深入解析 onsemi N24C008：8 Kb CMOS 串行 EEPROM 的卓越性能與應(yīng)用

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，EEPROM（電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器）是一種不可或缺的組件，廣泛應(yīng)用于各種需要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的設(shè)備中。今天，我們將深入探討 onsemi 公司的 N24C008 8 Kb 串行 CMOS EEPROM，詳細(xì)解析其特性、功能以及在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)。

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產(chǎn)品概述

N24C008 是一款 8 Kb 的串行 CMOS EEPROM，內(nèi)部組織為 1,024 個(gè) 8 位字。它具有 16 字節(jié)的頁(yè)寫緩沖區(qū)，支持標(biāo)準(zhǔn)（100 kHz）、快速（400 kHz）和快速增強(qiáng)（1 MHz）的 $I^{2}C$ 協(xié)議。此外，該設(shè)備還具備 128 位工廠預(yù)設(shè)的只讀唯一 ID、可永久鎖定以防未來(lái)更改的 16 字節(jié)安全數(shù)據(jù)頁(yè)，以及對(duì)整個(gè)陣列的軟件寫保護(hù)功能。通過(guò)設(shè)備配置寄存器，用戶可以指定設(shè)備地址的最后 1 位，允許在同一總線上尋址多達(dá)兩個(gè) N24C008 設(shè)備。

典型應(yīng)用

產(chǎn)品特性

電氣特性

• 寬電壓范圍：支持 1.4 V（最小值）至 2.2 V（最大值）的電源電壓范圍，適用于多種電源環(huán)境。
• 低功耗：采用低功耗 CMOS 技術(shù)，在不同工作模式下電流消耗較低，如待機(jī)電流最大僅為 1 μA。
• 高可靠性：具有 1,000,000 次的編程/擦除周期和 100 年的數(shù)據(jù)保留時(shí)間，確保數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期穩(wěn)定存儲(chǔ)。

接口特性

• 多協(xié)議支持：支持標(biāo)準(zhǔn)、快速和快速增強(qiáng)的 $I^{2}C$ 協(xié)議，可與不同速率的主設(shè)備進(jìn)行通信。
• 抗干擾設(shè)計(jì)：$I^{2}C$ 總線輸入上配備施密特觸發(fā)器和噪聲抑制濾波器，有效提高通信的可靠性。

溫度特性

• 工業(yè)溫度范圍：工作溫度范圍為 -40°C 至 +125°C，適用于各種惡劣的工業(yè)環(huán)境。

封裝特性

• 超小封裝：采用超薄 4 球 WLCSP 封裝，尺寸僅為 0.75 x 0.75 x 0.3 mm，節(jié)省電路板空間。
• 環(huán)保設(shè)計(jì)：該設(shè)備符合無(wú)鉛、無(wú)鹵素/BFR 以及 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)，符合環(huán)保要求。

引腳配置與功能

工作模式與操作流程

$I^{2}C$ 總線協(xié)議

N24C008 遵循 $I^{2}C$ 總線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，通過(guò) SCL 和 SDA 兩根線進(jìn)行通信。主設(shè)備負(fù)責(zé)生成串行時(shí)鐘和所有的起始和停止條件，N24C008 作為從設(shè)備響應(yīng)主設(shè)備的指令。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，SDA 線在 SCL 線為高電平時(shí)必須保持穩(wěn)定，SDA 線的高低電平轉(zhuǎn)換分別表示數(shù)據(jù)的 0 和 1。

設(shè)備尋址

主設(shè)備通過(guò)在總線上創(chuàng)建起始條件來(lái)啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，然后廣播一個(gè) 8 位的串行從設(shè)備地址。從設(shè)備地址的前 4 位為 1010 用于正常讀寫操作，1011 用于特殊讀寫操作。接下來(lái)的 1 位必須與設(shè)備配置寄存器中的 A2 位匹配，再接下來(lái)的 2 位是最高有效位的內(nèi)存地址，最后 1 位 R/W 指定是讀（1）還是寫（0）操作。

應(yīng)答機(jī)制

從設(shè)備在處理完從設(shè)備地址后，會(huì)在第 9 個(gè)時(shí)鐘周期通過(guò)拉低 SDA 線來(lái)響應(yīng)一個(gè)應(yīng)答（ACK）。在寫模式下，如果被尋址的位置未被寫保護(hù)，從設(shè)備還會(huì)對(duì)所有地址字節(jié)和每個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)進(jìn)行應(yīng)答。在讀模式下，從設(shè)備會(huì)移出一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，然后在第 9 個(gè)時(shí)鐘周期釋放 SDA 線。只要主設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)答，從設(shè)備就會(huì)繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。主設(shè)備通過(guò)不應(yīng)答最后一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)（NoACK）并隨后發(fā)出停止條件來(lái)終止會(huì)話。

