在数字系统的发展中，需要 EPROM 和 EEPROM 等存储器技术。两者都是非易失性存储器类型，旨在即使在断电时也能保留信息，但它们在存储、擦除和更新数据的方式上存在显着差异。任何使用嵌入式系统的人都需要了解这些差异。本文解释了 EPROM 和 EEPROM 的工作原理，比较了它们的功能，并探讨了它们的优点、局限性和应用。
什么是EEPROM？
EEPROM 代表电可擦除可编程只读存储器。它是一种非易失性存储器，这意味着即使设备断电，它也会保留存储的信息。
EEPROM 的主要优点是它能够进行电气重新编程。可以使用受控电压信号直接在电路板上擦除和重写数据，无需物理移除芯片。与需要完全擦除的早期 ROM 类型不同，EEPROM 支持字节级擦除，因此可以在不干扰内存其余部分的情况下更新特定字节。
这使得EEPROM非常适合存储小而重要的数据，例如配置设置、校准值或固件参数，这些数据可能需要在系统生命周期内多次修改。
什么是EPROM？
EPROM 代表可擦除可编程只读存储器。与 EEPROM 一样，它是非易失性存储器，这意味着即使电源关闭，存储的数据也保持完整。但是，与电擦除类型相比，它使用不同的擦除方法。
EPROM 芯片封装有石英玻璃窗口，可暴露内部的硅。当受到紫外线 （UV） 照射时，存储单元中存储的电荷会被释放，从而有效地擦除数据。此过程通常需要 15-20 分钟的紫外线照射。要更新或重写数据，必须首先将芯片从电路中取出，在紫外线下擦除，然后放置在使用相对较高编程电压 （12–24 V） 的特殊编程中。擦除后，所有存储单元都恢复到初始状态，可以写入新数据。
EPROM 与 EEPROM：特性比较
| 方面 | EPROM | EEPROM |
|---|---|---|
| 擦除方法 | 通过石英窗的紫外线 | 电压脉冲 |
| 重新编程 | 需要拆卸 + 外部编程器 | 在线，无需拆卸 |
| 粒度 | 一次性擦除整个芯片 | 可进行字节级擦除 |
| 数据保留 | 10-20 年 | 10+ 年 |
| 易用性 | 需要缓慢的外部硬件 | 更快、更简单，无需额外设备 |
EPROM 和 EEPROM 的内部结构和工作原理
EPROM 和 EEPROM 都建立在浮栅 MOSFET 晶体管之上，浮栅 MOSFET 晶体管使用绝缘栅来捕获或释放电子。存储电荷的存在与否决定了存储单元是代表逻辑“0”还是“1”。
• EPROM：编程是通过施加高电压来实现的，该电压通过热载流子注入迫使电子进入浮栅。一旦被捕获，这些电子就会保留多年，使数据变得非易失性。为了擦除存储器，芯片暴露在紫外线 （UV） 下，紫外线提供通过石英窗口释放捕获电子所需的能量。这会同时重置所有单元格。
• EEPROM：EEPROM 不是紫外光，而是依赖于 Fowler-Nordheim 隧道效应，这是一种量子隧道效应，允许电子在受控电场下进出浮栅。该机制支持直接在电路板上进行电气擦除，从而实现选择性字节级更新和更快的重新编程，而无需物理移除芯片。
EEPROM 和 EPROM 的优缺点
| 方面 | EEPROM | EPROM |
|---|---|---|
| 优点 | • 支持在线编程（无需删除） • 用于选择性更新的字节级擦除 • 提供串行（I²C、SPI）和并行版本 • 高耐用性（\~100 万次写入/擦除周期） • 可靠的数据保留（10–20 年） | •非易失性，数据保留时间长（10-20 年） • 可重复使用，与一次性 PROM 不同 • 在鼎盛时期具有成本效益 • 适用于早期原型设计和开发 |
| 缺点 | •比 EPROM 更昂贵 • 与现代闪存相比，耐用性有限• 写入作比读取慢 • 通常容量比闪存小 | •仅全芯片擦除（无选择性编辑） • 需要紫外线和石英窗口进行擦除 • 擦除时间慢（15-20 分钟） • 需要外部高压编程器 • 容易受到意外紫外线照射 |
EPROM和EEPROM在电子学中的应用
EPROM
• 早期微控制器中的固件存储：在 EEPROM 和闪存成为标准之前，提供了一种可靠的方法来存储嵌入式代码。
• 个人电脑和计算器中的程序存储器：通常用于保存系统软件和逻辑程序。
• 数字仪器：用于需要稳定程序存储的示波器、测试设备和测量设备。
• 原型设计和培训套件：在教育和开发环境中受到青睐，因为数据可以多次擦除和重写以进行测试。
EEPROM
