EEPROM Speicher - Integ. Schalt.
(4 219)EEPROMs sind elektronische Bauteile mit langer Geschichte. Sie sind keine neue Erfindung, ihre Ursprünge reichen bis in die erste Hälfte der 1970er Jahre zurück. Sie boten eine der ersten Methoden der permanenten Datenspeicherung in elektronischen Systemen an. Eigentlich sollte man sagen, dass sich diese Technologie noch in der Entwicklung befindet, denn Flash-Speicher, die in SSDs, SD-Karten oder USB-Sticks vorhanden sind, haben viele Gemeinsamkeiten mit EEPROM, hauptsächlich in Bezug auf die Konstruktion. Zu beachten ist auch, dass das EEPROM langsam durch seinen Nachfolger ersetzt wird, da die Entwicklung der Produktionsmethoden in den letzten Jahren den Einsatz von Flash-Komponenten preislich konkurrenzfähig gemacht hat (sie bieten auch eine viel höhere Kapazität und Lese-/Schreibgeschwindigkeit). Trotzdem sind EEPROMs in vielen Anwendungen weiterhin erfolgreich.
Aufbau von EEPROMs
EEPROM steht für „löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher” (Abkürzung vom englischen Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory). Es ist eine Art nichtflüchtiger Speicher (Daten bleiben nach einem Stromausfall erhalten). Diese Systeme Transistoren FGMOS (Floating Gate MOSFET), also MOSFETs mit „fließendem Gate“. FGMOS ist eine Art von Transistor, der mit Control Gate (control) und Floating Gate (floating) ausgestattet ist. Mit dem ersten kann man die Ladung auf dem zweiten ändern, während die Ladung auf dem Floating Gate beibehalten wird. Folglich bleibt der Kanal zwischen Source und Drain entweder permanent offen oder permanent geschlossen (abwesend). Durch die Kombination von FGMOS in CMOS-Technologie wird eine mikroskopisch kleine Ein-Bit-Speicherzelle (de facto Logikgatter) erhalten, deren Zustand geändert und gespeichert werden kann. Acht solche Zellen bilden ein Speicherbyte, 8192 Gatter machen ein Kilobyte aus usw.
Verwendung von EEPROMs
EEPROMs bieten einfache Methoden zum Schreiben/Lesen einer kleinen Datenmenge (in der Größenordnung von Kilobyte), u.a. unter Verwendung allgemein implementierter Schnittstellen (z. B. SPI, 1-Wire, I2C). Eine der beliebtesten Anwendungen dieser Produkte ist das Speichern von Geräteeinstellungen, auch im Bereich der RTV- und Haushaltsgeräte. Dank ihnen behält das Radio oder der Fernseher die den einzelnen Programmen zugewiesenen Frequenzen und Präferenzen bezüglich der Tonverarbeitung (Grafik-Equalizer). EEPROM-Systeme übernehmen bereits in einfachsten Geräten ähnliche Funktionen, z.B. das Speichern von Informationen darüber, wann der Wecker aktiviert werden soll.
Die Einfachheit der Bedienung der EEPROMs hängt mit der Organisation von Speicherzellen zusammen. Sie sind in Seiten (pages) unterteilt, wobei jedem Byte eine Adresse zugeordnet ist (8- oder 16-Bit, je nach Modell). Die Schreib- und Lesefunktionen erfordern die Eingabe der Adresse des ersten Rahmens – dieser Wert wird automatisch erhöht, wenn Daten aus dem/in den Puffer heruntergeladen/eingefügt werden. Dank dessen kann das Lesen mit einzelnen Befehlen erfolgen und durch einen kostengünstigen Mikrocontroller mit vollständiger Basisfunktionalität implementiert werden. Einige Modelle von Mikrocontrollern (z. B. beliebte AVR haben ein eingebautes EEPROM zum Speichern von Daten aus der Programmebene (ohne Programmgeber).
Ein weiterer Vorteil von EEPROM-Systemen ist ihre Haltbarkeit und elektrische Festigkeit, was diesen Speichertyp seit langem z.B. in der Automobilelektronik beliebt macht.
Wichtige Parameter der EEPROMs
Bei der Auswahl eines EEPROM-System für ein gegebenes Projekt sind mehrere Aspekte zu berücksichtigen. Das Hauptproblem wird natürlich Speicherkapazität sein. Das Angebot von TME umfasst Systeme, die mehrere Dutzend Bits bis zu Megabits (Mb) enthalten können. Es soll beachtet werden, dass die Kapazität in Kilobyte (kB) und Megabyte (MB) immer das Achtfache der in Kilobit (kb) und Megabit (Mb) gemessenen Kapazität ist.
EEPROM-Komponenten sind für SMD (Oberflächenmontage) und THT (Durchsteckmontage) erhältlich. Es gibt einen signifikanten Unterschied in der Anzahl der Ausgänge zwischen Modellen mit paralleler (schnellere Speicher mit einer zuverlässigeren Kommunikationsmethode) und serieller Schnittstelle. Letzteres kann eine von mehreren Übertragungsarten unterstützen, u.a. 2-Wire, I2C oder SPI (allgemein in Mikroprozessor- und Mikrocontrollersystemen verwendet).
In einigen Fällen spielen Zugriffszeit und Taktfrequenz eine wichtige Rolle, was sich in der maximalen Schreib- und Lesegeschwindigkeit des Speichers niederschlägt. Für einige Anwendungen ist dies ein sehr wichtiger Faktor (z. B. schnelles Umschalten zwischen Einstellungen, die aus einer relativ großen Datenmenge bestehen).
Natürlich sollten die grundlegenden Parameter nicht vergessen werden, die beim Bau elektronischer Geräte berücksichtigt werden müssen. Die erste ist die Betriebsspannung. Dabei zeichnen sich viele EEPROM-Systeme durch hohe Toleranz aus – sie können in 3,3-V- und 5V-DC-Schaltungen verwendet werden. Typischerweise reichen die Nennwerte von 1,5 V bis 6 V und sind produktspezifisch. Der zweite wichtige Aspekt ist die Betriebstemperatur. Es muss hier betont werden, dass EEPROMs extrem langlebige Elemente sind und einige Modelle sogar unter Temperaturbedingungen von -40 °C bis 125 °C arbeiten können.
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