EPROM

Allikas: Vikipeedia
Jump to navigation Jump to search
EPROM

EPROM (lühend ingliskeelsest nimetusest Erasable Programmable Read Only Memory, eesti keeles 'kustutatav programmeeritav püsimälu') on mälukiip, mis säilitab andmed ka ilma toitepingeta.

Kiibis on ühendamata paisuga transistoride (floating-gate transistors) read, mis on programmeeritud elektroonilise programmeerimisseadme poolt. Programmeerimisseade ehk programmaator annab programmeerimisel kiibile suuremat pinget kui kasutatakse andmete lugemiseks. Programmeeritud EPROM-i saab kustutada tugevas ultraviolettkiirguses. EPROM on kergesti äratuntav selle peal oleva läbipaistva kvartsist kustutusakna järgi, läbi mille on nähtav ränikiip.

EPROM-i mälu areng algas vigase integraallülituse uurimisest, mille transistoridevahelised ühendused olid katki ja kus salvestatud laengud nende isoleeritud ühendustes muutsid nende omadusi. EPROM-i leiutas firma Intel töötaja Dov Frohman 1971. aastal. USA patent 3660819 EPROM-i kohta avaldati 1972. aastal.

Tööpõhimõte[muuda | muuda lähteteksti]

Iga bitti hoitakse EPROM-is ühel väljatransistoril (field-effect transistor), mis koosneb pooljuhtkiibis paiknevast kanalist. Väljatransistori allika (source) ja neelu (drain) ühendused tehakse kanali lõpus. Isolatsioonikihi oksiid pannakse üle kanali, seejärel paigutatakse juhitav (räni või alumiiniumi) elektrood, ja veel paks kiht oksiidi paigutatakse üle paisu (gate) elektroodi. Ujuva paisuga (floating gate) elektrood ei ole ühendused kiibis ühegi teise osaga ja on isoleeritud ümbritseva oksiidikihiga. Juhtpaisu elektrood on seega paigutatud kiibi sisse ja kaetud oksiidiga.

Andmete kättesaamiseks EPROM-ilt, aadress esindab väärtusi EPROM-i aadressi klemmidel, mis on dekodeeritud 8 bitina ja mida kasutatakse, et ühendada üks andmesõna (tavaliselt 8 bitti ehk bait) või säilitatakse väljundpuhvri võimendites hilisemaks kasutamiseks. Iga andmesõna bitt on kas 1 või 0, sõltuvalt sellest kas transistor on sisse- või väljalülitatud, st. kas transistor on juhtivas või mittejuhtivas olekus.

Transistori üleminekut ühelt olekult teisele kontrollib kontrolltransistori pinge. Pinge juuresolekul selles väravas loob juhtiva kanali transistoris, mis lülitab selle sisse. See võimaldab salvestatud laengul väravas transistori läve pingel programmeerida. Andmete salvestamiseks mällu tuleb valida antud aadress ja kohaldada kõrgemat pinget transistorile. See tekitab laviini tühjakslaskmise elektronidel, mis on piisav energia, et läbida isoleerivat oksiidi kihti ning koguneda värava elektroodile. Kui kõrgepinge on eemaldatud, on elektronid lõksus elektroodis. Andmed võivad säilida aastakümneid, kuna kõrge soojusisolatsiooni väärtus ränioksiids, mis ümbritseb väravat, ei lase salvestatud laengul kergesti ära lekkida.

Erinevalt EEPROM-ist pole EPROM-i programmeerimise protsess elektriliselt pöörduv. Transistoridele salvestatud andmete kustutamiseks tuleb ultraviolettkiirgus juhtida läbi klaasi. UV valguse footonid loovad ionisatsiooni jooksul ränioksiidist, mis võimaldavad salvestatud laengul „floating gate“ hajutada. Kuna kogu mälu massiiv on avatud, kustub kogu mälu samal ajal. Protsess võtab aega mitu minutit normaalsuuruses UV-lampi kasutades, päikesevalgus kustutaks kiipi mitu nädalat ja siseruumide lambid mitu aastat. Üldiselt EPROM-mälu tuleb kustutamiseks seadmest eemaldada, kuna tavaliselt pole otstarbekas ehitada sisse UV-lamp, mis kustutaks vooluringi osasid.

Detailid[muuda | muuda lähteteksti]

Läbilõige floating-gate transistorist

Kvartsekraani suure tootmiskulu tõttu toodi tagasi OTP (ühekordsed programmeeritav) kiibid, millele paigaldati läbipaistmatu kate, et pärast programmeerimist ei saaks seda kustutada. Seetõttu kadus vajadus testida kustutamisfunktsiooni, tänu millele vähenesid edasised kulud. Kuigi OTP EPROM (kas eraldi või osa suuremast kiibist) on üha enam asendatud EEPROM-iga väikeste summadega, kus tüki hind ei ole liiga suur ja mälu suurem.

Programmeeritud EPROM säilitab oma andmed vähemalt 10–20 aastat, paljud EPROM-id säilitavad oma andmeid isegi pärast 35 aastat või kauemgi ja nendelt saab informatsiooni lugeda lõpmata arv kordi. Kustutamise aken peab olema kaetud läbipaistmatu kattega, et kaitsta kiipi juhusliku UV-kiirguse eest. Vanad PC BIOS kiibid olid enamasti EPROM ja kustutamise aken oli enamasti kaetud kilega, mis sisaldas BIOS-i väljaandja nime, BIOS läbivaatamise ja autoriõiguse märget. Sageli oli see silt fooliumist, et tagada kaitse UV-kiirguse eest.

