Microchip 93XX66A/B/C系列4Kbit低電壓串行EEPROM深度解析
Microchip 93XX66A/B/C系列4Kbit低電壓串行EEPROM深度解析
在電子設計領域，串行EEPROM是不可或缺的存儲元件，廣泛應用于各種低功耗、非易失性存儲場景。Microchip Technology Inc.的93XX66A/B/C系列4Kbit低電壓串行EEPROM，憑借其豐富的特性和多樣的封裝形式，成為眾多工程師的理想選擇。今天，我們就來深入剖析這款產品，為大家在硬件設計中提供參考。
文件下載：93LC66AT-IMNY.pdf
一、產品概述
Microchip的93XX66A/B/C系列是4Kbit低電壓串行電可擦除可編程只讀存儲器（EEPROM）。不同型號在工作電壓范圍、字長、溫度范圍等方面有所差異，可根據具體應用需求進行選擇。
1.1 產品選型
| 產品型號 | VCC范圍 | ORG引腳 | 字長 | 溫度范圍 | 封裝形式 |
|---|---|---|---|---|---|
| 93AA66A | 1.8 - 5.5V | 無 | 8位 | 工業級（I） | P, SN, ST, MS, OT, MC, MN |
| 93AA66B | 1.8 - 5.5V | 無 | 16位 | 工業級（I） | P, SN, ST, MS, OT, MC, MN |
| 93LC66A | 2.5 - 5.5V | 無 | 8位 | 工業級（I）、汽車級（E） | P, SN, ST, MS, OT, MC, MN |
| 93LC66B | 2.5 - 5.5V | 無 | 16位 | 工業級（I）、汽車級（E） | P, SN, ST, MS, OT, MC, MN |
| 93C66A | 4.5 - 5.5V | 無 | 8位 | 工業級（I）、汽車級（E） | P, SN, ST, MS, OT, MC, MN |
| 93C66B | 4.5 - 5.5V | 無 | 16位 | 工業級（I）、汽車級（E） | P, SN, ST, MS, OT, MC, MN |
| 93AA66C | 1.8 - 5.5V | 有 | 8或16位可選 | 工業級（I） | P, SN, ST, MS, MC, MN |
| 93LC66C | 2.5 - 5.5V | 有 | 8或16位可選 | 工業級（I）、汽車級（E） | P, SN, ST, MS, MC, MN |
| 93C66C | 4.5 - 5.5V | 有 | 8或16位可選 | 工業級（I）、汽車級（E） | P, SN, ST, MS, MC, MN |
對于需要靈活選擇字長的應用，可選用帶有ORG引腳的93XX66C系列；若對工作電壓要求較低，93AA66系列是不錯的選擇；而對工作電壓要求較高的應用，則可考慮93C66系列。
1.2 產品特性
- 低功耗CMOS技術：有效降低功耗，延長設備續航時間。
- ORG引腳可選字長：‘66C’版本可通過ORG引腳靈活選擇8位或16位字長。
- 自定時擦除/寫入周期：包括自動擦除功能，簡化操作流程。
- 自動全擦除：在全寫入操作前自動執行全擦除（ERAL）。
- 電源開關數據保護電路：確保數據在電源波動時的安全性。
- 行業標準3線串行I/O：便于與其他設備進行通信。
- 設備狀態信號：通過Ready/Busy信號實時了解設備狀態。
- 高擦除/寫入次數：可達1,000,000次，保證產品的可靠性。
- 長數據保留時間：數據保留時間超過200年。
- 環保標準：無鉛且符合RoHS標準。
- 寬溫度范圍支持：工業級（-40°C至+85°C）和汽車級（-40°C至+125°C）。
二、電氣特性
2.1 絕對最大額定值
| 在使用過程中，必須嚴格遵守絕對最大額定值，否則可能會對設備造成永久性損壞。 | 參數 | 額定值 |
|---|---|---|
| VCC | 7.0V | |
| 所有輸入和輸出相對于VSS | -0.6V至VCC + 1.0V | |
| 存儲溫度 | -65°C至+150°C | |
| 通電時環境溫度 | -40°C至+125°C | |
| 所有引腳的ESD保護 | ≥ 4 kV |
2.2 DC特性
| DC特性參數在不同的工作電壓和溫度范圍內有所不同，具體如下表所示： | 參數編號 | 符號 | 參數 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 | 條件 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| D1 | VIH1、VIH2 | 高電平輸入電壓 | 2.0V（VCC ≥ 2.7V）、0.7VCC（VCC < 2.7V） | - | VCC + 1V | V | - | |
| D2 | VIL1、VIL2 | 低電平輸入電壓 | -0.3V | - | 0.8V（VCC ≥ 2.7V）、0.2VCC（VCC < 2.7V） | V | - | |
