Erasable Programmable ROM

EPROMs (Erasable Programmable Read Only Memory) sind vom Benutzer programmierbare, UV-löschbare Speicher. Nach der Herstellung eines EPROMs sind alle Speicherzellen im gelöschten Zustand (logisch 1) und werden vom Benutzer mit Hilfe von speziellen Programmiergeräten programmiert. Die gespeicherte Information kann durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht, das durch ein Quarzfenster im Gehäuse des Bausteins auf den Chip fällt, wieder gelöscht werden, so dass die EPROMs dann wieder von neuem programmiert werden können.

Jede EPROM-Speicherzelle besteht aus einem Transistor, dessen Gate von isolierendem SiO₂ vollständig umschlossen ist. Gelingt es nun, auf dieses Gate Ladung zu transferieren, so kann die Ladung nicht wieder abfließen und bleibt sehr lange auf dem Gate erhalten, da das umgebende SiO₂ ein sehr guter Isolator ist. Die gespeicherte Ladung erzeugt aber durch Influenz im nahe liegenden Kanal des Transistors eine entgegengesetzte Ladung, wodurch der Transistor leitend wird. Man kann dadurch also feststellen, ob im Gate eine Ladung gespeichert ist, ohne die Ladung selbst zu verändern.

EPROM-Speicherzelle

Das Einbringen der Ladung kann man durch Anlegen einer hohen Spannung bewirken, wodurch die Ladungsträger (Elektronen) in das Gate injiziert werden. Je nach Typ des EPROMs benötigt man verschiedene Programmierspannungen, wobei ältere Typen mit 25 V programmiert werden, neuere Typen mit 21 V oder 12.5 V. Bestrahlt man das Gate mit UV-Licht, so werden die Elektronen angeregt und können ihr Gefängnis wieder verlassen; das EPROM wird wieder gelöscht.

Zum Löschen benötigt man UV-Licht mit einer Wellenlänge von 253 nm (Quecksilberdampf-Lampe) mit einer gesamten Dosis von 15 Ws/cm². Bei herkömmlichen UV-Lampen benötigt man dazu etwa 15 Minuten. Da die meisten Lichtquellen auch Anteile von UV-Licht enthalten (der Löschvorgang setzt unterhalb von 400 nm ein), werden EPROMs auch von diesen Lichtquellen gelöscht (direktes Sonnenlicht: ca. 1 Woche, Leuchtstoffröhre: ca.3 Jahre). Man sollte daher das Fenster von EPROMs stets mit einer undurchsichtigen Etikette bekleben.

Seit einiger Zeit werden auch EPROMs ohne Fenster angeboten. Sie sind dann wie PROMs nur einmal programmierbar. Da ein großer Teil der Kosten eines EPROMs aber durch das aufwendige Gehäuse mit Fenster bedingt sind, können fensterlose EPROMs sehr billig produziert werden, und bilden daher eine preisgünstige Alternative zu PROMs, vor allem, wenn die Zugriffszeit eines EPROMs ausreicht.

Die Programmierung von EPROMs ist je nach Typ des EPROMs verschieden, die Hersteller geben in den Datenblättern die entsprechenden Angaben. Dabei sind die angegebenen Zeiten und Spannungspegel sehr genau einzuhalten, da es sonst zur Zerstörung des EPROMs kommen kann. Der Grundalgorithmus, der aber nur für die älteren Typen verwendet wird, funktioniert so, dass pro Speicherzelle bei angelegter Adresse und angelegten Daten ein Programmierimpuls von 50 ms die Information im EPROM an entsprechender Stelle abspeichert. Für große EPROMs kommt man mit diesem einfachen Verfahren jedoch auf sehr lange Programmierzeiten (man würde zur vollständigen Programmierung z.B. eines 27256 mit32 KByte Kapazität 27 Minuten benötigen!). Aus diesem Grund wurden effizientere Programmieralgorithmen entwickelt, die es ermöglichen, auch große EPROMs in annehmbarer Zeit zu programmieren (weniger als 2 Minuten). Dabei wird versucht, jedes Byte zuerst mit kurzen Impulsen zu programmieren (typ. 1 ms).Nach jedem Impuls werden die Daten wieder gelesen; stimmen diese mit der gewünschten Information überein, wird noch einmal ein Impuls von der Gesamtlänge aller bis jetzt verwendeten Impulse angelegt. Dadurch kommt man im kürzesten Fall zu einer Programmierzeit von 2 ms/Byte (im Gegensatz zu 50 ms/Byte mit dem Standardimpuls).

Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht zu einigen gebräuchlichen EPROMs. EPROMs werden von fast allen Halbleiterherstellern erzeugt und entsprechend viele (kompatible) Typen gibt es. In der Tabelle sind daher nur einige Typen aufgeführt, die angegebenen Parameter (besonders die Verlustleistungen) können aber je nach Hersteller variieren.