EEPROMS：EPROMSからのアップグレード

テクノロジーの継続的な進歩により、メモリストレージオプションの改善が常に必要になり、EPROMからEEPROMへの開発につながります。この記事では、基本原則とEPROMとEEPROMがどのように機能するか、構造の仕組み、データの消去方法、さまざまなテクノロジーで使用する方法を比較します。また、紫外線を使用してデータを消去するEPROMからEEPROMに移行し、データを電気的に消去できるようにすることでユーザーが容易にするEEPROMに注目します。この変化は、技術の成長を示しているだけでなく、EPROMの実際的な問題を解決し、より耐久性のある柔軟な電子デバイスの作成に役立ちます。

カタログ

図1：EPROMメモリ

EPROMおよびEEPROMテクノロジーとは何ですか？

消去可能なプログラム可能な読み取り専用メモリ（EPROM）および電気的に消去可能なプログラム可能な読み取り専用メモリ（EEPROM）は、電源がオフになったときにデータを失わない重要なタイプのメモリです。彼らは電子機器の成長に大きな役割を果たしてきました。

1970年代半ばに作成されたEPROMは、メモリを再利用できるようにしたため、大きな前進でした。EPROMの前に、メモリチップは1回しかプログラムできませんでした。EPROMを使用すると、データを消去し、チップを強力な紫外線（UV）光にさらすことで再度プログラムできます。これにより、メモリチップを交換する必要なく、デバイスを更新または修正することができました。

Eepromは1970年代後半に発表され、UV光の代わりに電荷を使用してデータを消去および書き換えることで、さらに改善しました。これにより、メモリの更新が容易になりました。これは、残りに影響を与えることなくデータの特定の部分を変更できるためです。EEPROMは、デバイス内でデータを直接更新できるため、さまざまな目的でより柔軟で便利です。

図2：EEPROMメモリ

現代の電子機器における不揮発性記憶の重要性

スマートフォンやコンピューターなどの日常的な電子機器では、不揮発性メモリ（NVM）は、デバイスの電源を切ってもそのまま維持する必要がある設定やソフトウェアなどの重要な情報を保存します。これにより、ユーザーはデータを失うことはなく、停電後に中断したところからすぐに取り上げることができます。

産業および自動車の設定では、NVMは、機械と車両が安全かつ継続的に実行されることを保証するデータを保存するのに適しています。このメモリは、停電またはシステムのリセット中に情報を保護し、スムーズな操作を確保します。

モノのインターネット（IoT）を介してより多くのデバイスが接続するにつれて、電源を切ったときでもデータを維持する信頼できるメモリの需要が増加しました。これらのデバイスは、独立して動作するために保存されたデータに依存しています。

さらに、このタイプのメモリを再プログラムすることができ、ハードウェアを変更せずにデバイスを新機能で簡単に更新できます。これにより、エレクトロニクスはより持続可能で適応性があり、ユーザーのニーズを満たすために進化することができます。

図3：揮発性および非揮発性メモリ

EPROMはどのように電力なしでデータを保存しますか？

EPROM（消去可能なプログラム可能な読み取り専用メモリ）は、デバイスがオフになった場合でも保存する必要があるデータを保存するためにコンピューターと電子デバイスで使用される不揮発性メモリの一種です。不揮発性であることは、EPROMが一定の電源を必要とせずにデータを保持することを意味します。PROM（プログラム可能な読み取り専用メモリ）とは異なり、1回しか書くことができませんが、EPROMは複数回消去および再プログラムすることができます。

EPROMの背後にあるテクノロジーは、一連のトランジスタに基づいており、それぞれが少しのデータを表しています。各トランジスタの要素は、データストレージに重要な役割を果たす電気的に分離されたコンポーネントであるフローティングゲートです。フローティングゲートの電荷の有無は、トランジスタのしきい値電圧を変化させます。しきい値電圧が十分に高い場合、トランジスタはオンになり、バイナリ「1」を示します。そうでない場合は、バイナリ「0」を示しています。

電力なしでデータを保持するEPROMの能力は、フローティングゲートの設計に依存しています。フローティングゲートの電荷は閉じ込められており、それを電気的に隔離する酸化物層のために何年も安定したままで、漏れを防ぎます。この分離は、メモリが意図的に消去されるまで、保存されたデータが電源なしで保存されることを保証します。