| D3 | VOL1、VOL2 | 低電平輸出電壓 | - | - | 0.4V（IOL = 2.1 mA，VCC = 4.5V）、0.2V（IOL = 100 μA，VCC = 2.5V） | V | - | |
| D4 | VOH1、VOH2 | 高電平輸出電壓 | 2.4V（IOH = -400 μA，VCC = 4.5V）、VCC - 0.2V（IOH = -100 μA，VCC = 2.5V） | - | - | V | - | |
| D5 | ILI | 輸入泄漏電流 | - | - | ±1 μA | μA | VIN = VSS或VCC | |
| D6 | ILO | 輸出泄漏電流 | - | - | ±1 μA | μA | VOUT = VSS或VCC | |
| D7 | CIN、COUT | 引腳電容（所有輸入/輸出） | - | - | 7 pF | pF | VIN/VOUT = 0V（注1），TA = 25°C，FCLK = 1 MHz | |
| D8 | ICC write | 寫入電流 | - | - | 2 mA（FCLK = 3 MHz，Vcc = 5.5V）、500 μA（FCLK = 2 MHz，Vcc = 2.5V） | mA、μA | - | |
| D9 | ICC read | 讀取電流 | - | - | 1 mA（FCLK = 3 MHz，VCC = 5.5V）、500 μA（FCLK = 2 MHz，VCC = 3.0V）、100 μA（FCLK = 2 MHz，VCC = 2.5V） | mA、μA | - | |
| D10 | ICCS | 待機電流 | - | - | 1 μA（工業溫度）、5 μA（汽車溫度） | μA | CLK = Cs = 0V，ORG = DI = VSS或VCC（注2、注3） | |
| D11 | VPOR | VCC電壓檢測 | - | 1.5V（93AA66A/B/C、93LC66A/B/C）、3.8V（93C66A/B/C） | - | V | （注1） |
注1：該參數為定期采樣，并非100%測試。注2：‘A’或‘B’版本無ORG引腳。注3：必須從DO清除Ready/Busy狀態；見3.4節“數據輸出（DO）”。
2.3 AC特性
| AC特性參數同樣與工作電壓和溫度有關，具體如下表： | 參數編號 | 符號 | 參數 | 最小值 | 最大值 | 單位 | 條件 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A1 | FCLK | 時鐘頻率 | - | 3 MHz（4.5V ≤ VCC < 5.5V，93XX66C僅）、2 MHz（2.5V ≤ VCC < 5.5V）、1 MHz（1.8V ≤ VCC < 2.5V） | MHz | - | |
| A2 | TCKH | 時鐘高電平時間 | 200 ns（4.5V ≤ VCC < 5.5V，93XX66C僅）、250 ns（2.5V ≤ VCC < 5.5V）、450 ns（1.8V ≤ VCC < 2.5V） | - | ns | - | |
| A3 | TCKL | 時鐘低電平時間 | 100 ns（4.5V ≤ VCC < 5.5V，93XX66C僅）、200 ns（2.5V ≤ VCC < 5.5V）、450 ns（1.8V ≤ VCC < 2.5V） | - | ns | - | |
| A4 | TCSS | 片選建立時間 | 50 ns（4.5V ≤ VCC < 5.5V）、100 ns（2.5V ≤ VCC < 4.5V）、250 ns（1.8V ≤ VCC < 2.5V） | - | ns | - | |
| A5 | TCSH | 片選保持時間 | 0 ns | - | ns | 1.8V ≤ VCC < 5.5V | |
| A6 | TCSL | 片選低電平時間 | 250 ns | - | ns | 1.8V ≤ VCC < 5.5V | |
| A7 | TDIS | 數據輸入建立時間 | 50 ns（4.5V ≤ VCC < 5.5V，93XX66C僅）、100 ns（2.5V ≤ VCC < 5.5V）、250 ns（1.8V ≤ VCC < 2.5V） | - | ns | - | |
| A8 | TDIH | 數據輸入保持時間 | 50 ns（4.5V ≤ VCC < 5.5V，93XX66C僅）、100 ns（2.5V ≤ VCC < 5.5V）、250 ns（1.8V ≤ VCC < 2.5V） | - | ns | - | |
| A9 | TPD | 數據輸出延遲時間 | - | 200 ns（4.5V ≤ VCC < 5.5V，CL = 100 pF）、250 ns（2.5V ≤ VCC < 4.5V，CL = 100 pF）、400 ns（1.8V ≤ VCC < 2.5V，CL = 100 pF） | ns | - | |
| A10 | TCZ | 數據輸出禁用時間 | - | 100 ns（4.5V ≤ VCC < 5.5V，注1）、200 ns（1.8V ≤ VCC < 4.5V，注1） | ns | - | |
