Onsemi N24S64：64 Kb I²C CMOS串行EEPROM的详细解析

在电子设计领域，EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）是一种常用的非易失性存储器，广泛应用于各种需要数据存储的设备中。Onsemi的N24S64就是这样一款性能出色的64 Kb串行CMOS EEPROM，下面我们就来详细了解一下它的特点和使用方法。

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产品概述

N24S64是一款64 Kb的串行CMOS EEPROM，内部组织为8,192个8位字。它具有32字节的页写缓冲区，支持标准（100 kHz）、快速（400 kHz）和快速增强（1 MHz）的I²C协议。此外，该器件还具备128位工厂设置的只读唯一ID、可永久锁定的32字节安全数据页以及整个阵列的软件写保护功能。通过设备配置寄存器，用户可以指定设备地址的最后3位，允许在同一总线上最多寻址8个N24S64设备。

引脚功能

引脚名称	功能
SDA	串行数据输入/输出
SCL	串行时钟输入
VCC	电源
VSS	接地

产品特性

1. 协议支持：支持标准、快速和快速增强I²C协议，满足不同应用场景的需求。
2. 宽电压范围：1.7 V至5.5 V的电源电压范围，增强了产品的适用性。
3. 页写缓冲区：32字节的页写缓冲区，提高了数据写入效率。
4. 安全数据页：可锁定的安全数据页，保护重要数据不被修改。
5. 用户可编程功能：用户可编程的写保护和设备地址，增加了使用的灵活性。
6. 抗干扰设计：I²C总线输入（SCL和SDA）上的施密特触发器和噪声抑制滤波器，提高了信号的稳定性。
7. 低功耗技术：采用低功耗CMOS技术，降低了功耗。
8. 高可靠性：1,000,000次编程/擦除周期和100年的数据保留时间，保证了产品的可靠性。
9. 宽温度范围：工业温度范围为−40°C至+85°C，适用于各种恶劣环境。
10. 封装形式：超薄4球WLCSP封装，节省了电路板空间。
11. 环保标准：无铅、无卤素/无溴化阻燃剂，符合RoHS标准。

电气特性

绝对最大额定值

参数	额定值	单位
存储温度	-65 至 +150	°C
任何引脚相对于地的电压（注1）	-0.5 至 +6.5	V

注1：任何引脚的直流输入电压不应低于 -0.5 V或高于 (V{CC}+1.0 V)。在转换期间，任何引脚的电压在小于20 ns的时间内可能下冲至不小于 -1.5 V或上冲至不超过 (V{CC}+1.5 V)。

可靠性特性

符号	参数	最小值	单位
NEND（注3）	耐久性	1,000,000	编程/擦除周期
TDR（注4）	数据保留	100	年

注3：页模式，(V{CC}=5 V)，25°C；注4：(T{A}=55^{circ}C)。

直流和交流工作条件

电源电压 / 温度范围	操作
(V{CC}=1.7 V) 至 5.5 V / (T{A}=-40^{circ}C) 至 +85°C	读/写
(V{CC}=1.6 V) 至 5.5 V / (T{A}=-40^{circ}C) 至 +85°C	读
(V{CC}=1.6 V) 至 5.5 V / (T{A}=0^{circ}C) 至 +85°C	写

直流工作特性

符号	参数	测试条件	最小值	最大值	单位
ICCR	读电流	读，(f_{SCL}=400 kHz/1 MHz)	1		mA
ICCW	写电流		2		mA
ISB	待机电流	所有I/O引脚接地或接 (V{CC})，(V{CC}<2.5 V)		1	μA
		(V_{CC}>2.5 V)		2	μA
IL	I/O引脚泄漏电流	引脚接地或接 (V_{CC})		2	μA
VIL1	输入低电压	(V_{CC}geq2.5 V)	-0.5	0.3 (V_{CC})	V
VIL2	输入低电压	(V_{CC}<2.5 V)	-0.5	0.25 (V_{CC})	V
VIH1	输入高电压	(V_{CC}geq2.5 V)	0.7 (V_{CC})	(V_{CC}+1)	V
VIH2	输入高电压	(V_{CC}<2.5 V)	0.75 (V_{CC})	(V_{CC}+1)	V
VOL1	输出低电压	(V{CC}geq2.5 V)，(I{OL}=3.0 mA)		0.4	V
VOL2	输出低电压	(V{CC}<2.5 V)，(I{OL}=1.0 mA)		0.2	V