図4：EPROMプログラマー回路図

熱い電子注入を使用してEPROMはどのようにプログラムされていますか？

EPROMのプログラミングには、トランジスタアレイ内のフローティングゲートの状態を変更することが含まれます。これは、熱い電子注入と呼ばれる手法によって達成され、トランジスタの排水溝に通常よりも高い電圧を適用する必要があります。この上昇した電圧は、ソースと排水の間のチャネル内の電子を加速し、高速エネルギーを与えます。

「ホット電子」と呼ばれるこれらのエネルギー化された電子のいくつかは、フローティングゲートからチャネルを分離する薄い酸化物層を貫通するのに十分な運動量を獲得します。彼らがこの障壁を通過すると、彼らは浮遊ゲートに閉じ込められ、それによってその閾値電圧を上げます。この電圧の増加は、トランジスタの状態を効果的に変化させて、バイナリ「1」を表します。

この方法により、EPROMプログラミング中にどのビットが「1」に設定されているかを正確に制御できます。一度書かれたデータは、メモリが意図的に消去されるまで電源の影響を受けずに、フローティングゲートの充電として保存されたままです。消去には、EPROMを紫外線（UV）光にさらすことが含まれ、閉じ込められた電子を解放し、トランジスタの状態を「0」に戻すのに十分なエネルギーを提供します。

図5：：EPROM内部構造

EPROMのデータ消去プロセス

EPROMを消去することは、フラッシュドライブにデータを上書きするほど簡単ではありません。代わりに、紫外線（UV）光の使用を伴い、光電効果に依存して、チップを元のプログラムされていない状態に復元します。

各EPROMチップには、UVライトがデータが保存されているシリコン層に到達できる小さなクォーツウィンドウが装備されています。EPROMのデータは、フローティングゲートトランジスタに保存されます。チップが紫外線にさらされると、光からの光子には、浮遊ゲート内の電子を励起するのに十分なエネルギーがあり、それらを逃がします。このプロセスは、トランジスタを初期状態にリセットし、保存されたデータを効果的に消去し、チップを再プログラムする準備ができたままになります。その後、トランジスタは、0および1のバイナリ値を表す、充電または充電のままにすることができます。

EPROMを消去するために使用されるUV光は、通常、約253.7ナノメートルの波長を持ち、UVC範囲内に収まります。この特定の波長は、トランジスタの保存電荷をクリアするのに必要なエネルギーを提供するのに効果的です。消去プロセスには、UV光の強度と特定のEPROMモデルに応じて、10〜30分かかります。この期間中、すべてのデータが完全に消去されていることを確認するために、チップ全体をUVライトに均等に曝露する必要があり、チップは新鮮なプログラミングの準備ができています。

図6：UV EPROM ERASER

EPROMの制限と現代のメモリテクノロジーへの移行

EPROMを再利用することはできますが、それらを消去して再プログラムする必要があるため、いくつかの欠点があります。大きな問題は、エプロムをデバイスから物理的に取り出して消去する必要があることです。これは、UVライトがクォーツウィンドウを介してシリコンに直接輝く必要があるためです。通常、チップが回路基板にあるときに到達するのは困難です。EPROMを取り出すには、デバイスをオフにして部分的に分解してチップに到達する必要があるため、ダウンタイムなどの問題を引き起こします。これは、状況によっては問題になる可能性があります。また、除去中にチップまたはそのピンを損傷するリスクもあり、静電放電（ESD）は電子部品に害を及ぼす可能性があります。また、このプロセスでは、熟練した労働者がUVの消去機器を正しく処理し、損傷を引き起こすことなくチップを元に戻す必要があります。さらに、多くのエプロムを備えた大規模なシステムまたはデバイスでは、各チップを1つずつ消去および再プログラミングするには、多くの時間がかかり、実用的ではないかもしれません。これらの課題により、EEPROMやフラッシュメモリなどの他のメモリタイプが作成され、回路からそれらを除去する必要なく再プログラムできます。これらの代替品は使いやすく、柔軟性が高くなりますが、耐久性がないか、より高価になる可能性があります。

