Onsemi N24C256：256 Kb I²C CMOS串行EEPROM的深度解析

在电子设计领域，EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）是一种常用的存储设备，它能在断电后保留数据，广泛应用于各种电子系统中。Onsemi的N24C256就是一款具有特色的256 Kb串行CMOS EEPROM，本文将对其进行详细解析。

文件下载：N24C256-D.PDF

一、产品概述

N24C256是一款256 Kb的串行CMOS EEPROM，内部组织为32768个8位字。它具有64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。写保护输入允许对存储阵列进行硬件保护，A2输入则允许两个N24C256设备连接到同一总线上。

二、产品特性

（一）协议支持

支持标准、快速和快速增强I²C协议，这使得它能适应不同速率要求的系统，提高了其通用性和灵活性。你在设计时，是否会根据系统的具体需求来选择合适的协议速率呢？

（二）地址选择

具有两个可选的I²C设备地址，方便在同一总线上连接多个设备，增加了系统的扩展性。

（三）电压范围

1.7 V至5.5 V的宽电源电压范围，使其能适应不同的电源环境，降低了对电源的要求。

（四）其他特性

• 64字节页写缓冲区：提高了写入效率，减少了写入时间。
• 施密特触发器和噪声抑制滤波器：增强了I²C总线输入（SCL和SDA）的抗干扰能力。
• 低功耗CMOS技术：降低了功耗，延长了设备的使用寿命。
• 1,000,000次编程/擦除周期和100年数据保留：保证了数据的可靠性和持久性。
• 工业温度范围（−40°C至 +85°C）：适用于各种工业环境。
• 超薄6球WLCSP封装：体积小，节省了电路板空间。
• 无铅、无卤、符合RoHS标准：符合环保要求。

三、引脚配置

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
WP	硬件写保护
A2	地址引脚

这些引脚的功能明确，在设计电路时，你需要根据其功能合理连接，以确保设备的正常运行。

四、电气特性

（一）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	−0.5至 +6.5	V

在使用过程中，要严格遵守这些额定值，否则可能会损坏设备。

（二）可靠性特性

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

这些特性保证了设备在长期使用过程中的可靠性。

（三）直流和交流工作条件

不同的电源电压和温度范围对应不同的读写操作，具体如下：	电源电压 / 温度范围	操作
VCC = 1.7 V至5.5 V / TA = −40 °C至 +85 °C	读/写
VCC = 1.6 V至5.5 V / TA = −40 °C至 +85 °C	读
VCC = 1.6 V至5.5 V / TA = 0 °C至 +85 °C	写

在设计电路时，需要根据实际的工作条件来选择合适的电源和温度范围。

（四）直流工作特性

包括读电流、写电流、待机电流、I/O引脚泄漏、输入低电压、输入高电压、输出低电压等参数，这些参数会影响设备的性能和功耗。

（五）引脚阻抗特性

SDA I/O引脚电容和其他引脚的输入电容在特定条件下有最大值限制，这对于信号的传输和抗干扰能力有一定影响。

（六）交流特性

不同协议模式下的时钟频率、各种时间参数（如START条件保持时间、SCL时钟低周期等）都有明确的规定，这些参数是保证I²C总线正常通信的关键。

五、功能描述

（一）上电复位（POR）

N24C256内置上电复位电路，能防止设备在错误状态下上电。当VCC超过POR触发电平，设备进入待机模式；当VCC低于POR触发电平，设备进入复位模式，这种双向POR特性可防止因临时断电导致的“掉电”故障。

（二）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VCC。主设备和从设备通过各自的SCL和SDA引脚连接到总线。数据传输在总线空闲时启动，SDA线在SCL线为高电平时必须保持稳定，SDA的电平转换会被解释为START或STOP条件。

（三）设备寻址

主设备通过在总线上创建START条件启动数据传输，然后广播一个8位串行从设备地址，其中前4位固定为1010，接下来3位必须与A2、0和0的逻辑状态匹配，最后一位指定读（1）或写（0）操作。

（四）确认（ACK）

从设备处理完从设备地址后，会在第9个时钟周期通过拉低SDA线进行确认。在写模式下，从设备会确认所有地址字节和每个数据字节；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。

六、读写操作

（一）写操作

• 字节写：主设备发送START、从设备地址、两个字节地址和要写入的数据，从设备确认所有4个字节后，主设备发送STOP，启动内部写操作。在内部写周期（tWR）内，从设备不会响应主设备的读写请求。
• 页写：N24C256的32768字节数据分为512页，每页64字节。两个字节的地址字指向要写入的第一个字节，内部字节地址计数器会在每个数据字节加载后自动递增。一次写周期最多可写入64字节，若主设备发送超过64字节，会以“环绕”方式覆盖早期字节。内部写周期在STOP后立即开始。
• 确认轮询：通过在启动内部写周期的STOP条件后立即发送读写请求，可以确定N24C256的就绪/忙碌状态。只要内部写操作正在进行，N24C256就不会确认从设备地址。

（二）读操作

• 立即读：当N24C256收到R/W位设置为'1'的从设备地址时，会将其解释为读取当前字节地址数据的请求。它会确认从设备地址，立即移出当前地址的数据，然后等待主设备响应。若主设备不确认数据并发送STOP条件，N24C256返回待机模式。
• 选择性读：要读取特定位置的数据，首先需要按照字节写的方式初始化内部地址计数器。若主设备在两个地址字节后发送立即读序列，N24C256会使用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。若主设备不确认数据并发送STOP条件，N24C256返回待机模式。
• 顺序读：在读取会话中，若主设备确认第一个数据字节，N24C256会继续传输后续位置的数据，直到主设备发送NoACK和STOP。与页写不同，顺序读时地址计数会在内存末尾自动递增并环绕。

七、订购信息

设备订购号	特定设备标记	封装类型	温度范围	引脚镀层	包装
N24C256C6DYT3G	T	WLCSP 6球	工业（−40 °C至 +85 °C）	N/A	5,000 / 卷带包装

需要注意的是，WLCSP封装的EEPROM设备绝不能暴露在紫外线下，否则会丢失存储的数据。

Onsemi的N24C256是一款功能强大、性能可靠的EEPROM，在电子设计中具有广泛的应用前景。在实际设计中，你需要根据具体需求合理选择和使用这款设备，以充分发挥其优势。你在使用EEPROM时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。