可擦可编程ROM在微机原理与接口技术中的应用

掩膜式ROM和可编程PROM中的内容一旦写入，就无法再改变，为了满足需要经常修改程序的场合，厂家推出了可擦除可编程的ROM（Erasable Programmable ROM），简称EPROM，利用紫外线擦除器可将其所存储的信息擦除，再根据需要利用EPROM编程器写入信息，因此这种存储器可反复使用。

实现EPROM的技术是浮栅雪崩注入式工艺技术。EPROM的基本存储单元电路是用浮栅雪崩注入MOS晶体管构成的，其内部构造如图5-13a所示。该结构与普通P沟道增强型MOS管相似，在N型基片（衬底）上生成两个高浓度的P型区，通过欧姆接触引出源极（S）和漏极（D），在S与D之间有一个多晶硅的栅极，栅极没有引出，它周围被绝缘层SiO₂所包围，因此是浮空的，故称为“浮栅”。

在器件原始状态，栅极上没有电荷，于是管内没有导电沟道，D和S间是不导电的。如果将S和衬底接地，在衬底和D间形成的PN结上加一个约25V的高压和脉宽为50ms的编程脉冲电流，使漏源极间瞬时产生雪崩击穿，大量电子穿过绝缘层SiO₂而注入浮栅上，在浮栅上聚积电荷的多少与所加的电压高低和脉冲电源的幅度宽度有关，是可以外部控制的。只要注入的电子足够多，这些电子在浮栅表面就会感应出一个连接D、S极的反型层，而使S、D间呈低阻态。当外加电压取消后，聚集在浮栅上的电荷因被绝缘层包围而无处泄漏，因而在常温和无光照条件下可长期地保存在浮栅中，在125℃条件下经过10年仍可保持70%的电荷。

图5-13 浮栅MOS EPROM存储器结构示意图

a）浮栅雪崩注入式MOS的内部结构 b）EPROM的一个基本存储单元电路

将一个浮栅管和一个MOS管串接起来可组成EPROM的一个基本存储单元电路，如图5-13b所示。在原始状态时，由于浮栅上无电荷，D、S极间不导通，所以当字线选中该存储单元时，位线输出高电平，即读出信息为“1”。如果要写入“0”，只要设法使被写的存储单元电路的浮栅上带电荷，这可以通过在相应D、S极间加上25V高压和编程脉冲电流来实现。一旦在浮栅上注入电荷，则MOS管就有导电沟道存在，当承受正偏压时，D、S间导通，可在位线得到低电平，即读出信息“0”。

利用紫外线照射可以消除浮栅电荷，EPROM芯片上方有一个石英窗口，只要将芯片放入紫外线擦除器中，照射20min左右，这时再读出的芯片的内容就全为“1”，说明EPROM已被擦除，擦除后的EPROM可再次写入新的信息。注意：写好的芯片窗口应贴上一层不透光的胶纸，以防止在强光照射下片内信息被破坏。

由于每一次紫外光照射时是通过石英窗对整个芯片照射，所以想部分擦除是不行的，一次擦除便将整个芯片擦除干净，这是EPROM的不足之处。

EPROM芯片有多种型号，常用的有Intel公司的2716（2KB×8）、2732（4KB×8）、2764（8KB×8）、27128（16KB×8）、27256（32KB×8）等，下面以2764A芯片为例，说明EPROM的性能和工作方式。

2764A的容量是8KB×8位，其最基本的存储单元，就是采用如上所述的带有浮栅的MOS管，由8KB×8个带有浮栅的MOS管构成存储矩阵，可保存8KB×8位二进制信息。其功能框图如图5-14所示。X译码器对8位行地址进行译码，产生256条行选择线，Y译码器对5位列地址进行译码，产生32条列选择线，因为2764有8位数据输出，故有8个Y译码器，地址选择线并联在一起，产生8位输出数据，组成256×256的存储矩阵。

2764A是具有28个引脚的双列直插式集成电路芯片，其引脚安排如图5-15所示。引脚定义见表5-3。

图5-14 2764A功能框图

图5-15 2764A引脚图

表5-3 2764A芯片引脚及功能

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2764A有七种工作方式，各方式下引脚状态见表5-4。

表5-4 2764A工作方式选择表

（1）读方式

读方式是2764A最常用的方式，在此方式下，V_CC和V_PP均接+5V电压，接高电平，从地址线A₁₂～A₀接收CPU送来的所选单元地址，然后使控制信号、均为低电平，于是经过一个时间间隔，所选单元的内容即可读到数据总线上。

（2）备用方式

备用方式是指2764A工作于低功耗方式，这时芯片从电源所取的电流从100mA下降到40mA，功耗降为读方式下的25%。只要使端输入一个TTL高电平信号，即可使2764A工作于备用方式，该方式使数据输出呈高阻态。由于读方式时和是连在一起的，所以当某芯片未被选中时，和处于高电平状态，则此芯片就相当于处于备用方式，使功耗减少。

（3）编程方式

在编程方式下，只要将V_PP接12.5V，V_CC仍接+5V，端保持低电平，端为高电平，从地址线A₁₂～A₀端输入需要编程的单元地址，从数据线D₇～D₀上输入编程数据，在端加入宽度为45～55ms的TTL低电平编程脉冲，可实现编程（写入）功能。应注意，必须在地址和数据稳定之后，才能加入编程脉冲。

EPROM芯片所用的编程电压V_PP有12.5V、21V、25V等值，此电压值与芯片型号和生产厂家有关，同一种型号芯片的V_PP也可能不同。使用时应注意V_PP不得超过允许值，否则会损坏芯片。还应注意，有的EPROM在端加的编程信号是正脉冲，如2716的编程信号PGM是正脉冲，脉冲宽度都为50ms左右。

（4）编程禁止方式 在编程过程中，只要使该片为高电平，编程就立即停止。

（5）编程校验方式

在编程过程中，为了检查编程时写入的数据是否正确，通常在编程过程中包含校验操作。在每个字节写入完成后，电源电压接法不变，但为高电平，、均为低电平，便可紧接着将写入的数据读出，以检查写入的信息是否正确。

（6）Intel标识符模式 当两个电源端V_PP和V_CC都接至5V，和都为低电平时，为高电平，这些设置与读方式相同，此时把A₉脚引至11.5～12.5V的高电平，则2764A处于读Intel标识符模式。

要读出2764A的编码，必须顺序读出两个字节，先让A₁～A₈全为低电平，而使A₀从低变高，分两次读出2764A的内容。当A₀=0时，读出的内容为制造商编码（陶瓷封装为89H，塑封为88H）；当A₀=1时，则可读出器件的编码（2764A为08H，27C64为07H）。

由于对EPROM编程时，每写入一个字节都需要加约45ms宽的脉冲电流，使得编程速度过慢，而且容量越大，导致编程速度越慢。为此，Intel公司开发了一种新的编程方法，比标准方法快5～6倍，并按照这一新的编程思路，相继开发了多种型号的EPROM编程器。所以，目前对EPROM编程都使用专门的编程器来进行编程。编程器通常要依靠一台微机才能工作。编程器通过一个接口卡与微机扩展槽相连，并配有一套编程软件，来控制编程器工作方式及微机与编程器间的数据传送。编程器上有EPROM芯片插座，一般可对多种型号的EPROM芯片进行编程。