テクノロジーにおけるEPROMのアプリケーション

バイオをコンピューターに保存します

BIOS（基本的な入出力システム）は、コンピューターのオペレーティングシステムがハードウェアと通信するのに役立つ重要なソフトウェアです。EPROMは、コンピューターがオフになった場合でもデータを保持するため、BIOSを保存するために使用されます。コンピューターを起動すると、EPROMのBIOSがハードウェアをオンにし、オペレーティングシステムが引き継ぐまで基本的なタスクを処理します。コンピューターが起動して正常に動作できることを確認します。

EPROMSは、「フラッシュ」と呼ばれるプロセスを通じてBIOSを更新することもできます。これは、ハードウェアを変更することなく、問題がある場合、または新しい機能が必要な場合にBIOSを変更できることを意味します。この機能により、コンピューターはより長持ちし、適応性があります。

モデムとビデオカードのファームウェアストレージ

EPROMは、モデムやビデオカードでも使用され、ハードウェアを直接制御する専門ソフトウェアであるファームウェアを保存します。モデムでは、EPROMに保存されているソフトウェアは、デジタル信号がアナログ信号との間でどのように変換されるかを制御し、電話回線で通信できるようにします。このソフトウェアは、モデムがさまざまなデータプロトコルと速度で動作し、さまざまな通信基準で正しく機能するようにするため、重要です。

同様に、ビデオカードでは、Graphics Processing Unit（GPU）の操作を管理するEPROMSストアファームウェア。このファームウェアは、基本的な表示関数の管理とグラフィック処理タスクの処理を担当します。このファームウェアをEPROMに保存することにより、メーカーはビデオカードを更新して新しいソフトウェアとオペレーティングシステムをサポートできるようにします。これにより、デバイスが長持ちするのが役立ちます。

CPUでの早期使用

コンピューター開発の初期には、EPROMを使用して、中央処理ユニット（CPU）のマイクロコードを保存しました。マイクロコードは、CPUが高レベルのマシンコード命令をどのように実行するかを決定する一連の低レベルの命令です。これらの命令は、コアロジックと運用プロトコルを定義するため、CPUのタスクを実行する能力に必要です。

EPROMを使用してマイクロコードを保存することにより、メーカーは実際のハードウェアを変更することなく、CPUの機能を改善および更新できます。これは、物事が迅速に進歩し、プロセッサを頻繁に調整する必要があるコンピューターテクノロジーの初期に役立ちました。

EEPROM特性

EEPROMは、主に変更の方法で、ROM（読み取り専用メモリ）やフラッシュメモリなど、他のタイプの非揮発性メモリとは異なります。ROMは製造中にプログラムされており、その後変更することはできません。一方、EEPROMは書き換えて電気的に消去することができ、より大きな柔軟性を提供します。消去のために強力な紫外線への曝露を必要とするEPROMとは異なり、EEPROMは、物理的な介入を必要とせずにこれらの変更を可能にし、デバイスの構成を更新したりソフトウェアパッチを適用するのに便利にします。

図7：EEPROMメモリ回路図

EEPROMメモリ容量と構造

EEPROMのデータは、バイトや単語レベルなどの小さなユニットに保存されるため、残りに影響を与えることなく特定の部品を消去および書き換えることができます。これは、EPROMのような古いメモリタイプよりも大きな改善であり、大きなセクションやメモリ全体を一度に消去する必要がありました。

Eepromには、それぞれが少しデータを保持しているメモリセルのグリッドがあります。これらのセルは、情報を保存するためにフローティングゲートトランジスタと呼ばれる特別なタイプのトランジスタを使用します。データは、浮遊ゲートから電子を追加または除去することにより保存されます。電子の数はトランジスタのしきい値電圧を変更します。これは電圧をオンにする必要があり、バイナリ値（0または1のいずれか）を保存できます。

図8：EEPROMメモリセル

EEPROMにデータを記述するために、通常よりも高い電圧が適用され、電子が薄い材料の層を通ってFowler-Nordheimトンネルと呼ばれるプロセスに移動します。電子が浮遊門に閉じ込められると、周囲の材料がそれらを断熱し、データを安全に保ちます。

