用的腳數仍被侷限在64 隻腳以下，而大於44 隻腳以上的電子元件則是轉往LCC 或是QFP 等。

EEPROM結構 電子抹除式可程式化唯讀記憶體細胞，單一記憶細胞包含有:選擇電晶體以 及記憶電晶體，並透過控制線進行資料的寫入與抹除。

EEPROM結構 電子抹除式可程式化唯讀記憶體方塊圖

EEPROM操作原理 電子抹除式可程式化唯讀記憶體電路

EEPROM操作原理 寫入資料:使用高電壓強迫電子注入浮動閘極，代表寫入資料為1。 (a)記憶細胞寫入狀態 (b)記憶細胞抹除狀態 寫入資料:使用高電壓強迫電子注入浮動閘極，代表寫入資料為1。 抹除資料:使用高電壓強迫電子由浮動閘極內流出，代表抹除資料為0。

延長EEPROM使用壽命方式 一般應用中，要存儲的數據比較單一，EEPROM空間與要存儲的數據相比要大得多。為此，可采用一種利用存儲器空間延長EEPROM工作壽命的方法。 方法l：不固定數據存放的地址，而是用一個固定的基地址加上EEPROM內的一個單元的內容(即偏移地址)作為真正的地址；若發現存儲單元已壞(寫入和讀出的內容不同)，則偏移地址加1，重新寫入。如果采用100倍的存儲器空間冗餘，可將EEPROM的實際壽命延長100倍。 方法2：從第一個存儲單元開始存儲數據N次，然後轉到下一個單元再存N次，依次類推，當最後一個單元存放N次之後，再轉到第一個單元重新開始。本文推薦采用該法，因為上一種方法存在一個致命缺陷：當某一個EEPROM單元寫壞再用下一個單元時，原先存儲的數據就讀不出來了。

RFID結合EEPROM 意法半導體(ST)的雙介面EEPROM RFID系列電子標籤晶片。基於該系列晶片的系統解決方案可滿足市場對低功耗和自供電非接觸式通訊應用的需求。其系統解決方案還包括基於Android和Windows兩種平台的繪圖用戶介面，突現針對不同感測器、標準元件和支援NFC技術的雙介面EEPROM功能。為了展現含有NFC標籤(M24LR64)的應用系統的功能，ST開發一款Data Logger V3數據記錄器評估板。該電路板(電子標籤)支援13.56MHz NFC通訊技術，配備不同類型的感測器、RFID EEPROM數據記憶體和非接觸式通訊介面。硬體感測器包括溫度感測器(STTS751)、MEMS運動感測器(LIS3DH)、濕度感測器與光感測器。 這些感測器以預設的間隔把數據儲存在數據記錄器內，基於Windows/Android的用戶介面軟體讀取這些數據，並以圖表的方式將數據顯示在螢幕上。該應用系統突現基於RFID的EEPROM(M24LR64)的功能和存取機制。 M24LR64是一個8KB的雙介面EEPROM記憶體，支援兩種通訊模式：一、透過有線連接與微控制器的I2C通訊；二、採用無線數據傳輸技術(IS015693)的RF通訊。

RFID結合EEPROM Data Logger V3評估板由以下模組組成： 一、硬體：一個由STM8L微控制器、MEMS(LIS3DH)、溫度感測器(STTS751)、光感測器和M24LR64 EEPROM以及板載感應式天線組成的普通的電路板。電路板電源是一枚鈕扣電池(CR2032)，為感測器數據通過I2C介面儲存到EEPROM內提供電能。在數據保存到EEPROM後，PC或Android應用軟體(圖形用戶介面)可存取EEPROM。 二、軟體：一個專用的PC或Android繪圖用戶介面(GUI)，透過RF－ISO15693介面與Data Logger V3評估板互動。該應用軟體與意法半導體的RF收發器CR95HF通訊，該介面再經由13.56MHz射頻技術與板上EEPROM通訊。

RFID結合EEPROM 基於Windows平台的數據記錄系統 支援Android平台的數據記錄系統(實際系統)。

RFID結合EEPROM 一、數據儲存階段 在這個階段，記錄器電路板由3V鈕扣電池供電，以固定的間隔把感測器數據儲存在EEPROM。數據記錄過程透過I2C通訊介面完成。 記錄數據的類型：a.溫度感測器(STTS751)測量環境溫度；b.MEMS感測器(LIS3DH)測量振動數據；c.MEMS感測器(LIS3DH)測量自由落體數據；d.光感測器測量環境光數據；e.濕度感測器測量濕度數據 二、數據讀取階段 在數據存入EEPROM後，板載開關切斷鈕扣電池與電路板的連接。在斷電後，電路板變成一個被動RFID電子標籤。電路板上有一個感應式天線，用於標籤與讀取器的射頻通訊。利用RFID讀取器(CR95HF)天線和EEPROM天線的耦合效應，13.56MHz射頻將電能從讀取器傳輸到EEPROM。RFID讀取器透過射頻電磁場傳送電能，EEPROM的天線吸取射頻電能作為本身電源。 讀取器可與PC或Android的GUI配合，透過RF介對EEPROM發送命令，存取記憶體內的全部感測器數據。PC(Windows)/Android GUI軟體以圖表的方式解釋感測器數據

RFID結合EEPROM 未來應用 一、能量：該系統適用於多種低功耗應用 電子紙應用：某些應用需要每天/週更改一次顯示數據，其餘的時間只保持原樣即可。電子紙只在更改數據時才需要充電，斷電後繼續保持數據顯示。電子紙結合RFID EEPROM可讓用戶以無線射頻通訊讀取並顯示數據。讀取器發出的射頻能量用於讀寫EEPROM記憶體，同時實現能量採集，為應用電路板供電。 二、消費性醫療健身應用：在醫療應用領域，可以在病患的身體上安裝不同類型的感測器，感測器數據記錄在EEPROM。醫生可使用RFID讀取器讀取數據，實現對病患的連續監測。 有NFC功能的手機也可以讀取數據記錄。專用的Android應用軟體能以圖表的方式解釋感測器擷取的數據。

參考文獻 1.維基百科-電子抹除式可複寫唯讀記憶體 2.逢甲大學電子工程學系碩士班謝宗翰-高轉換比四相混和式電荷幫浦設計之研究 3.半導體製造概論 4.曲建仲-積體電路與微機電產業 5.微算機基本原理與應用 6. Nishat Omar與Raunaque Mujeeb Quaiser，意法半導體公司-基於NFC技術的 非接觸式通訊

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