深入解析Onsemi CAT25080/25160：8/16 - Kb SPI EEPROM的卓越之选

在电子设计中，EEPROM（电可擦可编程只读存储器）是一种常用的存储设备，它能够在掉电后保存数据，并且可以多次擦除和编程。Onsemi的CAT25080和CAT25160就是两款性能出色的串行EEPROM，支持SPI（串行外设接口）协议，为工程师们提供了可靠的数据存储解决方案。下面，我们就来详细了解一下这两款产品。

文件下载：CAT25080-D.PDF

产品概述

CAT25080和CAT25160分别是8 - Kb和16 - Kb的串行EEPROM，内部组织为1024x8/2048x8位。它们具有32字节的页写缓冲区，并支持SPI协议。通过片选（CS）输入来启用设备，所需的总线信号包括时钟输入（SCK）、数据输入（SI）和数据输出（SO）线。此外，HOLD输入可用于暂停与设备的串行通信。这两款设备还具备软件和硬件写保护功能，包括部分和全阵列保护。

产品特性

电气特性

• 宽电压范围：支持1.8 V至5.5 V的电源电压范围，能适应不同的应用场景。
• 高速SPI通信：20 MHz SPI（5 V）兼容，SPI模式为（0,0）和（1,1），可实现快速的数据传输。
• 低功耗CMOS技术：有效降低功耗，延长设备的使用寿命。

存储特性

• 页写缓冲区：32字节的页写缓冲区，提高了数据写入的效率。
• 高耐用性：具有1,000,000次的编程/擦除周期，以及100年的数据保留时间，保证了数据的长期可靠性。

保护特性

• 硬件和软件保护：提供硬件和软件写保护功能，可保护1/4、1/2或整个EEPROM阵列，防止数据被意外修改。
• 工业级温度范围：支持工业和扩展温度范围，适用于各种恶劣的工作环境。

封装特性

• 多种封装形式：提供8 - 引脚的SOIC、TSSOP和8 - 焊盘的UDFN封装，方便不同的电路板设计。
• 环保设计：这些设备是无铅、无卤素/无溴化阻燃剂（BFR）的，符合RoHS标准。

引脚配置

Pin Name	Function
CS	片选
SO	串行数据输出
WP	写保护
VSS	接地
SI	串行数据输入
SCK	串行时钟
HOLD	暂停传输输入
VCC	电源

需要注意的是，UDFN封装的暴露焊盘可以悬空或接地。

电气参数

绝对最大额定值

Parameters	Ratings	Units
工作温度	-45至 +130	°C
存储温度	-65至 +150	°C
任何引脚相对于地的电压（注1）	-0.5至VCC + 0.5	V

注1：任何引脚的直流输入电压不应低于 -0.5 V或高于VCC + 0.5 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低于 -1.5 V或上冲至不超过VCC + 1.5 V。

可靠性特性

Symbol	Parameter	Min	Units
NEND（注3）	耐久性	1,000,000	编程/擦除周期
TDR	数据保留	100	年

注3：页模式，VCC = 5 V，25°C。

直流工作特性

在不同的电源电压和温度范围内，设备的直流工作特性有所不同，具体参数可参考数据手册中的表格。

引脚电容

Symbol	Test Conditions	Min	Typ	Max	Units
COUT	输出电容（SO），VOUT = 0 V			8	pF
CIN	输入电容（CS、SCK、SI、WP、HOLD），VIN = 0 V			8	pF

功能描述

通信协议

CAT25080/160支持SPI总线协议，模式为（0,0）和（1,1）。设备包含一个8位的指令寄存器，指令集和相关的操作码如下：	Instruction	Opcode	Operation
WREN	0000 0110	启用写操作
WRDI	0000 0100	禁用写操作
RDSR	0000 0101	读取状态寄存器
WRSR	0000 0001	写入状态寄存器
READ	0000 0011	从内存读取数据
WRITE	0000 0010	向内存写入数据