データを消去するために、プロセスが逆転します。電子を浮遊ゲートから引き出す負の電圧が適用され、保存されたデータを消去し、トランジスタのしきい値電圧を元の状態に戻します。

EEPROMメモリセルは、主にフローティングゲートと制御ゲートの2つの部分のために機能します。

フローティングゲート：フローティングゲートは、コントロールゲートとトランジスタのチャネルの間にあるトランジスタの小さくて電気的に分離された部分です。その主な機能は、その構造内に電子をトラップすることにより電荷を保持することです。このゲートは、断熱酸化物層に囲まれており、電子が逃げるのを防ぎます。フローティングゲートに電子が存在するか、不在はトランジスタのしきい値電圧を変化させ、それによりデータをバイナリ「1」または「0」としてエンコードします。フローティングゲートは、実際にデータを保存するメモリセルの一部です。

図9：Eepromのフローティングゲートとコントロールゲート

制御ゲート：制御ゲートは、データの書き込みと消去を制御する外部ゲート電極です。ライティングプロセス中、コントロールゲートは、電子を強制して電子を強制して酸化物層を通って浮遊ゲートに向かってトンネルを加えるために使用されます。消去プロセス中に、反対の極性の電圧が印加され、浮遊ゲートから電子を除去します。したがって、コントロールゲートは、外部回路が浮動ゲートと対話できるようにするインターフェイスとして機能し、データを読み取り、書き込み、消去できるようにします。

EEPROMSのデータストレージ機能は、フローティングゲートと制御ゲートの間の相互作用に大きく依存しています。フローティングゲートは電子をトラップすることでデータを安全に保存しますが、制御ゲートは読み取り、書き込み、および消去プロセスを正確に制御できるようにします。この相互作用により、EEPROMSが不揮発性データストレージの信頼性が高く柔軟なオプションになることが保証されます。

EEPROMプログラミングと消去プロセス

EEPROMからデータを消去するには、デバイスからチップを取り除くことなく、メモリセルから電子を除去することが含まれます。これは、データの書き込みに使用される電圧の反対の消去電圧を適用することによって行われます。

消去中、チップの一部に強い負の電圧が適用され、別の部分はより高い電圧に保たれます。これにより、電子がメモリセルを離れ、チップの材料に戻る強力な電界が作成されます。このアクションは、メモリをリセットし、元の状態に戻し、「1」または消去状態を表します。

EEPROMチップを削除せずにデータを消去できるという利点は、簡単で効率的な更新が可能になることです。デバイスの実行中にデータを消去および書き直すことができます。これは、デバイスを停止せずに設定の調整やキャリブレーションデータの保存などの定期的な更新が必要なタスクにとって重要です。

要するに、EEPROMは、電子を制御された方法で移動してデータを消去および書き込むプロセスを使用します。これは、チップを削除せずにデータを消去する機能とともに、EEPROMが多くの電子デバイスで非常に役立ちます。

