Er is veel vraag naar geheugentechnologieën zoals EPROM en EEPROM in de evolutie van digitale systemen. Beide zijn typen niet-vluchtig geheugen, ontworpen om informatie te bewaren, zelfs wanneer de stroom wordt uitgeschakeld, maar ze verschillen aanzienlijk in de manier waarop ze gegevens opslaan, wissen en bijwerken. Inzicht in deze verschillen is nodig voor iedereen die met embedded systemen werkt. In dit artikel wordt uitgelegd hoe EPROM en EEPROM werken, worden hun functies vergeleken en worden hun voordelen, beperkingen en toepassingen onderzocht.
Wat is EEPROM?
EEPROM staat voor Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory. Het is een soort niet-vluchtig geheugen, wat betekent dat het opgeslagen informatie bewaart, zelfs wanneer het apparaat is uitgeschakeld.
Het belangrijkste voordeel van EEPROM is de mogelijkheid om elektrisch te worden geherprogrammeerd. Gegevens kunnen rechtstreeks op de printplaat worden gewist en herschreven met behulp van gecontroleerde spanningssignalen, waardoor het niet nodig is om de chip fysiek te verwijderen. In tegenstelling tot eerdere ROM-typen die volledig moesten worden gewist, ondersteunt EEPROM wissen op byteniveau, zodat specifieke bytes kunnen worden bijgewerkt zonder de rest van het geheugen te verstoren.
Dit maakt EEPROM zeer geschikt voor het opslaan van kleine maar belangrijke gegevens, zoals configuratie-instellingen, kalibratiewaarden of firmwareparameters die mogelijk meerdere keren tijdens de levenscyclus van een systeem moeten worden gewijzigd.
Wat is EPROM?
EPROM staat voor Erasable Programmable Read-Only Memory. Net als EEPROM is het niet-vluchtig geheugen, wat betekent dat de opgeslagen gegevens intact blijven, zelfs als de stroom is uitgeschakeld. Het gebruikt echter een andere wismethode in vergelijking met elektrisch uitwisbare typen.
Een EPROM-chip is verpakt met een venster van kwartsglas dat het silicium binnenin blootlegt. Bij blootstelling aan ultraviolet (UV) licht wordt de opgeslagen lading in de geheugencellen ontladen, waardoor de gegevens effectief worden gewist. Dit proces duurt doorgaans 15-20 minuten blootstelling aan UV-straling. Om gegevens bij te werken of te herschrijven, moet de chip eerst uit het circuit worden verwijderd, onder UV-licht worden gewist en vervolgens in een speciaal geprogrammeerde chip worden geplaatst die relatief hoge programmeerspanningen gebruikt (12-24 V). Na het wissen keren alle geheugencellen terug naar hun oorspronkelijke staat en kunnen nieuwe gegevens worden geschreven.
EPROM versus EEPROM: vergelijking van kenmerken
| Aspect | EPROM | EEPROM |
|---|---|---|
| Methode voor wissen | UV-licht door kwartsvenster | Elektrische spanningspulsen |
| Herprogrammering | Vereist verwijdering + externe programmeur | In-circuit, geen verwijdering nodig |
| Granulariteit | Hele chip in één keer gewist | Wissen op byteniveau mogelijk |
| Bewaring van gegevens | 10-20 jaar | 10+ jaar |
| Gebruiksgemak | Trage, externe hardware vereist | Sneller, eenvoudiger, geen extra apparaat |
Interne structuur en werkingsprincipe van EPROM en EEPROM
Zowel EPROM als EEPROM zijn gebouwd op MOSFET-transistors met drijvende poort, die een geïsoleerde poort gebruiken om elektronen op te vangen of vrij te geven. De aan- of afwezigheid van opgeslagen lading bepaalt of een geheugencel een logische "0" of "1" vertegenwoordigt.
• EPROM: Programmering wordt bereikt door een hoge spanning aan te brengen die elektronen in de zwevende poort dwingt door middel van hot-carrier-injectie. Eenmaal gevangen, blijven deze elektronen jarenlang aanwezig, waardoor de gegevens niet-vluchtig zijn. Om het geheugen te wissen, wordt de chip blootgesteld aan ultraviolet (UV) licht, dat de energie levert die nodig is om de ingesloten elektronen door het kwartsvenster vrij te geven. Hiermee worden alle cellen tegelijk gereset.
