基于I2C串行通信的EEPROM在電視中的設計應用

　　1 前言 　　

　　近年來(lái)，數字化電視技術(shù)迅猛發(fā)展，特別是遙控系統的面市，各廠(chǎng)商在電視機中加人微處理器(MCU)，各種人工智能化彩電完全替代了老式電視手動(dòng)(機械式)控制和記憶方式。隨著(zhù)電視專(zhuān)用MCU功能日益強大，用戶(hù)使用的功能日趨豐富，所需存儲的數據和刷新速度不斷提高，先后涌現出各種型號和規格的存儲器。目前，電視機中應用最為廣泛的是E2PROM。

因為E2PROM保存著(zhù)大量與電視機工作狀態(tài)密切相關(guān)的數據，其可靠性就遙控電視而言至關(guān)重要，視為第二核心器件。E2PROM與第一核心器件 (MCU)保持通信，并存儲電視機的工作信息。有時(shí)由于存儲數據的丟失造成重大損失，甚至導致數據無(wú)法修復。因此，在電視系統中，對于系統數據和用戶(hù)數據的存儲一般采用電可擦除存儲器E2PROM。E2PROM具有操作簡(jiǎn)便、數據存儲時(shí)間長(cháng)、存儲溫度范圍廣、可擦寫(xiě)次數多等優(yōu)點(diǎn)。以ATMEL公司推出的 AT24CXX系列為代表的串口通信E2PROM，以其質(zhì)量可靠、接口簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為電視產(chǎn)品設計中E2PROM的首選器件。

2 AT24CXX系列簡(jiǎn)介 　　

與并行通信存儲器相比，串行通信存儲器以其占用很少的資源和I／O總線(xiàn)、體積小等優(yōu)點(diǎn)而應用廣泛。典型的串行通信E2PROM AT24CXX是I2C總線(xiàn)串行器件，具有工作電源寬(1.8～5.5 V)，抗干擾能力強f輸入引腳內置施密特觸發(fā)器濾波抑制噪聲)，功耗低(寫(xiě)狀態(tài)時(shí)最大工作電流3 mA)，高可靠性(寫(xiě)次數100萬(wàn)次，數據保存100年)，支持在線(xiàn)編程等特點(diǎn)。

圖1給出AT24CXX的內部結構框圖，SDA引腳可實(shí)現雙向串行數據傳輸，在SCL引腳輸入時(shí)鐘信號的上升沿將數據送入E2PROM，并在時(shí)鐘的下降沿將數據讀出。

根據存儲器空間地址的大小，AT24CXX分為C02／2K、C04／4K、C08(A)／8K、C16／16K等多種版本，各版本器件除存儲空間不同外，其內部性能基本一致，用戶(hù)可根據實(shí)際使用的條件合理選擇相應器件。A2、A1和A0引腳為AT24CXX的硬件連接的器件地址輸入引腳。一條總線(xiàn)上最多可掛接8個(gè)AT24C02或4個(gè)AT24C04或2個(gè)AT24C08(A)或1個(gè)AT24C16。

另外，AT24CXX系列器件具有用于硬件數據寫(xiě)保護功能引腳。當該引腳接低電平時(shí)，允許器件正常讀／寫(xiě)操作；當該引腳接高電平時(shí)，器件啟動(dòng)寫(xiě)保護功能。各版本器件的寫(xiě)保護功能說(shuō)明及存儲結構如表1所示。

3 AT24CXX在彩電中的設計及應用 　　

雖然AT24CXX外圍引腳和元件數很少，接口電路簡(jiǎn)單，但在實(shí)際CRT彩電應用中，由于電視機內存在高壓跳火等干擾信號，E2PROM會(huì )出現一些“怪”現象，導致電視機工作異常。以下給出導致電視機異常工作的主要現象。

3.1 非人為因素改變E2PROM部分數據 　　

這種現象表現為電視機的工作狀態(tài)在某次開(kāi)機后工作異常。如果在發(fā)現異常后無(wú)任何處理，將在一段時(shí)間內保持異常狀態(tài)。最常見(jiàn)現象如系統關(guān)鍵數據 (行、場(chǎng)數據)的突變，這種現象一般是由開(kāi)機時(shí)顯像管打火或其他原因導致I2C總線(xiàn)數據線(xiàn)工作異常產(chǎn)生的誤操作。出現這種現象時(shí)，如果在工廠(chǎng)菜單或用戶(hù)菜單里根據標準數據調整這些突變的數據，則可以糾正解決；如果這些突變的數據無(wú)法調整，則必須采取軟件復位、E2PROM賦初始值等方法解決。