• 计算机中的 BIOS/UEFI 存储：保存重要的系统启动指令，无需更换硬件即可更新。
• 传感器校准数据：用于汽车和工业系统，以存储需要偶尔更新的微调校准值。
• 电信设备：无需更换芯片即可对调制解调器、路由器和基站进行现场重新配置。
• 智能卡和 RFID 标签：为身份验证、身份管理和交易数据提供安全、非易失性存储器。
医疗设备：将患者特定的参数和配置数据存储在血糖监测仪或起搏器等仪器中。
PROM 与 EPROM 与 EEPROM
| 特征 | 舞会 | EPROM | EEPROM |
|---|---|---|---|
| 编程 | 仅一次性：在初始编程期间永久写入数据。 | 可用紫外线光重写：需要在高压下移除和重新编程。 | 电重写：支持直接在电路板上重新编程。 |
| 擦除 | 不可能：数据一旦写入，就无法更改或删除。 | 芯片范围的擦除：必须通过石英窗口使用紫外线照射擦除整个内存。 | 选择性擦除：可以根据需要在字节级别或整个芯片进行擦除。 |
| 可重用性 | 否：编程后无法重复使用。 | 是：多次擦除和重写（但有限）。 | 是：高度灵活，更新频繁。 |
| 耐力 | 1 个周期（写入一次）。 | 设备磨损前大约 100-1,000 次循环。 | 大约 1,000,000 次循环，远高于 EPROM。 |
| 在线使用 | 否：安装前必须进行编程。 | 否：必须移除才能进行紫外线擦除和重新编程。 | 是：支持在线更新，使其成为现代系统的理想选择。 |
| 价格 | 低：每比特非常便宜。 | 中等：比 PROM 贵，但在那个时代是负担得起的。 | 每比特更高：比 PROM/EPROM 更昂贵，但具有卓越的灵活性。 |
EPROM 与 EEPROM 与闪存
| 特征 | EPROM | EEPROM | 闪存 |
|---|---|---|---|
| 擦除方法 | 通过石英窗的紫外线 | 电气，字节级 | 电气，块/页级 |
| 编程 | 需要拆卸 + 高压编程器 | 在线电气重编程 | 在线电气重编程 |
| 可重用性 | 是的，但速度慢且不方便 | 是的，可以频繁更新 | 是的，针对大规模重写进行了优化 |
| 耐久性 | \~100–1,000 次循环 | \~1,000,000 次循环 | \~10,000–100,000 次循环（取决于类型） |
| 速度 | 非常慢（紫外线擦除：15-20 分钟） | 中等（写入慢于读取） | 快速（块作，更高的吞吐量） |
| 容量 | 小（KB-MB 范围） | 中小型（KB-MB 范围） | 非常高（MB-TB 范围） |
| 每比特成本 | 中度（历史） | 更高 | 低（海量存储标准） |
| 典型用途 | 遗留系统、原型设计、教育 | BIOS、校准数据、安全设备 | USB 驱动器、SSD、SD 卡、智能手机、微控制器 |
结论
EPROM 和 EEPROM 是存储器技术的里程碑，各自充当了闪存等更高级存储解决方案的桥梁。EPROM 提供了一种在其时代重新编程设备的实用方法，而 EEPROM 则通过在线和选择性更新引入了更大的灵活性。今天，EEPROM 仍然与存储小而关键的数据相关，而闪存则主导着大规模存储需求。通过比较这些存储器类型，您可以清楚地了解技术是如何进步的，以及为什么 EEPROM 仍然在现代电子产品中占有一席之地。
常见问题 [FAQ]
为什么EEPROM优于EPROM？
EEPROM 更好，因为它允许在线内进行电气重编程，支持字节级擦除，并且无需紫外线或芯片去除。这使得它比 EPROM 更灵活、更方便。
闪存和EEPROM一样吗？
不。闪存基于 EEPROM 技术，但针对高密度和块/页级擦除进行了优化。EEPROM 允许字节级擦除，而闪存每比特更快、更便宜，使其成为大容量存储的理想选择。
EEPROM 和 EPROM 可以保留数据多长时间？
两者通常都可以将数据保留 10-20 年，但 EPROM 的耐用性限制为 ~100-1,000 次循环，而 EEPROM 可以持续长达 ~1,000,000 次循环。
为什么EPROM需要石英窗？
石英窗口允许紫外线穿透芯片，以消除浮栅中存储的电荷。没有这个透明窗口，擦除是不可能的。
EEPROM 今天还在哪里使用？
EEPROM 广泛用于需要选择性更新的 BIOS/UEFI 固件、传感器校准、RFID 标签、智能卡、医疗设备和工业设备。