• EEPROM: In plaats van UV-licht vertrouwt EEPROM op Fowler-Nordheim-tunneling, een kwantumtunneleffect waardoor elektronen in of uit de drijvende poort kunnen bewegen onder gecontroleerde elektrische velden. Dit mechanisme ondersteunt elektrische verwijdering rechtstreeks op de printplaat, waardoor selectieve updates op byteniveau en snellere herprogrammering mogelijk zijn zonder de chip fysiek te verwijderen.
Voors en tegens van EEPROM en EPROM
| Aspect | EEPROM | EPROM |
|---|---|---|
| Voordelen | • Ondersteunt programmeren in het circuit (verwijderen is niet nodig) • Wissen op byteniveau voor selectieve updates • Verkrijgbaar in seriële (I²C, SPI) en parallelle versies • Hoge duurzaamheid (\~1 miljoen schrijf-/wiscycli) • Betrouwbare gegevensbewaring (10-20 jaar) | •Niet vluchtig met lange gegevensbewaring (10-20 jaar) • Herbruikbaar, in tegenstelling tot eenmalige PROM • Kosteneffectief tijdens het toptijdperk • Geschikt voor vroege prototyping en ontwikkeling |
| nadelen | •Duurder dan EPROM • Uithoudingsvermogen beperkt in vergelijking met moderne Flash• Schrijfbewerkingen langzamer dan lezen • Doorgaans kleinere capaciteit dan Flash | • Alleen wissen via de volledige chip (geen selectieve bewerking) • Vereist UV-licht en kwartsvenster voor wissen • Langzame wistijd (15-20 minuten) • Externe hoogspanningsprogrammeur nodig • Kwetsbaar voor onbedoelde UV-blootstelling |
Toepassingen van EPROM en EEPROM in de elektronica
EPROM
• Firmware-opslag in vroege microcontrollers: Bood een betrouwbare manier om ingebedde code op te slaan voordat EEPROM en Flash standaard werden.
• Programmageheugen in pc's en rekenmachines: Vaak gebruikt om systeemsoftware en logische programma's vast te houden.
• Digitale instrumenten: Te vinden in oscilloscopen, testapparatuur en meetapparatuur die een stabiele programmaopslag vereisten.
• Prototyping- en trainingskits: Favoriet in onderwijs- en ontwikkelingsomgevingen omdat gegevens meerdere keren kunnen worden gewist en herschreven om te testen.
EEPROM
• BIOS/UEFI-opslag in computers: Bevat belangrijke instructies voor het opstarten van het systeem en kan worden bijgewerkt zonder hardware te vervangen.
• Sensorkalibratiegegevens: Gebruikt in auto's en industriële systemen om nauwkeurig afgestemde kalibratiewaarden op te slaan die af en toe moeten worden bijgewerkt.
• Telecommunicatieapparatuur: Maakt het mogelijk om modems, routers en basisstations in het veld opnieuw te configureren zonder vervanging van de chip.
• Smartcards en RFID-tags: Biedt veilig, niet-vluchtig geheugen voor authenticatie, identiteitsbeheer en transactiegegevens.
Medische apparaten: Slaat patiëntspecifieke parameters en configuratiegegevens op in instrumenten zoals glucosemeters of pacemakers.