EEPROMのアプリケーション

•ファームウェアの更新：ソフトウェア制御ハードウェアを保存し、長期にわたるデバイスに適したハードウェアを交換せずに更新を許可します。

•デバイスの構成：電源損失後にデバイス設定を保持し、ネットワーク設定を保存するルーターに見られるように、一貫した動作を確保します。

•キャリブレーションデータストレージ：精密機器の重要なキャリブレーションデータを維持し、環境の変化にもかかわらず時間の経過とともに精度を確保します。

•コンシューマーエレクトロニクス：マイクロ波などの日常的なデバイスのユーザー設定を覚えています。利便性とユーザーエクスペリエンスの向上。

•自動車：走行距離計の測定値や無線プリセットなどのデータを保存し、車の電源を切った後にこれらの設定が持続するようにします。

•パーソナルコンピューティングデバイス：BIOSで見つかって、コンピューターが起動して正しく操作するための設定が必要です。

•スマートカードと識別：ピンやアクセスキーなどの情報を安全に保存し、スマートカードの安全性と迅速なアクセシビリティの両方を提供します。

EPROMおよびEEPROMメモリテクノロジーの比較

図10：EPROMおよびEEPROMメモリ

側面	eprom	Eeprom
メモリのタイプ	不揮発性	不揮発性
プログラミング方法	より高い電圧が必要です	標準の電荷
消去方法	クォーツウィンドウを通るUV光曝露	電気消去、UV光は必要ありません
データ消去	チップ全体が一度に消去されます	バイトレベルの消去
チップ除去	回路からの除去が必要です 消去	サーキット内で直接更新できます
書き換え機能	紫外線露出が必要です 再プログラミング	電気的に書き換え、簡単になります 更新
耐久性	紫外線曝露により耐久性が低い チップを分解します	より長い寿命により耐久性があります 電気消去
頻繁な更新の実用性	完全なチップが必要なので、それほど実用的ではありません 消去と再プログラミング	より実用的で、頻繁に更新できます および選択的修正
アプリケーション	必要な古いまたは専門のデバイス まれな更新	最新のデバイス、家電製品、 ネットワーキング機器のファームウェア

結論

EPROMからEEPROMへの移行は、メモリテクノロジーの重要な前進であり、古いメモリタイプの多くの問題を解決します。EEPROMは、より柔軟で耐久性があり、使いやすく、今日の電子デバイスのニーズに最適です。これにより、チップを削除したり、UVライトを使用したりすることなく、変更を迅速かつ効率的に行うことができます。これにより、デバイスが迅速に変化するテクノロジーに追いつき、将来の準備を整えることができます。EEPROMの開発は、より効率的でユーザーフレンドリーなエレクトロニクスを作成し、メモリテクノロジーの継続的なイノベーションを促進するのに役立つことを示しています。

よくある質問[FAQ]

1. EPROMを変更できますか？

EPROMは変更できますが、他のタイプのプログラム可能なメモリと同じ容易さではありません。EPROMに保存されているデータを変更するには、チップの上部にあるこの目的のために設計されたウィンドウを介して、それを強い紫外線にさらす必要があります。このプロセスにより既存のデータが消去され、新しいデータをプログラムできるようにします。ただし、これは簡単なタスクではなく、より近代的なEEPROMやフラッシュメモリとは異なり、特定の機器と条件が必要です。

2. EEPROMはFlashよりも速いですか？

EEPROMとフラッシュメモリには同等の速度特性がありますが、EEPROMは書き込み操作で遅くなる可能性があります。これは、EEPROMを使用すると、個々のバイトのレベルでデータを書き込んで消去できるためです。これにより、柔軟性を提供しますが、遅くなる可能性があります。一方、フラッシュメモリは、ブロックにデータを消去および書き込み、これらの操作を一般的に高速ではあるが、操作ごとに管理されたデータボリュームの点では正確ではないようにします。

3. EEPROMはどのくらい続きますか？

Eepromの寿命は高いです。通常の条件下で約20〜25年間データを保持できます。ただし、これは、EEPROMの品質、さらされている環境条件、および操作の書き込みまたは消去のためにアクセスする頻度などの要因に基づいて異なります。データ保持はEEPROMの強力なスーツの1つであり、頻繁な変更なしに長期的なデータストレージが必要なアプリケーションに適しています。

4. EEPROMを何回消去できますか？

EEPROMの持久力、またはそれを消去および書き直すことができる回数は、特定のチップ設計によって異なりますが、約100,000〜1,000,000の消去/書き込みサイクルの範囲です。これにより、EEPROMはデータを頻繁に更新する必要があるアプリケーションに適していますが、さらに多くのサイクルを維持できる特定のフラッシュメモリのようないくつかの新しいタイプのメモリほど高周波ではありません。

5. SSDはEEPROMですか？

いいえ、SSD（ソリッドステートドライブ）はEEPROMに分類されていません。SSDは通常、NANDタイプのフラッシュメモリを使用しているため、EEPROMと比較して、データアクセス、より高速なデータアクセス、より効率的な書き込みおよび消去操作が可能になります。SSDとEEPROMはどちらも不揮発性メモリのタイプですが（電源が切れているときにデータを保持することを意味します）、テクノロジーとアプリケーションは異なり、SSDは最新のコンピューターとデバイスの大量貯蔵ソリューションに好まれる選択肢です。