EEPROMS: Une mise à niveau des EPROM

Les progrès en cours dans la technologie poussent constamment le besoin de meilleures options de stockage de mémoire, conduisant au développement de l'EPROM à l'EEPROM.Cet article explore les principes de base et le fonctionnement de l'EPROM et de l'EEPROM, en comparant leurs structures, comment ils effacent les données et comment ils sont utilisés dans différentes technologies.Il examine également le passage de l'EPROM qui utilise la lumière ultraviolette pour effacer les données, à EEPROM, ce qui facilite les utilisateurs en permettant aux données d'être effacées électriquement.Ce changement montre non seulement une croissance technologique mais résout également les problèmes pratiques de l'EPROM, contribuant à créer des dispositifs électroniques plus durables et flexibles.

Catalogue

Figure 1: Mémoire EPROM

Quelles sont les technologies EPROM et EEPROM?

La mémoire en lecture seule programmable (EPROM) effacée et la mémoire en lecture seule programmable (EEPROM) sont effacées électriquement effacées sont des types de mémoire importants qui ne perdent pas leurs données lorsque l'alimentation est désactivée.Ils ont joué un grand rôle dans la croissance des appareils électroniques.

EPROM, créé au milieu des années 1970, a été un pas en avant majeur car il a permis de réutiliser la mémoire.Avant EPROM, une puce de mémoire ne peut être programmée qu'une seule fois.Avec EPROM, vous pouvez effacer les données et les programmer à nouveau en exposant la puce à une forte lumière ultraviolette (UV).Cela a permis de mettre à jour ou de corriger les périphériques sans avoir à remplacer la puce de mémoire.

EEPROM est sorti à la fin des années 1970 et a encore amélioré les choses en vous permettant d'effacer et de réécrire les données en utilisant une charge électrique au lieu de la lumière UV.Cela a facilité la mise à jour de la mémoire car vous pouvez modifier des parties spécifiques des données sans affecter le reste.EEPROM est plus flexible et utile à de nombreuses fins différentes car vous pouvez mettre à jour les données directement dans l'appareil.

Figure 2: Mémoire EEPROM

Importance de la mémoire non volatile dans l'électronique moderne

Dans l'électronique de tous les jours comme les smartphones et les ordinateurs, la mémoire non volatile (NVM) stocke des informations importantes comme les paramètres et les logiciels qui doivent rester intacts même lorsque l'appareil est désactivé.Cela garantit que les utilisateurs ne perdent pas leurs données et peuvent reprendre là où ils se sont arrêtés après une panne de courant.

Dans les paramètres industriels et automobiles, NVM est bon pour le stockage des données qui garantissent que les machines et les véhicules s'exécutent en toute sécurité et en continu.Cette mémoire protège toute information lors des pannes de courant ou des réinitialités du système, assurant des opérations en douceur.

Alors que de plus en plus d'appareils se connectent via l'Internet des objets (IoT), la demande de mémoire fiable qui maintient les données même lorsqu'elle est éteinte a augmenté.Ces appareils dépendent des données stockées pour fonctionner indépendamment.

De plus, ce type de mémoire peut être reprogrammé, permettant aux appareils d'être facilement mis à jour avec de nouvelles fonctionnalités sans modifier le matériel.Cela rend l'électronique plus durable et adaptable, ce qui leur permet d'évoluer pour répondre aux besoins des utilisateurs.

Figure 3: Mémoire volatile et non volatile

Comment EPROM stocke les données sans pouvoir?

EPROM (mémoire en lecture seule programmable effacée) est un type de mémoire non volatile utilisée dans les ordinateurs et les appareils électroniques pour stocker des données qui doivent être conservées même lorsque l'appareil est désactivé.Être non volatile signifie que EPROM conserve ses données sans avoir besoin d'une alimentation constante.Contrairement à PROM (mémoire programmable en lecture seule), qui ne peut être écrite qu'une seule fois, EPROM peut être effacé et reprogrammé plusieurs fois.