EPROM-i kustutamine toimub lainepikkustel, mis on lühem kui 400 nm. Ühenädalane kokkupuude päikesevalgusega või 3 aastat toavalguse käes võib põhjustada EPROM-i mälu kustumise. Soovitatav kustutamise protsess on kokkupuude UV-valguses lainepikkusel 253,7 nm vähemalt 15 W-sec/cm2 20–30 minutit, kus lamp asub umbes 2,54 cm kaugusel.

EPROM-i elektriskeemi ülevaade, kuidas juht- ja ujuvpaisu abil talletatakse mälupessa infot.

Kustutada saab ka röntgenikiirgusega:"Kustutamine tuleb saavutada mitteelektroonilisel teel, kuna värav elektrood ei ole kättesaadav elektriliselt. Särava ultraviolettkiirguse paistmine mistahes katmata seadme osale põhjustab fotoelektrilise elektrivoolu („photocurrent“), mis liigub väravast tagasi räni substraati ja võtab esialgse laenguta oleku. See kustutamismeetod võimaldab enne paki lõplikku sulgemist mälu täielikult katsetada ja parandada. Kui pakend on suletud, saab veel andmeid kustutada, allutades seda röntgenikiirguse kätte, mis ületab 5 * 104 rad, doosi, mis on kergesti saavutav kaubandusliku röntgenikiirguse generaatoriga.

Teisisõnu, EPROM-i kustutamiseks tuleb esmalt lasta EPROM-ile röntgenikiirgust ja siis panna see ahju temperatuuril umbes 600 kraadi Celsiuse järgi (et karastada pooljuhtide muutused, mis on tingitud röntgenikiirgusest). Selle protsessi usaldusväärsuse osas oleks pidanud tegema ulatuslikumaid katseid ja seetõttu otsustati akna kasuks.

EPROM-il oli piiratud, kuid suur hulk kustutatavaid tsükleid. Ränidioksiidi ümber väravate koguvad kahju igast tsüklist, muutes kiibi ebausaldusväärseks pärast mitu tuhat tsüklit. EPROM-i programmeerimine on aeglane võrreldes teiste mäludega. Kuna kõrgtihedusega osadel on vähe kaitsmata oksiidiga ühendusi ja värav vahel, muutub ultravioletikustutamine vähem praktiliseks väga suurte mälude puhul. Isegi tolm paki sees võib takistada osade rakkude kustutamist.

Rakendused saritootmises[muuda | muuda lähteteksti]

Suurte tootmismahtude korral (tuhandeid tükke või rohkem) on maskiga programmeeritud püsimälud (mask ROM) madalaima hinnaga. Samas nõuab selline kiipide valmistamine mitu nädalat ajavaru, kuna andmete salvestamiseks on vaja kiibimaski muuta. Esialgu arvati, et EPROM-i on masstootmises kasutamiseks liiga kulukas ja seda kasutati ainult arendamiseks. Peagi leiti, et väikeste mahtude tootmine on ökonoomsem just EPROM-püsimäludega, lisaks on EPROM-ide eeliseks kiire püsivara uuendamise võimalus.

Mõnedes EEPROM-ide ja välkmälu ajastule eelnevates mikrokontrollerites kasutati EPROM-i programmi salvestamiseks, näiteks mõned versioonid Intel 8048, Freescale 68HC11 ja PIC mikrokontrollerite C-seeriast. Sarnaselt EPROM-kiipidele olid ka mikrokontrollerid kustutusakendega ja seetõttu kallid. Kustutusakendega kiibiversioone kasutati tarkvaraarendusel. Sama kiip tuli hiljem läbipaistmatu OTP kestaga ilma kustutusvõimaluseta tootmisse ja oli seetõttu mõnevõrra odavam. Jättes kustutusaknaga kiibi valguse kätte võib see muuta ootamatul käitumist. Seetõttu mindi seadmete saritootmise puhul aknaga püsimälu kiibilt aknata ja kustutusvõimaluseta püsimälu kiipidele.

EPROM-mälu mahud ja kestade tüübid[muuda | muuda lähteteksti]

EPROM-püsimälud erinevad üksteisest nii füüsilise kesta kui ka mälumahu poolest. Samatüübilised püsimälud on valmistatud erinevate tootjate poolt ja on lugemise poolest ühilduvad, kuid programmeerimise protsessis on väikeseid erinevusi.

Enamikku EPROM-püsimälusid saab identifitseerida läbi kiibi programmaatori, funktsiooni "signature mode" abil, kui anda kahebaidise tunnuse lugemiseks 12 V pinge klemmile A9. Kiipide tunnused pole universaalsed, mistõttu võimaldab programmaator tundmatu tunnusega kiipidele ka tootja ja kiibitüübi käsitsi seadistamist.

EPROM-i tüüp Aasta Maht – bittides Maht – baitides Maht (hex) Viimane aadress (hex)
1702, 1702A 1971 2 kbit 256 100 FF
2704 1975 4 kbit 512 200 1FF
2708 1975 8 kbit 1 KB 400 3FF
2716, 27C16, TMS2716, 2516 1977 16 kbit 2 kB 800 7FF
2732, 27C32, 2532 1979 32 kbit 4 kB 1000 FFF
2764, 27C64, 2564 64 kbit 8 kB 2000 1FFF
27128, 27C128 128 kbit 16 kB 4000 3FFF
27256, 27C256 256 kbit 32 kB 8000 7FFF
27512, 27C512 512 kbit 64 kB 10 000 FFFF
27C010, 27C100 1 Mbit 128 kB 20 000 1FFFF
27C020 2 Mbit 256 kB 40 000 3FFFF
27C040, 27C400 4 Mbit 512 kB 80 000 7FFFF
27C080 8 Mbit 1 MB 100 000 FFFFF
27C160 16 Mbit 2 MB 200 000 1FFFFF
27C320 32 Mbit 4 MB 400 000 3FFFFF

Vaata ka[muuda | muuda lähteteksti]