EPROM - EPROM

Uma EPROM (raramente EROM ), ou memória somente leitura programável apagável , é um tipo de chip de memória somente leitura programável (PROM) que retém seus dados quando sua fonte de alimentação é desligada. A memória do computador que pode recuperar os dados armazenados depois que uma fonte de alimentação foi desligada e religada é chamada de não volátil . É um conjunto de transistores de porta flutuante programados individualmente por um dispositivo eletrônico que fornece tensões mais altas do que as normalmente usadas em circuitos digitais. Uma vez programado, um EPROM pode ser apagado expondo-o a uma forte fonte de luz ultravioleta (como uma lâmpada de vapor de mercúrio ). As EPROMs são facilmente reconhecíveis pela janela de quartzo fundido transparente (ou em modelos posteriores de resina) na parte superior da embalagem, através da qual o chip de silício é visível e que permite a exposição à luz ultravioleta durante o apagamento.

Operação

Uma Intel 1702A EPROM, um dos primeiros tipos de EPROM (1971), 256 por 8 bits. A pequena janela de quartzo admite luz ultravioleta para apagamento.

O desenvolvimento da célula de memória EPROM começou com a investigação de circuitos integrados defeituosos onde as conexões de porta dos transistores foram quebradas. A carga armazenada nessas portas isoladas muda sua tensão limite .

Seguindo a invenção do MOSFET (transistor de efeito de campo semicondutor de óxido metálico) por Mohamed Atalla e Dawon Kahng no Bell Labs , apresentado em 1960, Frank Wanlass estudou estruturas MOSFET no início dos anos 1960. Em 1963, ele notou o movimento da carga através do óxido em um portão . Embora ele não tenha buscado isso, essa ideia mais tarde se tornaria a base para a tecnologia EPROM.

Em 1967, Dawon Kahng e Simon Min Sze da Bell Labs propuseram que a porta flutuante de um MOSFET pudesse ser usada para a célula de uma ROM reprogramável (memória somente leitura). Com base nesse conceito, Dov Frohman da Intel inventou a EPROM em 1971 e recebeu a patente dos EUA 3.660.819 em 1972. Frohman projetou a Intel 1702, uma EPROM de 2048 bits, que foi anunciada pela Intel em 1971.

Cada local de armazenamento de uma EPROM consiste em um único transistor de efeito de campo . Cada transistor de efeito de campo consiste em um canal no corpo semicondutor do dispositivo. Os contatos de fonte e dreno são feitos para regiões no final do canal. Uma camada isolante de óxido é desenvolvida sobre o canal, então um eletrodo de porta condutor (silício ou alumínio) é depositado e uma camada espessa adicional de óxido é depositada sobre o eletrodo de porta. O eletrodo de porta flutuante não tem conexões com outras partes do circuito integrado e é completamente isolado pelas camadas circundantes de óxido. Um eletrodo de porta de controle é depositado e mais óxido o cobre.

Para recuperar dados da EPROM, o endereço representado pelos valores nos pinos de endereço da EPROM é decodificado e usado para conectar uma palavra (geralmente um byte de 8 bits) de armazenamento aos amplificadores do buffer de saída. Cada bit da palavra é 1 ou 0, dependendo do transistor de armazenamento sendo ligado ou desligado, condutor ou não condutor.

Uma seção transversal de um transistor de porta flutuante

O estado de comutação do transistor de efeito de campo é controlado pela tensão na porta de controle do transistor. A presença de uma tensão nesta porta cria um canal condutor no transistor, ligando-o. Com efeito, a carga armazenada na porta flutuante permite que a tensão limite do transistor seja programada.

O armazenamento de dados na memória requer a seleção de um determinado endereço e a aplicação de uma tensão mais alta aos transistores. Isso cria uma descarga de elétrons em avalanche, que tem energia suficiente para passar pela camada de óxido isolante e se acumular no eletrodo da porta. Quando a alta tensão é removida, os elétrons ficam presos no eletrodo. Por causa do alto valor de isolamento do óxido de silício ao redor da porta, a carga armazenada não pode vazar imediatamente e os dados podem ser retidos por décadas.