從硬件上預防這種現象的方法大多是在I2C總線(xiàn)的SDA、SCL數據線(xiàn)靠近E2PROM引腳處，與地線(xiàn)間加穩壓二極管，從而起到保護總線(xiàn)端口的作用，如圖2中的VD1、VD2。根據長(cháng)期產(chǎn)品跟蹤的結果表明，采用此方法E2PROM數據出錯率小于3‰。但是此方法只能減小寄存器數據出錯率，而不能從根本上消除數據出錯，但一般也不會(huì )導致E2PROM相應數據區域物理?yè)p壞。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，幾乎不占用器件資源。

目前最科學(xué)的方法是利用E2PROM的寫(xiě)保護功能，AT24C08A的第7引腳是數據通信寫(xiě)保護引腳WP(低電平有效)，將其與MCU處理器 I／O接口連接，如圖3所示。在E2PROM寫(xiě)操作期間，MCU處理器I／O接口輸出低電平，E2PROM允許I2C總線(xiàn)寫(xiě)入數據，而在其他操作過(guò)程中，該I／O接口輸出高電平，E2PROM不允許I2C總線(xiàn)寫(xiě)入數據。此方法成本低(省去兩個(gè)穩壓二極管)，出錯率更低，但需軟件支持。根據統計，使用 E2FROM寫(xiě)保護功能，數據出錯率小于1‰。如果同時(shí)使用上述這兩種方法，E2PROM數據出錯率則更低，效果更佳。

3.2 E2PROM部分區域物理?yè)p壞 　　

常溫下，短期內不會(huì )產(chǎn)生E2PROM部分區域物理?yè)p壞的現象。由于E2PROM在常溫下的可擦寫(xiě)100萬(wàn)次。但在高溫下，E2PROM的可擦寫(xiě)數大大降低。如果高溫下頻繁對E2PROM進(jìn)行擦寫(xiě)操作，短期內易導致E2PROM部分區域物理?yè)p壞。其表現為特定數據無(wú)法正常存儲，即使使用燒錄器強制燒錄也不能恢復。判定E2PROM部分區域物理?yè)p壞的方法：用燒錄器將E2PROM中每個(gè)地址分別置0和1狀態(tài)，可檢查有無(wú)區域物理?yè)p壞。確認是 E2PROM損壞，則必須更換新的E2PROM才能排除電視機的故障。若軟件處理不當則引起這種現象。要防止這種情況發(fā)生必須從軟件著(zhù)手，從而避免對特定區域頻繁操作。典型實(shí)例是某高清CRT彩電AFT頻率自動(dòng)跟蹤系統及其他一些判別系統的軟件設計。以AFT頻率自動(dòng)跟蹤系統為例，當環(huán)境工作溫度及電源電壓變化后，高頻調諧器會(huì )有一定的頻率點(diǎn)漂移。軟件設計時(shí)，頻率點(diǎn)偏移后，軟件程序應即時(shí)記錄下新的頻率點(diǎn)偏移電壓值并將其數值存儲到E2PROM指定地址中。高溫下，由于相關(guān)器件的參數發(fā)生變化，頻點(diǎn)會(huì )隨溫度升高不斷漂移，使E2PROM數據刷新異常頻繁，從而導致電視機在高溫負荷試驗中出現E2PROM 物理?yè)p壞。在查明原因后，應對該軟件進(jìn)行修改，將實(shí)時(shí)存儲頻點(diǎn)數據方式改為頻率跟蹤掉電存儲方式，即只在電視機關(guān)機掉電的情況下記錄該數據，這樣可減少 E2PROM數據刷新次數，從而解決上述問(wèn)題。

4 結語(yǔ) 　

E2PROM作為一種通用存儲器件，在設計時(shí)往往容易忽視一些對其細節方面的考慮，其中一些問(wèn)題在設計試制階段被發(fā)現并解決，還有一些問(wèn)題是要在量產(chǎn)乃至售后一段時(shí)間后才暴露出來(lái)。因此，完整的現代電子產(chǎn)品系統，更多的是需要依靠軟硬件相互配合開(kāi)發(fā)，才能使產(chǎn)品的可靠性到達最佳狀態(tài)。