电可擦除可编程存储(EEPROM)原理及应用详解

电可擦除可编程存储EEPROM。这是一个在电子和计算机领域非常常见且重要的元件,例如想辉芒微的EEPROM芯片FT24C02A-KSR-T、FT93C46A-USR-T、FT25C08A-USR-T；

一、核心定义

EEPROM 的全称是 Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，即电可擦可编程只读存储器。

顾名思义，它的核心特点有三个：

只读存储器 (ROM)：在正常工作时，数据可以被读取。

可编程 (P)：可以通过特殊的手段（电信号）将数据“烧录”进去。

电可擦除 (EE)：最关键的特性。它可以通过施加特定的电信号来擦除内部存储的数据，然后重新编程。这一切都不需要从电路板上取下来。

二、工作原理

EEPROM 的每个存储单元都是一个浮栅晶体管。数据的存储（0或1）取决于浮栅上是否有电子被困住。

写入（编程）：施加一个较高的电压到控制栅，使得电子通过薄氧化层隧穿到浮栅上，并被困住。这个过程改变了晶体管的阈值电压。

擦除：施加一个反向的电压，将电子从浮栅上“拉”回来。

读取：施加一个工作电压，通过检测晶体管是否导通来判断浮栅上是否有电子，从而读出存储的是0还是1。

三、主要特点

非易失性 (Non-Volatile)：断电后，存储在其中的数据不会丢失。这是它与RAM（内存）最根本的区别。

可重复擦写：理论上，现代的EEPROM可以擦写 10万次到100万次。虽然次数很多，但它是有寿命的，不适合像RAM那样频繁地写入。

字节擦除：大多数EEPROM支持按字节擦除和写入。这意味着你可以修改某一个特定地址的数据，而不会影响存储在其他地址的数据。这是它与早期EPROM和Flash Memory的一个重要区别。

相对较慢的写入速度：写入（包括擦除和编程）一个字节通常需要几毫秒的时间，相比于纳秒级的读取速度和RAM的写入速度来说非常慢。

接口：常见的有 I²C 和 SPI 串行接口，也有并行的，但串行接口因引脚少、封装小而被广泛使用。

四、与其他存储器的对比

特别注意：EEPROM 与 Flash 的区别

很多人会混淆这两者，因为Flash本质上是从EEPROM技术发展而来的。它们的核心区别在于擦除粒度：

EEPROM 可以按字节擦写。

Flash 必须按块（Block）或扇区（Sector） 擦除（例如一次擦除4KB），然后再写入。虽然写入可以按字节或字进行，但擦除操作是批量的。

因此，EEPROM更适合存储那些需要频繁修改但数据量小的配置参数，而Flash更适合存储大容量的、不需要频繁按字节修改的数据（如固件程序、文件、照片等）。

五、常见应用

由于其非易失和可字节修改的特性，EEPROM通常用于存储小量的、可能需要修改的数据：

设备配置参数：如电视、显示器的频道、音量、亮度设置。

校准数据：测量设备（如万用表、示波器）的工厂校准系数。

用户偏好设置：空调的温度模式、洗衣机的洗涤程序等。

产品信息：设备的序列号、MAC地址、生产日期等。

微控制器（MCU）：很多单片机内部都集成了小容量的EEPROM，供用户程序存放需要掉电保存的数据。例如Arduino的EEPROM库就是用来操作片内EEPROM的。

IC卡：早期的智能卡、门禁卡也使用EEPROM技术来存储数据。

六、总结

EEPROM 是一种非常灵活的非易失性存储器，它的电可擦除和字节级编程能力使其成为存储系统配置、用户设置和小量关键数据的理想选择。虽然在大容量领域已被Flash存储器取代，但在特定的小容量、需频繁字节修改的应用场景中，它仍然是不可替代的重要元件。