O processo de programação não é eletricamente reversível. Para apagar os dados armazenados na matriz de transistores, a luz ultravioleta é direcionada para a matriz . Os fótons da luz ultravioleta causam ionização dentro do óxido de silício, o que permite que a carga armazenada na porta flutuante se dissipe. Uma vez que todo o array de memória é exposto, toda a memória é apagada ao mesmo tempo. O processo leva vários minutos para lâmpadas UV de tamanhos convenientes; a luz do sol apagaria um chip em semanas e a iluminação fluorescente interna ao longo de vários anos. Geralmente, as EPROMs devem ser removidas do equipamento para serem apagadas, uma vez que geralmente não é prático construir uma lâmpada UV para apagar peças no circuito. A Memória Somente Leitura Programável Apagável Eletricamente (EEPROM) foi desenvolvida para fornecer uma função de apagamento elétrico e agora deslocou principalmente as partes apagadas por ultravioleta.

Detalhes

Atmel AT27C010 - uma OTP EPROM

Como a janela de quartzo é cara de fazer, os chips OTP (programáveis ​​de uma só vez) foram introduzidos; aqui, a matriz é montada em um pacote opaco para que não possa ser apagada após a programação - isso também elimina a necessidade de testar a função de apagamento, reduzindo ainda mais o custo. Versões OTP de EPROMs e microcontroladores baseados em EPROM são fabricados. No entanto, OTP EPROM (seja separado ou parte de um chip maior) está sendo cada vez mais substituído por EEPROM para tamanhos pequenos, onde o custo da célula não é muito importante, e flash para tamanhos maiores.

Uma EPROM programada retém seus dados por um período mínimo de dez a vinte anos, com muitos ainda retendo os dados após 35 ou mais anos, e pode ser lida um número ilimitado de vezes sem afetar a vida útil. A janela de apagamento deve ser mantida coberta com uma etiqueta opaca para evitar o apagamento acidental pelos raios ultravioleta encontrados na luz do sol ou nos flashes da câmera. Antigos chips de BIOS de PC eram freqüentemente EPROMs, e a janela de apagamento era freqüentemente coberta com uma etiqueta adesiva contendo o nome do editor do BIOS , a revisão do BIOS e um aviso de copyright. Freqüentemente, esse rótulo era revestido de papel alumínio para garantir sua opacidade aos raios ultravioleta.

O apagamento da EPROM começa a ocorrer com comprimentos de onda menores que 400 nm . O tempo de exposição à luz do sol de uma semana ou três anos para a iluminação fluorescente da sala pode causar apagamento. O procedimento de apagamento recomendado é a exposição à luz ultravioleta a 253,7 nm de pelo menos 15 Ws / cm ² , geralmente alcançada em 20 a 30 minutos com a lâmpada a uma distância de cerca de 2,5 cm.

O apagamento também pode ser realizado com raios-X :

O apagamento, entretanto, deve ser realizado por métodos não elétricos, uma vez que o eletrodo da porta não é acessível eletricamente. O brilho da luz ultravioleta em qualquer parte de um dispositivo não embalado faz com que uma fotocorrente flua da porta flutuante de volta ao substrato de silício, descarregando assim a porta à sua condição inicial sem carga ( efeito fotoelétrico ). Este método de eliminação permite o teste completo e a correção de uma matriz de memória complexa antes que a embalagem seja finalmente lacrada. Uma vez que a embalagem é lacrada, a informação ainda pode ser apagada expondo-a a radiação X em excesso de 5 * 10 ⁴ rads , uma dose que é facilmente alcançada com geradores de raios X comerciais.

Em outras palavras, para apagar sua EPROM, você primeiro teria que radiografá-la e então colocá-la em um forno a cerca de 600 graus Celsius (para recozer alterações semicondutoras causadas pelos raios X). Os efeitos desse processo na confiabilidade da peça teriam exigido testes extensivos, então eles decidiram pela janela.

As EPROMs têm um número limitado, mas grande, de ciclos de apagamento; o dióxido de silício ao redor dos portões acumula danos a cada ciclo, tornando o chip não confiável após vários milhares de ciclos. A programação da EPROM é lenta em comparação com outras formas de memória. Como as peças de alta densidade têm pouco óxido exposto entre as camadas de interconexões e a porta, o apagamento ultravioleta se torna menos prático para memórias muito grandes. Até a poeira dentro da embalagem pode impedir que algumas células sejam apagadas.