PROM tegen EPROM tegen EEPROM
| Voorzien zijn van | PROM | EPROM | EEPROM |
|---|---|---|---|
| Programmeren | Eenmalig: Gegevens worden permanent geschreven tijdens de eerste programmering. | Herschrijfbaar met UV-licht: Vereist verwijdering en herprogrammering met hoge spanning. | Elektrisch herschrijfbaar: Ondersteunt herprogrammering direct op de printplaat. |
| Wissen | Niet mogelijk: Eenmaal geschreven kunnen gegevens niet meer worden gewijzigd of verwijderd. | Chipbreed wissen: Het hele geheugen moet worden gewist met behulp van UV-blootstelling door een kwartsvenster. | Selectief wissen: Kan indien nodig op byteniveau of de hele chip wissen. |
| Herbruikbaarheid | Nee: Kan niet opnieuw worden gebruikt nadat het is geprogrammeerd. | Ja: Meerdere keren gewist en herschreven (maar beperkt). | Ja: Hoge flexibiliteit met frequente updates. |
| Uithoudingsvermogen | 1 cyclus (één keer schrijven). | Ongeveer 100-1.000 cycli voordat het apparaat verslijt. | Ongeveer 1.000.000 cycli, veel hoger dan EPROM. |
| Gebruik in het circuit | Nee: Moet worden geprogrammeerd voor installatie. | Nee: Moet worden verwijderd voor het wissen en herprogrammeren van UV-straling. | Ja: Ondersteunt in-circuit updates, waardoor het ideaal is voor moderne systemen. |
| Kostprijs | Laag: Zeer goedkoop per bit. | Gemiddeld: Duurder dan PROM, maar betaalbaar in zijn tijd. | Hoger per bit: Duurder dan PROM/EPROM, maar biedt superieure flexibiliteit. |
EPROM versus EEPROM versus flashgeheugen
| Voorzien zijn van | EPROM | EEPROM | Flash-geheugen |
|---|---|---|---|
| Methode voor wissen | UV-licht door kwartsvenster | Elektrisch, byte-niveau | Elektrisch, blok-/paginaniveau |
| Programmeren | Vereist verwijdering + hoogspanningsprogrammeur | In-circuit, elektrische herprogrammering | In-circuit, elektrische herprogrammering |
| Herbruikbaarheid | Ja, maar traag en onhandig | Ja, frequente updates mogelijk | Ja, geoptimaliseerd voor grootschalige herschrijvingen |
| Uithoudingsvermogen | \~100–1.000 cycli | \~1.000.000 cycli | \~10.000–100.000 cycli (afhankelijk van type) |
| Snelheid | Zeer traag (UV-wissen: 15-20 min) | Gemiddeld (schrijft langzamer dan leest) | Snel (blokbewerkingen, hogere doorvoer) |
| Capaciteit | Klein (KB-MB-bereik) | Klein tot middelgroot (KB-MB-bereik) | Zeer hoog (MB-TB-bereik) |
| Kosten per bit | Matig (historisch) | Hoger | Laag (standaard voor massaopslag) |
| Typisch gebruik | Legacy systemen, prototyping, onderwijs | BIOS, kalibratiegegevens, beveiligde apparaten | USB-drives, SSD's, SD-kaarten, smartphones, microcontrollers |
Conclusie
EPROM en EEPROM waren mijlpalen in de geheugentechnologie, die elk dienden als een brug naar meer geavanceerde opslagoplossingen zoals Flash. EPROM bood een praktische manier om apparaten in zijn tijd te herprogrammeren, terwijl EEPROM meer flexibiliteit introduceerde met in-circuit en selectieve updates. Vandaag de dag blijft EEPROM relevant voor het opslaan van kleine maar kritieke gegevens, terwijl Flash de grootschalige opslagbehoeften domineert. Door deze geheugentypes met elkaar te vergelijken, krijg je een duidelijk beeld van hoe de technologie zich heeft ontwikkeld en waarom EEPROM nog steeds zijn plaats vindt in de moderne elektronica.
Veelgestelde vragen [FAQ]
Waarom is EEPROM beter dan EPROM?
EEPROM is beter omdat het elektrische herprogrammering in het circuit mogelijk maakt, het wissen op byteniveau ondersteunt en de noodzaak van verwijdering van UV-licht of spaan elimineert. Dit maakt het flexibeler en handiger dan EPROM.
Is Flash-geheugen hetzelfde als EEPROM?
Nee. Flashgeheugen is gebaseerd op EEPROM-technologie, maar geoptimaliseerd voor hoge dichtheid en wissen op blok-/paginaniveau. EEPROM maakt het mogelijk om op byteniveau te wissen, terwijl Flash sneller en goedkoper is per bit, waardoor het ideaal is voor massaopslag.
Hoe lang kunnen EEPROM en EPROM gegevens bewaren?
Beide kunnen gegevens doorgaans 10-20 jaar bewaren, hoewel het uithoudingsvermogen van EPROM beperkt is tot ~100-1.000 cycli, terwijl EEPROM tot ~1.000.000 cycli kan duren.
Waarom heeft EPROM een kwartsraam nodig?
Het kwartsvenster laat UV-licht de chip binnendringen om opgeslagen ladingen van de zwevende poort te wissen. Zonder dit transparante venster zou wissen niet mogelijk zijn.
Waar wordt EEPROM vandaag de dag nog steeds gebruikt?
EEPROM wordt veel gebruikt in BIOS/UEFI-firmware, sensorkalibratie, RFID-tags, smartcards, medische apparaten en industriële apparatuur waar selectieve updates nodig zijn.