| A11 | TSV | 狀態有效時間 | - | 200 ns（4.5V ≤ VCC < 5.5V，CL = 100 pF）、300 ns（2.5V ≤ VCC < 4.5V，CL = 100 pF）、500 ns（1.8V ≤ VCC < 2.5V，CL = 100 pF） | ns | - | |
| A12 | TWC | 編程周期時間 | - | 6 ms（擦除/寫入模式，AA和LC版本） | ms | - | |
| A13 | TWC | - | 2 ms（擦除/寫入模式，93C版本） | ms | - | ||
| A14 | TEC | - | 6 ms（ERAL模式，4.5V ≤ VCC ≤ 5.5V） | ms | - | ||
| A15 | TWL | - | 15 ms（WRAL模式，4.5V ≤ VCC ≤ 5.5V） | ms | - | ||
| A16 | - | 耐久性 | 1M | - | 周期 | 25°C，VCC = 5.0V，（注2） |
注1：該參數為定期采樣，并非100%測試。注2：此應用未測試，但通過特性保證。對于特定應用中的耐久性估計，請參考Total Endurance?模型，可從Microchip網站（www.microchip.com）獲取。
三、功能描述
3.1 啟動條件
當CS和DI在CLK的上升沿同時為高電平時，設備檢測到啟動位。在檢測到啟動條件之前，CS、CLK和DI可以任意組合變化（除啟動條件外），不會觸發設備操作。一旦CS為高電平，設備將退出待機模式。啟動條件之后的指令，只有在時鐘輸入所需的操作碼、地址和數據位后才會執行。
3.2 數據輸入/輸出（DI/DO）
DI和DO引腳可以連接在一起，但在這種配置下，當A0為邏輯高電平時，可能會在讀取操作前的“虛擬零”期間發生“總線沖突”。為了限制電流，建議在DI和DO之間連接一個電阻。
3.3 數據保護
當VCC低于典型電壓時，所有操作模式將被禁止：‘93AA’和‘93LC’設備為1.5V，‘93C’設備為3.8V。EWEN和EWDS命令可提供額外的數據保護，防止在正常操作期間意外編程。每次寫入操作后，建議執行EWDS命令以增強保護。
3.4 擦除操作
ERASE指令將指定地址的所有數據位強制設置為邏輯‘1’。在加載最后一個地址位后，CS拉低，對于‘93C’設備，在最后一個地址位之前的CLK上升沿啟動寫入周期。通過檢測DO引腳的狀態，可以判斷設備的Ready/Busy狀態。
3.5 全擦除操作（ERAL）
ERAL指令將整個存儲陣列擦除為邏輯‘1’狀態。該操作與擦除操作類似，只是操作碼不同。對于‘93C’設備，在最后一個數據位之前的CLK上升沿啟動寫入周期。執行ERAL操作時，VCC必須≥ 4.5V。
3.6 擦除/寫入禁用和啟用（EWDS/EWEN）
設備上電后默認處于擦除/寫入禁用（EWDS）狀態，所有編程模式必須先執行擦除/寫入啟用（EWEN）指令。EWDS指令可用于禁用所有擦除/寫入功能，應在所有編程操作后執行。讀取指令的執行與EWEN和EWDS指令無關。
3.7 讀取操作
READ指令將尋址存儲位置的串行數據輸出到DO引腳。輸出數據前會有一個虛擬零位，輸出數據位在CLK的上升沿切換，并在指定的時間延遲（TPD）后穩定。當CS保持高電平時，可實現順序讀取。
3.8 寫入操作
WRITE指令后跟隨8位（ORG引腳為低電平或A版本設備）或16位（ORG引腳為高電平或B版本設備）的數據，寫入指定地址。對于93AA66A/B/C和93LC66A/B/C設備，在最后一個數據位時鐘輸入到DI后，CS的下降沿啟動自定時自動擦除和編程周期；對于93C66A/B/C設備，最后一個數據位的CLK上升沿啟動該周期。通過檢測DO引腳的狀態，可以判斷設備的Ready/Busy狀態。
3.9 全寫入操作（WRAL）
WRAL指令將整個存儲陣列寫入指定的數據。該操作與寫入操作類似，對于‘93C’設備，在最后一個數據位的CLK上升沿啟動自定時自動擦除和編程周期。執行WRAL操作時，VCC必須≥ 4.5V，且芯片必須處于EWEN狀態。
四、引腳描述
4.1 引腳功能
| 引腳名稱 | PDIP | SOIC | TSSOP | MSOP | DFN (1) | TDFN (1) | SOT - 23 | 旋轉SOIC | 功能 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CS | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 5 | 3 |
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93AA66A/B/C, 93LC66A/B/C,93C66
93AA76A/B/C, 93LC76A/B/C,93C76
93AA86A/B/C, 93LC86A/B/C, 93C8
93AA86A/B/C, 93LC86A/B/C,93C86
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