La technologie derrière EPROM est basée sur un tableau de transistors, chacun représentant un peu de données.Un élément de chaque transistor est la porte flottante, un composant isolé électriquement qui joue un rôle important dans le stockage des données.La présence ou l’absence de charge sur la porte flottante modifie la tension de seuil du transistor.Si la tension de seuil est suffisamment élevée, le transistor s'allume, indiquant un "1" binaire.Sinon, il reste éteint, indiquant un "0" binaire.

La capacité d'EPROM à conserver les données sans courant repose sur la conception de la porte flottante.La charge sur la porte flottante est piégée et reste stable pendant des années en raison d'une couche d'oxyde qui l'isole électriquement, empêchant toute fuite.Cet isolement garantit que les données stockées sont conservées sans source d'alimentation jusqu'à ce que la mémoire soit délibérément effacée.

Figure 4: Diagramme du circuit du programmeur EPROM

Comment EPROM est-il programmé en utilisant l'injection d'électrons chauds?

La programmation d'un EPROM implique de changer l'état des portes flottantes dans son réseau de transistors.Ceci est réalisé grâce à une technique appelée injection d'électrons chaude, nécessite d'appliquer une tension plus élevée que la normale aux drains des transistors.Cette tension élevée accélère les électrons dans le canal entre la source et le drain, leur donnant une énergie cinétique élevée.

Certains de ces électrons énergisés, appelés "électrons chauds", gagnent suffisamment d'élan pour pénétrer la couche d'oxyde mince séparant le canal de la porte flottante.Une fois qu'ils ont traversé cette barrière, ils deviennent piégés dans la porte flottante, augmentant ainsi sa tension de seuil.Cette augmentation de la tension modifie efficacement l'état du transistor pour représenter un "1" binaire.

Cette méthode permet un contrôle précis sur quels bits sont définis sur "1" lors de la programmation EPROM.Les données, une fois écrites, restent stockées en charge sur les portes flottantes, non affectées par l'alimentation jusqu'à ce que la mémoire soit intentionnellement effacée.L'effacement consiste à exposer l'EPROM à la lumière ultraviolette (UV), fournit suffisamment d'énergie pour libérer les électrons piégés et réinitialiser les états du transistor à "0".

Figure 5 :: Structure interne EPROM

Processus d'effacement des données d'EPROM

Effacer un EPROM n'est pas aussi simple que l'écrasement des données sur un lecteur flash.Au lieu de cela, il s'agit d'utiliser une lumière ultraviolet (UV), s'appuie sur l'effet photoélectrique pour restaurer la puce à son état d'origine et non programmé.

Chaque puce EPROM est équipée d'une petite fenêtre de quartz qui permet à la lumière UV d'atteindre la couche de silicium où les données sont stockées.Les données dans un EPROM sont stockées dans des transistors à portes flottantes.Lorsque la puce est exposée à la lumière UV, les photons de la lumière ont suffisamment d'énergie pour exciter les électrons dans la porte flottante, les faisant s'échapper.Ce processus réinitialise le transistor à son état initial, effaçant efficacement les données stockées et laissant la puce prête à être reprogrammée.Le transistor peut ensuite être rechargé ou laissé non chargé, représentant des valeurs binaires de 0 et 1.

La lumière UV utilisée pour effacer les eproms a généralement une longueur d'onde d'environ 253,7 nanomètres, se situe dans la gamme UVC.Cette longueur d'onde spécifique est efficace pour fournir l'énergie nécessaire pour effacer les charges stockées dans les transistors.Le processus d'effacement dure 10 à 30 minutes, selon l'intensité de la lumière UV et le modèle EPROM spécifique.Au cours de cette période, la puce entière doit être également exposée à la lumière UV pour garantir que toutes les données sont complètement effacées, laissant la puce prête pour une programmation fraîche.

