EPROM 和 EEPROM 等記憶體技術在數位系統的發展中很受歡迎。兩者都是非揮發性記憶體類型，旨在即使在斷電時也能保留訊息，但它們在儲存、擦除和更新資料的方式上存在顯著差異。任何使用嵌入式系統的人都需要了解這些差異。本文解釋了 EPROM 和 EEPROM 的工作原理，比較了它們的功能，並探討了它們的優點、局限性和應用。
什麼是EEPROM？
EEPROM 代表 Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory。它是一種非易失性存儲器，這意味著即使設備斷電，它也會保留存儲的信息。
EEPROM 的主要優點是能夠進行電氣重新編程。可以使用受控電壓訊號直接在電路板上擦除和重寫數據，無需物理移除晶片。與需要完全擦除的早期 ROM 類型不同，EEPROM 支持位元組級擦除，因此可以在不干擾內存其餘部分的情況下更新特定位元組。
這使得EEPROM非常適合存儲小而重要的數據，例如配置設置、校準值或固件參數，這些數據在系統生命週期中可能需要多次修改。
什麼是EPROM？
EPROM 代表可擦除可編程唯讀記憶體。與 EEPROM 一樣，它是非揮發性記憶體，這意味著即使電源關閉，儲存的資料也能保持完整。然而，與電動擦除類型相比，它使用不同的擦除方法。
EPROM 晶片封裝有石英玻璃窗口，可露出內部的矽。當受到紫外線 （UV） 照射時，存儲單元中存儲的電荷會被釋放，從而有效地擦除數據。此過程通常需要 15-20 分鐘的紫外線照射。要更新或重寫數據，必須先將芯片從電路中取出，在紫外線下擦除，然後放置在使用相對較高編程電壓 （12–24 V） 的特殊編程中。擦除後，所有記憶體單元都恢復到初始狀態，可以寫入新的資料。
EPROM 與 EEPROM：特性比較
| 方面 | EPROM | EEPROM |
|---|---|---|
| 擦除方法 | 透過石英窗的紫外線 | 電壓脈衝 |
| 重新編程 | 需要移除 + 外部程式設計師 | 在線，無需拆卸 |
| 粒度 | 整個晶片一次擦除 | 可進行位元組級擦除 |
| 資料保留 | 10-20 歲 | 10+ 年 |
| 易於使用 | 需要緩慢的外部硬體 | 更快、更簡單，無需額外設備 |
EPROM 和 EEPROM 的內部結構和工作原理
EPROM 和 EEPROM 均建立在浮閘 MOSFET 電晶體上，浮閘 MOSFET 電晶體使用絕緣閘來捕獲或釋放電子。存儲電荷的存在與否決定了存儲單元是否代表邏輯“0”或“1”。
• EPROM：編程是通過施加高電壓來實現的，該電壓通過熱載流子注入迫使電子進入浮柵。一旦被捕獲，這些電子就會保留數年，使數據變得非易失性。為了擦除內存，晶片暴露在紫外線 （UV） 下，紫外線提供透過石英視窗釋放捕獲電子所需的能量。這會同時重置所有單元格。
• EEPROM：EEPROM 依賴於 Fowler-Nordheim 隧道效應，而不是紫外線，這是一種量子隧道效應，允許電子在受控電場下進出浮柵。該機制支援直接在電路板上進行電氣擦除，從而實現選擇性、位元組級更新和更快的重新編程，而無需物理移除晶片。
EEPROM 和 EPROM 的優缺點
| 方面 | EEPROM | EPROM |
|---|---|---|
| 優點 | • 支援線上編程（無需刪除） • 位元組級擦除以進行選擇性更新 • 提供串列（I²C、SPI）和並行版本 • 高耐用性（\~1,000,000 次寫入/擦除週期） • 可靠的資料保留（10-20 年） | •非揮發性，資料保留時間長（10-20 年） • 可重複使用，與一次性 PROM 不同 • 在鼎盛時期具有成本效益 • 適合早期原型設計和開發 |
| 缺點 | •比 EPROM 更昂貴 • 與現代快閃記憶體相比，耐用性有限• 寫入操作比讀取慢 • 通常比快閃記憶體小容量 | •僅全晶片擦除（無選擇性編輯） • 需要紫外線和石英視窗進行擦除 • 擦除時間慢（15-20 分鐘） • 需要外部高壓編程器 • 容易受到意外紫外線照射 |
EPROM和EEPROM在電子學中的應用
EPROM
• 早期微控制器中的韌體儲存：在 EEPROM 和快閃記憶體成為標準之前，提供了一種可靠的方式來儲存嵌入式程式碼。
• 個人電腦和計算器中的程式記憶體：通常用於保存系統軟體和邏輯程式。
• 數位儀器：存在於需要穩定程式儲存的示波器、測試設備和測量設備中。
• 原型設計和培訓套件：在教育和開發環境中受到青睞，因為數據可以多次擦除和重寫以進行測試。