Aplicativo

Para grandes volumes de peças (milhares de peças ou mais), ROMs programados com máscara são os dispositivos de menor custo de produção. No entanto, isso requer muitas semanas de tempo de execução, uma vez que a arte para uma camada de máscara de IC deve ser alterada para armazenar dados nas ROMs. Inicialmente, pensava-se que a EPROM seria muito cara para uso na produção em massa e que seria confinada apenas ao desenvolvimento. Logo se descobriu que a produção de pequenos volumes era econômica com peças EPROM, principalmente quando se considerava a vantagem de atualizações rápidas de firmware.

Alguns microcontroladores , de antes da era das EEPROMs e da memória flash , usam uma EPROM no chip para armazenar seus programas. Esses microcontroladores incluem algumas versões do Intel 8048 , o Freescale 68HC11 e as versões "C" do microcontrolador PIC . Como os chips EPROM, esses microcontroladores vieram em versões em janelas (caras) que eram usadas para depuração e desenvolvimento de programas. O mesmo chip veio em pacotes OTP opacos (um pouco mais baratos) para produção. Deixar a matriz de tal chip exposta à luz também pode alterar o comportamento de maneiras inesperadas ao passar de uma peça com janela usada para desenvolvimento para uma peça sem janela para produção.

Gerações, tamanhos e tipos de EPROM

Os dispositivos 1702 de primeira geração foram fabricados com a tecnologia p-MOS . Eles foram alimentados com V _CC = V _BB = +5 V e V _DD = V _GG = -9 V no modo de leitura e com V _DD = V _GG = -47 V no modo de programação.

Os dispositivos 2704/2708 de segunda geração mudaram para a tecnologia n-MOS e para três barramentos V _CC = +5 V, V _BB = -5 V, V _DD = fonte de alimentação de +12 V com V _PP = 12 V e a +25 Pulso V no modo de programação.

A evolução da tecnologia n-MOS introduziu um único barramento V _CC = fonte de alimentação de +5 V e V _PP = +25 V de tensão de programação sem pulso na terceira geração. Os pinos V _BB e V _DD desnecessários foram reutilizados para bits de endereço adicionais, permitindo capacidades maiores (2716/2732) no mesmo pacote de 24 pinos e capacidades ainda maiores com pacotes maiores. Posteriormente, o custo reduzido da tecnologia CMOS permitiu que os mesmos dispositivos fossem fabricados com ela, acrescentando a letra "C" aos números dos dispositivos (27xx (x) são n-MOS e 27Cxx (x) são CMOS).

Embora peças do mesmo tamanho de diferentes fabricantes sejam compatíveis no modo de leitura, diferentes fabricantes adicionaram diferentes e, às vezes, vários modos de programação, levando a diferenças sutis no processo de programação. Isso fez com que dispositivos de maior capacidade introduzissem um "modo de assinatura", permitindo que o fabricante e o dispositivo fossem identificados pelo programador EPROM. Ele foi implementado forçando +12 V no pino A9 e lendo dois bytes de dados. No entanto, como isso não era universal, o software do programador também permitiria a configuração manual do fabricante e do tipo de dispositivo do chip para garantir a programação adequada.

Galeria

• 

  Uma EPROM de 32 KB (256 Kbit)

• 

  Este microcontrolador 8749 armazena seu programa na EPROM interna

• 

  NEC 02716, 16 KBit EPROM

Veja também

• Memória somente leitura programável
• EEPROM
• Memória flash
• Intel HEX - Formato de arquivo
• SREC - Formato de arquivo
• Programador (hardware)

Notas

Referências

Bibliografia

• Sah, Chih-Tang (1991), Fundamentals of solid-state Electronics , World Scientific, ISBN 981-02-0637-2

links externos

• Folhas de dados da Intel EPROM - intel-vintage.info
• 1976 Intel Data Book, inclui 1702, 2704, 2708 datasheets - archive.org
• Informações detalhadas sobre tipos de EPROM e programação de EPROM
• Vídeo da Intel 1702 EPROM