Figure 6: Eraser UV EPROM

Limites de l'EPROM et le passage aux technologies de mémoire moderne

Même si les eproms peuvent être réutilisés, ils ont des inconvénients en raison de la façon dont ils doivent être effacés et reprogrammés.Un gros problème est que vous devez retirer l'eprom physiquement de son appareil pour l'effacer.En effet, la lumière UV doit briller directement sur le silicium à travers une fenêtre de quartz, généralement difficile à atteindre lorsque la puce est sur un circuit imprimé.Sortir l'EPROM provoque des problèmes tels que les temps d'arrêt, car l'appareil doit être désactivé et partiellement démonté pour atteindre la puce, ce qui peut être un problème dans certaines situations.Il existe également un risque d'endommager la puce ou ses broches pendant l'élimination, et la décharge électrostatique (ESD) pourrait nuire aux pièces électroniques.Le processus nécessite également des travailleurs qualifiés pour gérer correctement l'équipement d'effacement des UV et remettre la puce sans endommager.De plus, dans les grands systèmes ou les dispositifs avec de nombreux EPROM, l'effacement et la reprogrammation de chaque puce, un par un, peut prendre beaucoup de temps et peut ne pas être pratique.Ces défis ont conduit à la création d'autres types de mémoire comme la mémoire EEPROM et Flash qui peut être effacée et reprogrammée sans avoir à les retirer du circuit.Ces alternatives sont plus faciles à utiliser et plus flexibles, mais ils peuvent ne pas être aussi durables ou pourraient être plus chers.

Applications des eproms dans la technologie

Stockage du bios dans les ordinateurs

Le BIOS (Système d'entrée / sortie de base) est un logiciel important qui aide le système d'exploitation d'un ordinateur à communiquer avec son matériel.Les eproms sont utilisés pour stocker le BIOS car ils conservent les données même lorsque l'ordinateur est désactivé.Lorsque vous démarrez un ordinateur, le BIOS de l'EPROM allume le matériel et gère les tâches de base jusqu'à ce que le système d'exploitation prenne le relais.Il s'assure que l'ordinateur peut démarrer et fonctionner correctement.

EPROMS permet également au BIOS d'être mis à jour via un processus appelé «clignotement».Cela signifie que le BIOS peut être modifié s'il y a des problèmes ou que de nouvelles fonctionnalités sont nécessaires, sans avoir à modifier le matériel.Cette capacité rend les ordinateurs plus durables et adaptables.

Stockage du micrologiciel pour les modems et les cartes vidéo

Les eproms sont également utilisés dans les modems et les cartes vidéo pour stocker le micrologiciel, un logiciel spécialisé qui contrôle directement le matériel.Dans les modems, le logiciel stocké sur un EPROM contrôle comment les signaux numériques sont convertis vers et à partir des signaux analogiques, ce qui permet de communiquer sur les lignes téléphoniques.Ce logiciel est important car il permet au modem de fonctionner avec différents protocoles et vitesses de données, garantissant qu'il fonctionne correctement avec diverses normes de communication.

De même, dans les cartes vidéo, les EPROMS stockent un micrologiciel qui régit les opérations de l'unité de traitement graphique (GPU).Ce firmware est responsable de la gestion des fonctions d'affichage de base et de la gestion des tâches de traitement graphique.En stockant ce firmware sur un EPROM, les fabricants s'assurent que la carte vidéo peut être mise à jour pour prendre en charge de nouveaux logiciels et systèmes d'exploitation, ce qui aide l'appareil à durer plus longtemps.

Utilisation précoce dans les CPU

Au début du développement informatique, les EPROM ont été utilisés pour stocker le microcode pour les unités de traitement centrales (CPU).Microcode est un ensemble d'instructions de bas niveau qui dictent la façon dont le CPU exécute les instructions de code machine de niveau supérieur.Ces instructions sont nécessaires à la capacité du processeur à effectuer des tâches, car elles définissent les protocoles de logique et opérationnels de base.