讀寫操作

寫操作

• 字節(jié)寫：主設(shè)備發(fā)送起始條件、從設(shè)備地址、一個(gè)字節(jié)地址和要寫入的數(shù)據(jù)，從設(shè)備對(duì)這 3 個(gè)字節(jié)進(jìn)行應(yīng)答，主設(shè)備隨后發(fā)出停止條件，啟動(dòng)內(nèi)部寫操作。在內(nèi)部寫周期（tWR = 5 ms）內(nèi)，N24C008 不會(huì)應(yīng)答主設(shè)備的任何讀寫請(qǐng)求。
• 頁(yè)寫：N24C008 的 1,024 字節(jié)數(shù)據(jù)被組織成 64 頁(yè)，每頁(yè) 16 字節(jié)。一個(gè)字節(jié)地址字指向要寫入內(nèi)存陣列的第一個(gè)字節(jié)，最高有效 6 位標(biāo)識(shí)頁(yè)，最后 4 位標(biāo)識(shí)頁(yè)內(nèi)的字節(jié)。在一個(gè)寫周期內(nèi)最多可以寫入 16 個(gè)字節(jié)，內(nèi)部字節(jié)地址計(jì)數(shù)器在每個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)加載后自動(dòng)遞增。如果主設(shè)備傳輸超過(guò) 16 個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，較早的字節(jié)將被較晚的字節(jié)以“環(huán)繞”方式覆蓋。
• 安全數(shù)據(jù)頁(yè)寫：類似于頁(yè)寫操作，但需要使用特定的設(shè)備地址頭 1011b 來(lái)尋址安全數(shù)據(jù)頁(yè)。
• 安全數(shù)據(jù)頁(yè)鎖定：類似于字節(jié)寫操作，用于鎖定安全數(shù)據(jù)頁(yè)以防未來(lái)更改。發(fā)送特定指令后，用戶只能讀取安全數(shù)據(jù)頁(yè)的內(nèi)容，任何寫指令都將得不到設(shè)備的應(yīng)答。
• 設(shè)備配置寄存器寫：類似于字節(jié)寫操作，用于寫入設(shè)備配置寄存器。通過(guò)設(shè)置 SWP 位可以實(shí)現(xiàn)軟件寫保護(hù)功能。

讀操作

• 立即讀：主設(shè)備發(fā)送帶有 R/W 位設(shè)置為 1 的從設(shè)備地址，N24C008 會(huì)立即移出當(dāng)前字節(jié)地址處的數(shù)據(jù)。如果主設(shè)備不應(yīng)答數(shù)據(jù)并發(fā)出停止條件，N24C008 將返回待機(jī)模式。
• 選擇性讀：主設(shè)備先初始化內(nèi)部地址計(jì)數(shù)器，然后發(fā)送立即讀序列，N24C008 將使用 10 個(gè)有效地址位初始化內(nèi)部地址計(jì)數(shù)器并移出相應(yīng)位置的數(shù)據(jù)。
• 順序讀：如果主設(shè)備在讀取會(huì)話中應(yīng)答第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，N24C008 將繼續(xù)傳輸后續(xù)位置的數(shù)據(jù)，直到主設(shè)備發(fā)出 NoACK 并隨后發(fā)出停止條件。
• 安全數(shù)據(jù)頁(yè)讀：類似于順序讀操作，用于讀取安全數(shù)據(jù)頁(yè)中的數(shù)據(jù)。
• 設(shè)備配置寄存器讀：類似于選擇性讀操作，用于讀取設(shè)備配置寄存器的內(nèi)容。
• 唯一 ID 號(hào)讀：類似于順序讀操作，用于讀取 128 位的唯一 ID 號(hào)。
• 安全數(shù)據(jù)頁(yè)鎖定狀態(tài)讀：有兩種方法可以檢查安全數(shù)據(jù)頁(yè)的鎖定狀態(tài)，一種是發(fā)起安全數(shù)據(jù)頁(yè)寫操作，根據(jù)設(shè)備的應(yīng)答情況判斷；另一種是使用鎖定狀態(tài)讀指令，設(shè)備返回的數(shù)據(jù)字節(jié)中的第 1 位表示鎖定狀態(tài)。

應(yīng)用與注意事項(xiàng)

典型應(yīng)用

N24C008 適用于各種需要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的應(yīng)用場(chǎng)景，如工業(yè)自動(dòng)化、消費(fèi)電子、汽車電子等。其小封裝、寬電壓范圍和高可靠性使其成為這些領(lǐng)域的理想選擇。

注意事項(xiàng)

• 電源穩(wěn)定性：為確保設(shè)備的正常工作，建議使用穩(wěn)定的電源供應(yīng)，避免電源波動(dòng)對(duì)設(shè)備造成影響。
• 紫外線防護(hù)：WLCSP 封裝的 EEPROM 設(shè)備應(yīng)避免暴露在紫外線下，否則可能會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)數(shù)據(jù)丟失。
• 應(yīng)答輪詢：在進(jìn)行寫操作時(shí)，需要注意不同指令是否支持應(yīng)答輪詢，如設(shè)備配置寄存器寫指令不支持應(yīng)答輪詢，發(fā)送該指令后，主設(shè)備必須等待 tWR = 5 ms 才能發(fā)送新指令。

總結(jié)

onsemi 的 N24C008 8 Kb 串行 CMOS EEPROM 以其豐富的特性、靈活的操作模式和高可靠性，為電子工程師提供了一個(gè)優(yōu)秀的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)解決方案。無(wú)論是在工業(yè)環(huán)境還是消費(fèi)電子領(lǐng)域，N24C008 都能滿足各種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求合理選擇讀寫操作模式，并注意設(shè)備的使用注意事項(xiàng)，以確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。你在使用 EEPROM 時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。