状态寄存器

状态寄存器包含多个状态和控制位，其中：

• RDY（就绪）位：指示设备是否正在进行写操作。在内部写周期期间，该位自动设置为1，当设备准备好接受命令时，重置为0。主机只能读取该位。
• WEL（写使能锁存器）位：由WREN/WRDI命令设置/重置。当设置为1时，设备处于写使能状态；当设置为0时，设备处于写禁用状态。
• BP0和BP1（块保护）位：确定当前哪些块被写保护。用户可以使用WRSR命令设置这些位，并且这些位是非易失性的。用户可以根据需要保护四分之一、二分之一或整个内存。

写操作

• 写使能和写禁用：通过向CAT25080/160发送WREN指令来设置内部写使能锁存器和相应的状态寄存器WEL位。在发送WREN指令后，必须将CS输入置高，否则写使能锁存器将无法正确设置。通过发送WRDI指令来重置内部写使能锁存器。
• 字节写：当WEL位设置后，用户可以通过发送WRITE指令、16位地址和数据来执行写序列。内部编程将在CS从低到高转换后开始。在内部写周期期间，除了RDSR（读取状态寄存器）之外的所有命令都将被忽略。
• 页写：在向CAT25080/160发送第一个数据字节后，主机可以继续发送数据，最多可达32字节。每个数据字节发送后，低阶地址位自动递增，而高阶地址位（页地址）保持不变。如果超过页的末尾，加载将“回绕”到页的第一个字节，可能会覆盖先前加载的数据。写周期完成后，设备自动返回写禁用状态。
• 写状态寄存器：通过发送WRSR指令来写入状态寄存器，只有位2、3和7可以使用WRSR命令写入。
• 写保护：写保护（WP）引脚可用于保护块保护位BP0和BP1不被意外更改。当WP为低且WPEN位设置为“1”时，禁止对状态寄存器进行写操作。

读操作

• 从内存阵列读取：主机发送READ指令，后跟16位地址，CAT25080/160将在SO引脚输出数据。顺序存储的数据可以通过继续运行时钟来读取。内部地址指针在数据输出时自动递增到下一个更高的地址。达到最高内存地址后，地址计数器“回绕”到最低内存地址，读取周期可以无限继续。读取操作通过将CS置高来终止。
• 读取状态寄存器：主机发送RDSR命令，CAT25080/160将在SO引脚输出状态寄存器的内容。状态寄存器可以在任何时间读取，包括内部写周期期间。

暂停操作

HOLD输入可用于暂停主机与CAT25080/160之间的通信。要暂停，HOLD必须在SCK为低时置低；要恢复通信，HOLD必须在SCK为低时置高。

设计考虑

• 上电复位（POR）电路：CAT25080/160设备集成了POR电路，可保护内部逻辑在上电时不会处于错误状态。当VCC超过POR触发电平，设备将上电进入待机模式；当VCC低于POR触发电平，设备将断电进入复位模式。这种双向POR行为可防止设备在临时停电后出现“掉电”故障。
• 初始状态：设备上电时处于写禁用状态和低功耗待机模式。在进行任何写操作之前，必须发出WREN指令。上电后，CS引脚必须置低以进入就绪状态并接收指令。
• 写操作后的状态：成功进行字节/页写或状态寄存器写后，设备进入写禁用模式。在适当数量的时钟周期后，CS输入必须置高以启动内部写周期。在内部写周期期间，对内存阵列的访问将被忽略，编程将继续进行。任何无效的操作码都将被忽略，串行输出引脚（SO）将保持高阻抗状态。

订购信息

CAT25080和CAT25160提供多种不同的封装和温度范围选项，具体的订购信息可参考数据手册中的表格。

Onsemi的CAT25080和CAT25160是两款功能强大、性能可靠的串行EEPROM，适用于各种需要数据存储的应用场景。工程师们在设计时可以根据具体的需求选择合适的产品，并注意相关的电气参数和操作要求，以确保设备的正常运行。大家在使用过程中有没有遇到过什么问题呢？欢迎在评论区分享交流。