En utilisant EPROM pour stocker le microcode, les fabricants pourraient améliorer et mettre à jour les fonctions du CPU sans avoir à modifier le matériel réel.Cela a été utile au début de la technologie informatique lorsque les choses progressaient rapidement et que les processeurs doivent être ajustés souvent.

Caractéristiques de l'EEPROM

L'EEPROM diffère des autres types de mémoire non volatile, tels que ROM (mémoire en lecture seule) et la mémoire flash, principalement dans la façon dont il peut être modifié.La ROM est programmée pendant la fabrication et ne peut pas être modifiée par la suite.D'un autre côté, l'EEPROM peut être réécrit et effacé électriquement, offrant une plus grande flexibilité.Contrairement à l'EPROM qui nécessite une exposition à une forte lumière ultraviolette pour l'effacement, l'EEPROM permet ces modifications sans avoir besoin d'intervention physique et la rendant plus pratique pour la mise à jour des configurations de périphériques ou l'application de correctifs logiciels.

Figure 7: Diagramme de circuit de mémoire EEPROM

Capacité et structure de la mémoire EEPROM

Les données dans EEPROM sont stockées en petites unités, comme les octets ou le niveau de mot, vous pouvez donc effacer et réécrire des pièces spécifiques sans affecter le reste.Il s'agit d'une grande amélioration par rapport aux types de mémoire plus anciens comme EPROM, où vous avez dû effacer de grandes sections ou la mémoire entière à la fois.

À l'intérieur de l'EEPROM, il y a une grille de cellules de mémoire, chacune contenant un peu de données.Ces cellules utilisent un type spécial de transistor appelé transistor à porte flottante pour stocker les informations.Les données sont enregistrées en ajoutant ou en supprimant les électrons de la porte flottante.Le nombre d'électrons modifie la tension de seuil du transistor, qui est la tension nécessaire pour l'allumer, lui permettant de stocker une valeur binaire (0 ou 1).

Figure 8: Cellule de mémoire EEPROM

Pour écrire des données à EEPROM, une tension plus élevée que d'habitude est appliquée, ce qui fait que les électrons se déplacent à travers une fine couche de matériau dans la porte flottante, un processus appelé Fowler-Nordheim tunneling.Une fois que les électrons sont piégés dans la porte flottante, ils y restent parce que le matériau environnant les isole, en protégeant les données.

Pour effacer les données, le processus est inversé.Une tension négative est appliquée qui retire les électrons de la porte flottante, effaçant les données stockées et réinitialisant la tension de seuil du transistor à son état d'origine.

Les cellules de mémoire EEPROM fonctionnent principalement à cause de deux parties: la porte flottante et la porte de commande.

Porte flottante: La porte flottante est une minuscule partie électriquement isolée du transistor qui se trouve entre la porte de commande et le canal du transistor.Sa fonction principale est de maintenir une charge en piégeant les électrons dans sa structure.Cette porte est entourée d'une couche d'oxyde isolante, empêche les électrons de s'échapper.La présence ou l'absence d'électrons sur la porte flottante modifie la tension de seuil du transistor, codant ainsi les données comme un «1» binaire »ou« 0 ».La porte flottante fait partie de la cellule de mémoire qui stocke réellement les données.

Figure 9: porte flottante et porte de commande dans EEPROM

Porte de contrôle: la porte de contrôle est l'électrode de porte externe qui contrôle l'écriture et l'effacement des données.Pendant le processus d'écriture, la porte de commande est utilisée pour appliquer une tension qui force les électrons au tunnel à travers la couche d'oxyde et sur la porte flottante.Pendant le processus d'effacement, une tension de la polarité opposée est appliquée et élimine les électrons de la porte flottante.La porte de contrôle sert donc d'interface qui permet aux circuits externes d'interagir avec la porte flottante, ce qui permet de lire, d'écrire et d'effacer les données.

