基于I2C串行通信的EEPROM在電視中的設(shè)計應(yīng)用

　　1 前言 　　

　　近年來，數(shù)字化電視技術(shù)迅猛發(fā)展，特別是遙控系統(tǒng)的面市，各廠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(機械式)控制和記憶方式。隨著電視專用MCU功能日益強大，用戶使用的功能日趨豐富，所需存儲的數(shù)據(jù)和刷新速度不斷提高，先后涌現(xiàn)出各種型號和規(guī)格的存儲器。目前，電視機中應(yīng)用最為廣泛的是E2PROM。

因為E2PROM保存著大量與電視機工作狀態(tài)密切相關(guān)的數(shù)據(jù)，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。有時由于存儲數(shù)據(jù)的丟失造成重大損失，甚至導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法修復(fù)。因此，在電視系統(tǒng)中，對于系統(tǒng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)的存儲一般采用電可擦除存儲器E2PROM。E2PROM具有操作簡便、數(shù)據(jù)存儲時間長、存儲溫度范圍廣、可擦寫次數(shù)多等優(yōu)點。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、接口簡單等優(yōu)點，逐漸成為電視產(chǎn)品設(shè)計中E2PROM的首選器件。

2 AT24CXX系列簡介 　　

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、體積小等優(yōu)點而應(yīng)用廣泛。典型的串行通信E2PROM AT24CXX是I2C總線串行器件，具有工作電源寬(1.8～5.5 V)，抗干擾能力強f輸入引腳內(nèi)置施密特觸發(fā)器濾波抑制噪聲)，功耗低(寫狀態(tài)時最大工作電流3 mA)，高可靠性(寫次數(shù)100萬次，數(shù)據(jù)保存100年)，支持在線編程等特點。

圖1給出AT24CXX的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，SDA引腳可實現(xiàn)雙向串行數(shù)據(jù)傳輸，在SCL引腳輸入時鐘信號的上升沿將數(shù)據(jù)送入E2PROM，并在時鐘的下降沿將數(shù)據(jù)讀出。

根據(jù)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(nèi)部性能基本一致，用戶可根據(jù)實際使用的條件合理選擇相應(yīng)器件。A2、A1和A0引腳為AT24CXX的硬件連接的器件地址輸入引腳。一條總線上最多可掛接8個AT24C02或4個AT24C04或2個AT24C08(A)或1個AT24C16。

另外，AT24CXX系列器件具有用于硬件數(shù)據(jù)寫保護功能引腳。當該引腳接低電平時，允許器件正常讀／寫操作；當該引腳接高電平時，器件啟動寫保護功能。各版本器件的寫保護功能說明及存儲結(jié)構(gòu)如表1所示。

3 AT24CXX在彩電中的設(shè)計及應(yīng)用 　　

雖然AT24CXX外圍引腳和元件數(shù)很少，接口電路簡單，但在實際CRT彩電應(yīng)用中，由于電視機內(nèi)存在高壓跳火等干擾信號，E2PROM會出現(xiàn)一些“怪”現(xiàn)象，導(dǎo)致電視機工作異常。以下給出導(dǎo)致電視機異常工作的主要現(xiàn)象。

3.1 非人為因素改變E2PROM部分數(shù)據(jù) 　　

這種現(xiàn)象表現(xiàn)為電視機的工作狀態(tài)在某次開機后工作異常。如果在發(fā)現(xiàn)異常后無任何處理，將在一段時間內(nèi)保持異常狀態(tài)。最常見現(xiàn)象如系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)據(jù) (行、場數(shù)據(jù))的突變，這種現(xiàn)象一般是由開機時顯像管打火或其他原因?qū)е翴2C總線數(shù)據(jù)線工作異常產(chǎn)生的誤操作。出現(xiàn)這種現(xiàn)象時，如果在工廠菜單或用戶菜單里根據(jù)標準數(shù)據(jù)調(diào)整這些突變的數(shù)據(jù)，則可以糾正解決；如果這些突變的數(shù)據(jù)無法調(diào)整，則必須采取軟件復(fù)位、E2PROM賦初始值等方法解決。

從硬件上預(yù)防這種現(xiàn)象的方法大多是在I2C總線的SDA、SCL數(shù)據(jù)線靠近E2PROM引腳處，與地線間加穩(wěn)壓二極管，從而起到保護總線端口的作用，如圖2中的VD1、VD2。根據(jù)長期產(chǎn)品跟蹤的結(jié)果表明，采用此方法E2PROM數(shù)據(jù)出錯率小于3‰。但是此方法只能減小寄存器數(shù)據(jù)出錯率，而不能從根本上消除數(shù)據(jù)出錯，但一般也不會導(dǎo)致E2PROM相應(yīng)數(shù)據(jù)區(qū)域物理損壞。這種方法的優(yōu)點是簡單易行，幾乎不占用器件資源。

目前最科學(xué)的方法是利用E2PROM的寫保護功能，AT24C08A的第7引腳是數(shù)據(jù)通信寫保護引腳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寫操作期間，MCU處理器I／O接口輸出低電平，E2PROM允許I2C總線寫入數(shù)據(jù)，而在其他操作過程中，該I／O接口輸出高電平，E2PROM不允許I2C總線寫入數(shù)據(jù)。此方法成本低(省去兩個穩(wěn)壓二極管)，出錯率更低，但需軟件支持。根據(jù)統(tǒng)計，使用 E2FROM寫保護功能，數(shù)據(jù)出錯率小于1‰。如果同時使用上述這兩種方法，E2PROM數(shù)據(jù)出錯率則更低，效果更佳。

3.2 E2PROM部分區(qū)域物理損壞 　　

常溫下，短期內(nèi)不會產(chǎn)生E2PROM部分區(qū)域物理損壞的現(xiàn)象。由于E2PROM在常溫下的可擦寫100萬次。但在高溫下，E2PROM的可擦寫數(shù)大大降低。如果高溫下頻繁對E2PROM進行擦寫操作，短期內(nèi)易導(dǎo)致E2PROM部分區(qū)域物理損壞。其表現(xiàn)為特定數(shù)據(jù)無法正常存儲，即使使用燒錄器強制燒錄也不能恢復(fù)。判定E2PROM部分區(qū)域物理損壞的方法：用燒錄器將E2PROM中每個地址分別置0和1狀態(tài)，可檢查有無區(qū)域物理損壞。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(xiàn)象。要防止這種情況發(fā)生必須從軟件著手，從而避免對特定區(qū)域頻繁操作。典型實例是某高清CRT彩電AFT頻率自動跟蹤系統(tǒng)及其他一些判別系統(tǒng)的軟件設(shè)計。以AFT頻率自動跟蹤系統(tǒng)為例，當環(huán)境工作溫度及電源電壓變化后，高頻調(diào)諧器會有一定的頻率點漂移。軟件設(shè)計時，頻率點偏移后，軟件程序應(yīng)即時記錄下新的頻率點偏移電壓值并將其數(shù)值存儲到E2PROM指定地址中。高溫下，由于相關(guān)器件的參數(shù)發(fā)生變化，頻點會隨溫度升高不斷漂移，使E2PROM數(shù)據(jù)刷新異常頻繁，從而導(dǎo)致電視機在高溫負荷試驗中出現(xiàn)E2PROM 物理損壞。在查明原因后，應(yīng)對該軟件進行修改，將實時存儲頻點數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，這樣可減少 E2PROM數(shù)據(jù)刷新次數(shù)，從而解決上述問題。

4 結(jié)語 　

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