【雜談】如何測試EEPROM可以保存數據100年以及擦寫次數,磨損均衡問題,阿倫尼烏斯方程的老化測試法

 

【引出問題】

引用帖子:https://hackaday.com/2023/12/21/how-do-you-test-if-an-eeprom-can-hold-data-for-100-years/

在hackaday上看到一篇有意思的帖子,如何測試 EEPROM 是否可以保存數據 100 年以及EERPOM的耐久性問題

比如Microchip的文檔裏面介紹,EEPROM可以將數據保留200年。如果按照時間測試,顯然是不現實的。

需要一個更好的,加速磨損測試的方法


【基於阿倫尼烏斯方程的老化測試法】

阿倫尼烏斯方程是一種描述化學反應速率常數與溫度之間關係的經驗公式,溫度升高,分子運動速度加快,使得反應物分子更容易碰撞,從而增大反應速率。阿倫尼烏斯方程可以用於研究化學反應、固體材料的熱處理、生物化學等多個領域。

在幾十年或幾個世紀的時間裏,塑料會降解,材料會氧化,並且會繼續進行各種其他化學反應。這些化學反應會破壞硅芯片的微小結構

因此,要測試設備的長期數據保留,您只需將其放置在比典型溫度更高的環境中,並檢查其隨時間推移如何保存數據。當然,這是通過許多具有科學嚴謹性的樣本完成的,從而能夠獲得統計見解。顯然,也有侷限性。在 500 °C 下測試 EEPROM 是沒有意義的,它們會在幾秒鐘內熔化和燃燒。

這些壽命測試的關鍵是監測特定的故障機制,例如存儲單元中的電荷泄漏。瞭解這些故障模式對於預測數據丟失和制定降低此類風險的策略至關重要。這些特定故障將在自己的時間範圍內發生,並且比其他故障更容易受到某些條件的影響。

值得注意的是,加速老化方法不僅用於評估閃存和EEPROM;這些技術應用於從檔案紙到油墨和其他此類產品的所有產品。不過,這些方法並非沒有缺點。對這些方法的批評圍繞着這樣一個事實,即不同的化學反應可以在不同的溫度下發生,這破壞了加速老化過程與在較低溫度下隨時間自然發生的情況之間的相關性。相關性有時可能很差,對於許多項目,尤其是最近發明的項目,我們根本沒有機會將加速老化結果與實時發生的結果進行比較。


【怎麼理解擦寫次數】

引用:https://microchip.my.site.com/s/ ... Endurance-of-EEPROM

比如EEPROM字節擦除爲0xFF(直接寫入0xFF即可),那麼對這個地址依次寫入如下數據,總的擦寫次數減1

擦除 : 0b11111111
Write : 0b01111111
Write : 0b10111111
Write : 0b11011111
Write : 0b11101111
Write : 0b11110111
Write : 0b11111011
Write : 0b11111101
Write : 0b11111110
最終 :   0b00000000

 

但下面這種測試,擦寫次數要減2
擦除  : 0b11111111
write : 0b01111111
write : 0b01111111 

 

也就是說,相同的位置1變成0,或者0繼續覆蓋0,擦寫次數都要減1,而1繼續寫入1,是不影響的。


【EERPOM磨損均衡】

如果頻繁對通過一個地址寫輸入,需要磨損均衡支持,下面是一個開源算法
https://github.com/PRosenb/EEPROMWearLevel

Microchip官方也有一個,但是沒法下載了
https://www.microchip.com/en-us/application-notes?rv=1234aa97



【汽車級EERPOM】

安森美2018年時推出汽車級AEC-Q100認證的0級和1級EEPROM器件,重點了解下汽車級的EEPROM參數

(1)最高等級是0級,依次往下,比如0級是指該器件已經通過-40°C到+150°C之間的環境溫度範圍內運行的測試。
Grade 0: -40°C to +150°C
Grade 1: -40°C to +125°C
Grade 2: -40°C to +105°C
Grade 3: -40°C to +85°C
Grade 4: 0°C to +70°C

(2)對於安全至上的應用,如駕駛員輔助、制動系統和一般發動機管理,製造商熱衷於指定現在可達汽車0級的器件,即-40°C到+150°C的溫度範圍。閃存並不適合汽車1級或0級環境,因爲潛在工藝已針對消費者應用進行了優化,這意味着高密度和高性能。在汽車應用中,速度和密度的重要性次於耐用性和保存時間,在這裏,EEPROM是非易失性存儲器的首選形式。用於製造EEPROM的工藝更適合於承受惡劣的環境。

(3)作爲汽車行業真正的汽車0級EEPROM,400萬次讀/寫週期,數據保存時間爲200年,還具有錯誤代碼糾錯的特性。


【參考資料】

https://hackaday.com/2023/12/21/how-do-you-test-if-an-eeprom-can-hold-data-for-100-years/
https://www.microchip.com/en-us/application-notes/an2526
http://ww1.microchip.com/downloads/jp/AppNotes/00537.pdf
https://www.st.com/resource/en/a ... icroelectronics.pdf
http://www.mosaic-industries.com ... ility-wear-leveling


ROM :只讀存儲器
PROM : 可編程只讀存儲器
EPROM : 可擦除可編程EPROM, EPROM芯片必須從器件中移除才能重新編程
EEPROM:  解決EPROM的痛點。

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