Les capacités de stockage des données des EEPROM dépendent fortement de l'interaction entre la porte flottante et la porte de commande.La porte flottante stocke en toute sécurité les données en piégeant les électrons, tandis que la porte de contrôle permet un contrôle précis sur les processus de lecture, d'écriture et d'effacement.Cette interaction garantit que les EEPROM sont une option fiable et flexible pour le stockage de données non volatile.

Processus de programmation et d'effacement EEPROM

L'effacement des données d'un EEPROM implique de retirer les électrons des cellules de mémoire sans retirer la puce de l'appareil.Cela se fait en appliquant une tension d'effacement qui est l'opposé de la tension utilisée pour écrire des données.

Pendant l'effacement, une forte tension négative est appliquée à une partie de la puce, tandis qu'une autre partie est maintenue à une tension plus élevée.Cela crée un champ électrique puissant qui fait que les électrons quittent les cellules de mémoire et retournent dans le matériau de la puce.Cette action réinitialise la mémoire, la ramenant à son état d'origine, représente un "1" ou un état effacé.

L'avantage de pouvoir effacer les données sans retirer la puce EEPROM est qu'elle permet des mises à jour faciles et efficaces.Les données peuvent être effacées et réécrites pendant que l'appareil est toujours en cours d'exécution, ce qui est important pour les tâches qui nécessitent des mises à jour régulières comme l'ajustement des paramètres ou le stockage des données d'étalonnage sans arrêter l'appareil.

En bref, EEPROM utilise un processus qui déplace les électrons de manière contrôlée pour effacer et écrire des données.Ceci, ainsi que la possibilité d'effacer les données sans retirer la puce, rend l'EEPROM très utile dans de nombreux appareils électroniques.

Applications de l'EEPROM

• Mises à jour du micrologiciel: stocke le logiciel contrôlant le matériel, permettant des mises à jour sans remplacer le matériel, bon pour les appareils durables.

• Configuration de l'appareil: conserve les paramètres de périphérique après une perte de puissance, garantissant un fonctionnement cohérent, comme le montre les routeurs stockant les paramètres réseau.

• Stockage des données d'étalonnage: maintient des données d'étalonnage importantes dans les instruments de précision, assurant une précision au fil du temps malgré les changements environnementaux.

• Électronique grand public: se souvient des paramètres utilisateur dans des appareils quotidiens comme les micro-ondes, l'amélioration de la commodité et de l'expérience utilisateur.

• Automobiles: stocke des données telles que les lectures de compatriote et les préréglages radio, garantissant que ces paramètres persistent après la désactivation de la voiture.

• Dispositifs informatiques personnels: trouvés dans le BIOS pour stocker tous les paramètres nécessaires pour les ordinateurs pour démarrer et fonctionner correctement.

• Cartes à puce et identification: stocke en toute sécurité des informations comme les épingles et les clés d'accès, offrant à la fois une sécurité et une accessibilité rapide dans les cartes à puce.

Comparaison des technologies de mémoire EPROM et EEPROM

Figure 10: Mémoire EPROM et EEPROM

Aspect	Eprom	Eeprom
Type de mémoire	Non volatile	Non volatile
Méthode de programmation	Nécessite des tensions plus élevées	Frais électriques standard
Méthode d'effacement	Exposition à la lumière UV à travers une fenêtre de quartz	Efface électrique, pas besoin de lumière UV
Effacement des données	Une puce entière est effacée immédiatement	Erasure au niveau des octets
Éloignement des puces	Nécessite le retrait du circuit pour effacement	Peut être mis à jour directement en circuit
Capacité de réécriture	Nécessite une exposition à la lumière UV et reprogrammation	Réécrit électriquement, permettant mises à jour
Durabilité	Moins durable en raison de l'exposition à la lumière UV dégrader la puce	Plus durable avec une durée de vie plus longue en raison de efface électrique
Pratique pour les mises à jour fréquentes	Moins pratique, car il nécessite une puce complète effacement et reprogrammation	Plus pratique, permet des mises à jour fréquentes et modifications sélectives
Applications	Dispositifs plus anciens ou spécialisés nécessitant mises à jour peu fréquentes	Dispositifs modernes, appareils électroménagers, micrologiciel dans l'équipement de réseautage