電子電機制
• 電腦中的 BIOS/UEFI 儲存：保存重要的系統啟動指令，無需更換硬體即可更新。
• 感測器校準資料：用於汽車和工業系統，以儲存需要偶爾更新的微調校準值。
• 電信設備：無需更換晶片即可對數據機、路由器和基地台進行現場重新配置。
• 智慧卡和 RFID 標籤：為身份驗證、身分管理和交易資料提供安全、非揮發性記憶體。
醫療設備： 將患者特定的參數和配置數據存儲在血糖監測儀或起搏器等儀器中。
PROM 與 EPROM 與 EEPROM
| 專題 | 舞會 | EPROM | EEPROM |
|---|---|---|---|
| 編程 | 僅限一次性：在初始程式設計期間永久寫入資料。 | 可用紫外線重寫：需要移除並用高電壓重新編程。 | 可電重寫：支援直接在電路板上重新編程。 |
| 擦除 | 不可能：資料一旦寫入，就無法變更或移除。 | 晶片範圍的擦除：必須透過石英視窗使用紫外線照射來擦除整個記憶體。 | 選擇性擦除：可以根據需要在位元組層級或整個晶片進行擦除。 |
| 可重複使用性 | 否：編程後無法重複使用。 | 是：多次擦除和重寫（但有限）。 | 是：高度靈活，更新頻繁。 |
| 耐力 | 1 個循環（寫入一次）。 | 設備磨損前大約 100-1,000 次循環。 | 大約 1,000,000 次循環，遠高於 EPROM。 |
| 線上使用 | 否：安裝前必須進行編程。 | 否：必須移除才能進行紫外線擦除和重新編程。 | 是的：支援線上更新，使其成為現代系統的理想選擇。 |
| 費用 | 低：每位非常便宜。 | 中等：比 PROM 貴，但在那個時代是負擔得起的。 | 每位元更高：比 PROM/EPROM 更昂貴，但具有卓越的靈活性。 |
EPROM 與 EEPROM 與快閃記憶體
| 專題 | EPROM | EEPROM | 快閃記憶體 |
|---|---|---|---|
| 擦除方法 | 透過石英窗的紫外線 | 電氣，位元組級 | 電氣，區塊/頁面層級 |
| 編程 | 需要拆卸 + 高壓編程器 | 電路內電氣重編程 | 電路內、電氣重編程 |
| 可重複使用性 | 是的，但速度慢且不方便 | 是的，可以經常更新 | 是的，針對大規模重寫進行了優化 |
| 續航力 | \~100–1,000 次循環 | \~1,000,000 次循環 | \~10,000–100,000 次循環（取決於類型） |
| 速度 | 非常慢（紫外線擦除：15-20 分鐘） | 中等（寫入慢於讀取） | 快速（區塊操作、更高的輸送量） |
| 容量 | 小型 （KB–MB 範圍） | 中小型 （KB–MB 範圍） | 非常高 （MB–TB 範圍） |
| 每位元成本 | 中等（歷史） | 更高 | 低（大容量儲存標準） |
| 典型用途 | 遺留系統、原型設計、教育 | BIOS、校準資料、安全裝置 | USB 隨身碟、SSD、SD 卡、智慧型手機、微控制器 |
結論
EPROM 和 EEPROM 是記憶體技術的里程碑，各自充當了快閃記憶體等更先進儲存解決方案的橋樑。EPROM 提供了一種實用的方法來重新編程其時代的設備，而 EEPROM 則通過在線和選擇性更新引入了更大的靈活性。如今，EEPROM 仍然與存儲小而關鍵的數據相關，而閃存則主導了大規模存儲需求。透過比較這些記憶體類型，您可以清楚地了解技術是如何進步的，以及為什麼 EEPROM 仍然在現代電子產品中佔有一席之地。
常見問題 [FAQ]
為什麼EEPROM比EPROM更好？
EEPROM 更好，因為它允許在線內進行電氣重新編程，支持位元組級擦除，並且無需紫外線或芯片去除。這使得它比EPROM更靈活、更方便。
快閃記憶體和EEPROM一樣嗎？
不。快閃記憶體以 EEPROM 技術為基礎，但針對高密度和區塊/頁面級擦除進行了最佳化。EEPROM 允許位元組級擦除，而快閃記憶體每位元更快、更便宜，使其成為大容量儲存的理想選擇。
EEPROM和EPROM可以保留資料多久？
兩者通常都可以將數據保留 10-20 年，但 EPROM 的耐用性限制為 ~100-1,000 次循環，而 EEPROM 可以持續長達 ~1,000,000 次循環。
為什麼EPROM需要石英窗？
石英窗口讓紫外線穿透晶片，從浮閘中抹去儲存的電荷。沒有這個透明窗口，擦除是不可能的。
EEPROM 今天還在哪裡使用？
EEPROM 廣泛用於需要選擇性更新的 BIOS/UEFI 韌體、感測器校準、RFID 標籤、智慧卡、醫療裝置和工業設備。