引脚阻抗特性

符号	参数	条件	最大值	单位
CIN（注5）	SDA I/O引脚电容	(V_{IN}=0 V)	8	pF
CIN（注5）	输入电容（其他引脚）	(V_{IN}=0 V)	6	pF

注5：这些参数在初始测试以及影响该参数的设计或工艺更改后，根据适当的AEC - Q100和JEDEC测试方法进行测试。

交流特性

交流特性根据“A.C.测试条件”表进行测试，部分参数在初始测试以及影响该参数的设计或工艺更改后进行测试。

交流测试条件

参数	条件
输入电平	0.2 × (V{CC}) 至 0.8 × (V{CC})
输入上升和下降时间	≤ 50 ns
输入参考电平	0.3 × (V{CC})，0.7 × (V{CC})
输出参考电平	0.5 × (V_{CC})
输出负载	电流源：(I{OL}=3 mA)（(V{CC}geq2.5 V)）；(I{OL}=1 mA)（(V{CC}<2.5 V)）；(C_{L}=100 pF)

功能描述

上电复位（POR）

N24S64内置了上电复位（POR）电路，可保护设备在错误状态下上电。当 (V{CC}) 超过POR触发电平后，N24S64将进入待机模式；当 (V{CC}) 低于POR触发电平，设备将进入复位模式。这种双向POR功能可防止设备在临时断电后出现“掉电”故障。

I²C总线协议

I²C总线由SCL和SDA两根线组成，通过上拉电阻连接到 (V_{CC}) 电源。主设备和从设备通过各自的SCL和SDA引脚连接到两线总线。发送设备通过拉低SDA线来传输“0”，释放SDA线来传输“1”。数据传输仅在总线不忙时才能启动，在数据传输期间，SCL线为高电平时，SDA线必须保持稳定。SCL为高电平时，SDA的跳变将被解释为起始或停止条件。

设备寻址

主设备通过在总线上创建起始条件来启动数据传输，然后广播一个8位的串行从设备地址。前4位为1010用于正常读写操作，1011用于特殊读写操作。接下来的3位必须与设备配置寄存器中的A2、A1、A0位匹配，最后一位R/W指定是读（1）还是写（0）操作。

应答

从设备处理从设备地址后，在第9个时钟周期通过拉低SDA线进行应答（ACK）。在写模式下，如果寻址位置未被写保护，从设备还将对所有地址字节和每个数据字节进行应答。在读模式下，从设备移出一个数据字节，然后在第9个时钟周期释放SDA线。只要主设备应答数据，从设备将继续传输。主设备通过不应答最后一个数据字节（NoACK）并发出停止条件来终止会话。