Conclusion

Le passage de l'EPROM à l'EEPROM est un pas en avant important dans la technologie de la mémoire, résolvant de nombreux problèmes de types de mémoire plus anciens.L'EEPROM est plus flexible, durable et plus facile à utiliser, mieux pour les besoins des appareils électroniques d'aujourd'hui.Il permet de faire des modifications rapidement et efficacement sans avoir à retirer la puce ou à utiliser la lumière UV.Cela permet aux appareils de suivre plus facilement la technologie en évolution rapide et de se préparer pour l'avenir.Le développement de l'EEPROM montre une évolution vers la création d'électronique plus efficace et conviviale, contribuant à stimuler l'innovation continue dans la technologie de la mémoire.

Questions fréquemment posées [FAQ]

1. EPROM peut-il être modifié?

EPROM peut être modifié mais pas avec la même facilité que les autres types de mémoire programmable.Pour modifier les données stockées dans un EPROM, vous devez les exposer à une forte lumière ultraviolette à travers une fenêtre conçue à cet effet, trouvée sur le dessus de la puce.Ce processus efface les données existantes, permettant de programmer de nouvelles données.Cependant, ce n'est pas une tâche triviale et nécessite un équipement et des conditions spécifiques, contrairement aux EEPROM plus modernes ou à la mémoire flash.

2. Eeprom est-il plus rapide que Flash?

L'EEPROM et la mémoire flash ont des caractéristiques de vitesse comparables, mais l'EEPROM peut être plus lent pour les opérations d'écriture.En effet, EEPROM permet d'écrire et d'effacer les données au niveau des octets individuels, ce qui offre une flexibilité mais peut être plus lent.La mémoire flash, en revanche, efface et écrit des données dans les blocs, ce qui rend ces opérations généralement plus rapides mais moins précises en termes de volume de données géré par opération.

3. Combien de temps durera EEPROM?

La longévité de l'EEPROM est élevée.Il peut conserver des données pendant environ 20 à 25 ans dans des conditions normales.Cependant, cela peut varier en fonction de facteurs tels que la qualité de l'EEPROM, les conditions environnementales auxquelles elle est exposée et la fréquence à laquelle il est accessible pour les opérations d'écriture ou d'effacement.La rétention des données est l'une des combinaisons fortes d'EEPROM, ce qui le rend adapté aux applications où le stockage à long terme des données est requis sans modifications fréquentes.

4. Combien de fois un EEPROM peut-il être effacé?

L'endurance d'un EEPROM, ou combien de fois il peut être effacé et réécrit, varie selon la conception spécifique des puces mais varie d'environ 100 000 à 1 000 000 de cycles d'effacement / écriture.Cela rend EEPROM bon pour les applications qui nécessitent des données fréquemment mises à jour, mais pas aussi à haute fréquence que certains types de mémoire plus récents comme certaines souvenirs flash qui peuvent maintenir encore plus de cycles.

5. Le SSD est-il un EEPROM?

Non, un SSD (Solid State Drive) n'est pas classé comme un EEPROM.Les SSD utilisent généralement la mémoire flash de type NAND, permettent un accès aux données plus rapide, une capacité plus élevée et des opérations d'écriture et d'effacement plus efficaces par rapport à l'EEPROM.Bien que les SSD et les EEPRoms soient des types de mémoire non volatile (ce qui signifie qu'ils conservent des données lorsque la puissance est désactivée), leurs technologies et applications sont différentes, les SSD étant le choix préféré pour les solutions de stockage de masse dans les ordinateurs et les appareils modernes.