深入解析 onsemi CAT25128 128-Kb SPI EEPROM

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，它能够在断电后保留数据，广泛应用于各种电子设备中。今天，我们将深入探讨 onsemi 公司的 CAT25128 128 - Kb SPI EEPROM，了解它的特性、功能和应用。

文件下载：CAT25128-D.PDF

一、产品概述

CAT25128 是一款 128 - Kb 的串行 CMOS EEPROM 设备，内部组织为 16Kx8 位。它具有 64 - 字节的页面写缓冲区，并支持串行外设接口（SPI）协议。该设备通过片选（CS）输入启用，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 CAT25128 设备的任何串行通信。它还具备软件和硬件写保护功能，包括部分和全阵列保护，片上 ECC（错误纠正码）使其适用于高可靠性应用。

二、产品特性

1. 电气特性

• SPI 兼容性：支持 20 MHz SPI，兼容 SPI 模式 (0,0) 和 (1,1)，确保与各种主机设备的高效通信。
• 宽电压范围：供电电压范围为 1.8 V 至 5.5 V，适应不同的电源环境。
• 低功耗：采用低功耗 CMOS 技术，在不同工作模式下电流消耗低，如待机电流 IsB1 在 (V{IN}=GND) 或 (V{CC})，(CS = V{CC})，(WP = V{CC})，(HOLD = V{CC})，(V{CC}=5.5V) 时，(T{A}=-40^{circ}C) 至 (+85^{circ}C) 为 1 μA，(T{A}=-40^{circ}C) 至 (+125^{circ}C) 为 3 μA。

2. 可靠性特性

• 高耐久性：具有 1,000,000 次的编程/擦除周期，保证了长期使用的稳定性。
• 数据保留：数据保留时间长达 100 年，确保数据的长期存储。

3. 封装特性

提供 8 - 引脚 SOIC、TSSOP 和 8 - 焊盘 UDFN 封装，满足不同的 PCB 布局需求。同时，该设备无铅、无卤素/无溴化阻燃剂，符合 RoHS 标准。

三、引脚配置与功能

引脚名称	功能
CS	片选，用于启用/禁用 CAT25128
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	电源供应

需要注意的是，TDFN/UDFN 封装的暴露焊盘可以悬空或接地。

四、电气参数

1. 绝对最大额定值

参数	额定值	单位
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	-0.5 至 +6.5	V

2. 直流工作特性

不同版本（成熟产品和新产品 Rev E）在不同工作条件下的电源电流、待机电流、输入/输出泄漏电流、输入/输出电压等参数有所不同。例如，新产品 Rev E 在 (V{CC}=1.8V)，(f{SCK}=5 MHz)，SO 开路的读取模式下，电源电流为 0.8 mA；在 (V{CC}=5.5V)，(f{SCK}=20 MHz) 时，为 3.0 mA。

3. 交流特性

包括时钟频率、数据建立时间、数据保持时间等参数。例如，新产品 Rev E 在 (V{CC}=1.8V - 5.5V)，(-40^{circ}C) 至 (+85^{circ}C) 时，时钟频率范围为 DC 至 5 MHz；在 (V{CC}=4.5V - 5.5V)，(-40^{circ}C) 至 (+85^{circ}C) 时，时钟频率范围为 DC 至 20 MHz。

4. 上电时序

从电源稳定到可以启动读取操作（(t{PUR})）和写入操作（(t{PUW})）的延迟时间，新产品 Rev E 的 (t{PUR}) 和 (t{PUW}) 范围为 0.1 至 1 ms。

五、功能描述

1. SPI 协议支持

CAT25128 支持 SPI 总线协议的模式 (0,0) 和 (1,1)，包含一个 8 - 位指令寄存器，通过特定的操作码实现不同的功能，如启用写操作（WREN）、禁用写操作（WRDI）、读取状态寄存器（RDSR）等。

2. 状态寄存器

状态寄存器包含多个状态和控制位，如 RDY 位指示设备是否忙于写操作，WEL 位控制设备的写使能状态，BP0 和 BP1 位用于确定哪些块当前被写保护，WPEN 位用于启用 WP 引脚的硬件写保护，IPL 位用于选择访问附加标识页或主内存阵列，LIP 位用于永久写保护标识页。

3. 写操作

• 写使能和写禁用：通过发送 WREN 指令设置内部写使能锁存器和状态寄存器的 WEL 位，发送 WRDI 指令重置写使能锁存器。
• 字节写：在 WEL 位设置后，发送 WRITE 指令、16 - 位地址和数据进行字节写操作。
• 页写：发送第一个数据字节后，主机可继续发送最多 64 个字节的数据。
• 写标识页：在设置 IPL 位后，可使用与主内存阵列页写相同的命令序列写入附加的 64 - 字节标识页。
• 写状态寄存器：通过发送 WRSR 指令写入状态寄存器，只有特定的位可以被写入。

4. 读操作

• 从内存阵列读取：发送 READ 指令和 16 - 位地址，CAT25128 会在 SO 引脚输出数据。
• 读标识页：设置 IPL 位后，使用与主内存阵列读取相同的命令序列读取标识页。
• 读状态寄存器：发送 RDSR 命令，CAT25128 会在 SO 引脚输出状态寄存器的内容。

5. 暂停操作

HOLD 输入可用于暂停主机与 CAT25128 之间的通信，将 HOLD 拉低并在 SCK 为低时恢复通信。

六、设计考虑

1. 上电复位

CAT25128 包含上电复位（POR）电路，保护内部逻辑在上电时处于正确状态。设备在上电后进入待机模式，当 (V{CC}) 超过 POR 触发水平时；当 (V{CC}) 低于 POR 触发水平时，进入复位模式，防止因临时断电导致的“掉电”故障。

2. 初始状态

设备上电后处于写禁用状态和低功耗待机模式，在进行写操作前必须发送 WREN 指令。

3. 操作流程

上电后，CS 引脚必须拉低以进入就绪状态并接收指令。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，(overline{CS}) 输入必须设置为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。任何无效的操作码将被忽略，串行输出引脚（SO）将保持高阻抗状态。

七、订购信息

CAT25128 提供多种不同的订购选项，包括不同的封装类型（TSSOP - 8、UDFN - 8、SOIC - 8 等）、温度范围（工业级 -40 °C 至 +85 °C 和扩展级 -40 °C 至 +125 °C）和引脚镀层（NiPdAu、Matte - Tin），并以卷带形式发货。

八、总结

onsemi 的 CAT25128 128 - Kb SPI EEPROM 具有丰富的特性和功能，适用于各种需要数据存储的电子设备。其高可靠性、宽电压范围、低功耗和多种封装选择，为工程师在设计中提供了更多的灵活性和便利性。在实际应用中，工程师需要根据具体的需求和工作条件，合理选择和使用该产品，以确保系统的稳定性和性能。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和见解。