读写操作

写操作

• 字节写：主设备发送起始信号、从设备地址、两个字节地址和要写入的数据，从设备应答所有4个字节，主设备随后发出停止信号，启动内部写操作。在内部写周期（tWR）内，N24S64不会应答主设备的任何读写请求。
• 页写：N24S64包含8,192字节的数据，分为256页，每页32字节。两个字节的地址字指向要写入内存阵列的第一个字节。一次写周期最多可写入32字节，内部字节地址计数器在每个数据字节加载后自动递增。如果主设备传输超过32个数据字节，较早的字节将被较晚的字节以“环绕”方式覆盖。内部写周期在停止信号后立即开始。
• 确认轮询：通过在启动内部写周期的停止条件后立即发送读写请求，可以确定N24S64的就绪/忙状态。只要内部写操作正在进行，N24S64将不应答从设备地址。设备配置寄存器写指令不支持确认轮询，发送该指令后，主设备必须等待 (t_{WR}=5 ms) 才能发送新指令。
• 安全数据页写：类似于页写指令，要寻址安全数据页，用户必须使用头1011后跟与设备配置寄存器中匹配的A2 A1 A0位来寻址设备。
• 安全数据页锁定：类似于字节写指令，要锁定安全数据页以防止未来更改，用户必须使用头1011后跟与设备配置寄存器中匹配的A2 A1 A0位来寻址设备。发送该指令后，用户只能读取安全数据页的内容，不能写入。
• 设备配置寄存器写：类似于字节写指令，用户必须使用头1011b后跟与设备配置寄存器中匹配的A2 A1 A0位来寻址设备。数据字节将被写入设备配置寄存器，A2、A1、A0位确定设备地址。软件写保护位（SWP）设置为1时，内存阵列、安全数据页和设备配置寄存器将受到写操作保护。该指令不支持确认轮询。

读操作

• 立即读：当收到 (R / overline{W}) 位设置为“1”的从设备地址时，N24S64将其解释为请求当前内存字节地址的数据。N24S64应答从设备地址，立即移出当前地址的数据，然后等待主设备响应。如果主设备不应答数据（NoACK）并发出停止条件，N24S64返回待机模式。
• 选择性读：要读取特定位置的数据，必须先按照字节写的方式初始化内部地址计数器。如果主设备在两个地址字节后执行立即读序列，N24S64将使用14个有效地址位初始化内部地址计数器，并移出相应位置的数据。如果主设备不应答数据（NoACK）并发出停止条件，N24S64返回待机模式。
• 顺序读：如果在读取会话中主设备应答第一个数据字节，N24S64将继续传输后续位置的数据，直到主设备以NoACK响应，然后发出停止条件。与页写不同，在顺序读期间，地址计数将自动递增并在内存末尾环绕（而不是页末尾）。
• 安全数据页读：类似于顺序读指令，要从安全数据页的特定位置读取数据，通过发送设备头和两个地址字节来初始化地址计数器，然后执行立即读操作，设备将从安全数据页返回数据。到达安全数据页末尾时，地址计数器将环绕到零，下一个返回的字节将是页面的第一个字节。
• 设备配置寄存器读：类似于选择性读指令，用户必须发送设备头和两个地址字节，然后执行立即读操作，设备将返回设备配置寄存器的内容。如果主设备应答数据字节并请求更多数据，设备将继续返回设备配置寄存器的内容，直到主设备以NoACK响应。
• 唯一ID号读：类似于顺序读指令，用户必须发送以1011b开头的设备头，然后执行立即读操作，设备将逐字节返回唯一ID。唯一ID长度为16字节（128位）。如果主设备应答（请求更多数据），设备将环绕并从开头开始返回唯一ID。
• 安全数据页锁定状态读：有两种方法检查安全数据页的锁定状态。第一种方法是发起安全数据页写操作，如果安全数据页未锁定，EEPROM将应答；如果锁定，则不应答。第二种方法是使用锁定状态读指令，类似于选择性读指令，但需要使用设备地址1011b后跟A2、A1、A0位。设备将返回一个数据字节，其中第1位表示锁定状态。

订购信息

设备订购号	特定设备标记	封装类型	温度范围	引脚涂层	运输方式
N24S64C4DYT3G	N	WLCSP 4球	工业（-40°C至 +85°C）	N/A	5,000 / 卷带包装

所有封装均符合RoHS标准（无铅、无卤素）。需要注意的是，WLCSP封装的EEPROM设备绝不能暴露在紫外线下，否则EEPROM单元将丢失存储的数据。

Onsemi的N24S64 EEPROM以其丰富的功能、高可靠性和灵活的使用方式，为电子工程师在数据存储方面提供了一个优秀的选择。在实际应用中，我们需要根据具体的需求和场景，合理使用其各项功能，以达到最佳的设计效果。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。