Die Abkürzung EPROM steht für die englische Bezeichnung erasable-programmable-read-only-memory. Es handelt sich hierbei um einen löschbaren und programmierbaren Nur-Lese-Speicher, der in früheren Computern, Steuerungen und eingebetteten Systemen weit verbreitet war. Dieser elektronische Speicherbaustein wird als nichtflüchtig bezeichnet, da er seine Informationen auch nach dem Ausschalten des Rechners beibehält. In heutiger Zeit wurde das EPROM in vielen Anwendungsfällen durch den elektrisch löschbaren EEPROM sowie moderne Flash-Speicher (z. B. SPI-NOR) abgelöst. Dennoch sind EPROMs für Legacy-Hardware, Reparaturen, Retro-Computing und Industrieanlagen weiterhin relevant.

Typisch sind Fenster-EPROMs im Keramikgehäuse mit Quarzglasfenster (UV-löschbar) und OTP-Varianten (One Time Programmable) im Kunststoffgehäuse ohne Fenster. Häufige Bezeichnungen sind 27xx- bzw. 27Cxxx-Typen (z. B. 2764, 27128, 27256, 27512, 27C010) im DIP-28/DIP-32-Gehäuse. Kapazitäten reichen von wenigen Kilobit bis zu mehreren Megabit, mit Zugriffszeiten oft im Bereich 120–250 ns.

Programmierung eines EPROMs

Ein EPROM wird mithilfe eines EPROM-Brenners (Programmiergeräts) programmiert. Nach einer erfolgreichen Programmierung kann der Inhalt ausschließlich durch UV-Licht wieder gelöscht werden. Die Haltbarkeit mehrerer Lösch-/Schreibzyklen ist technisch begrenzt: klassische Fenster-EPROMs der frühen Generation erreichen oft etwa 100 bis 200 Löschvorgänge; spätere „C“-Varianten und optimierte Fertigungsprozesse ermöglichen je nach Hersteller auch höhere Zyklenzahlen. Wichtig ist stets die korrekte Handhabung und Verifizierung nach jedem Schreibvorgang.

EPROMs besitzen auf ihrem Gehäuse ein Quarzglasfenster, durch das die UV-Löschung erfolgt. Die Herstellung von Fenster-EPROMs ist aufwendiger, weshalb diese Bausteine im Vergleich zu OTP-Varianten kostenintensiver sind. Im Gegensatz zu mehrfach löschbaren EPROMs gibt es OTP-Versionen ohne Quarzglasfenster. Diese lassen sich nur einmal programmieren. Man nennt sie One Time Programmable (OTP).

• Typische Programmierparameter: Programmierspannung V_PP je nach Typ ca. 12,5–25 V, Betriebsspannung 5 V; Pulsbreiten häufig im zweistelligen Millisekundenbereich pro Byte/Wort.
• Programmierablauf:
  1. Blank-Check (Sicherstellen, dass alle Bits im gelöschten Zustand sind).
  2. Schreibpuls(e) pro Adresse (inkrementelle Pulsdauer möglich).
  3. Verify bei V_CC-Min/Max (Sicherheitsmarge prüfen).
  4. Abschluss und Dokumentation (Aufkleber/Etikett, Versionsstand).
• Lebensdauer und Datenhaltbarkeit: Je nach Technologie 10–20 Jahre und mehr; erhöhte Temperaturen, UV-Licht und ionisierende Strahlung können die Retention verkürzen.
• Sicherheits- und Praxis-Tipps:
  • Nach erfolgreicher Programmierung das Quarzglasfenster mit lichtundurchlässiger Folie (z. B. Silberfolie) abdecken.
  • ESD-Schutz beachten, Bausteine in ZIF-Sockeln programmieren und gerade ein- bzw. ausstecken.
  • Adress-/Datenleitungen korrekt terminieren; Pinbelegung und Datenblatt des konkreten Typen beachten.

Einige moderne Programmiergeräte unterstützen darüber hinaus automatisierte Stapelprogrammierung, integrierte Prüfsummenberechnung, Log-Protokolle und Spannungsüberwachung. Dies erhöht die Prozesssicherheit – insbesondere bei Serienfertigung oder bei der Pflege mehrerer Firmwarestände.

Aufbau eines EPROMs

In der Regel besteht ein EPROM aus einer Matrix von Speicherzellen. In jeder Speicherzelle stellt ein Transistor ein Bit dar. Dabei handelt es sich um einen sogenannten MOSFET-Transistor mit Floating Gate, einer isolierten Hilfselektrode. Während der Programmierung über den EPROM-Brenner wird eine entsprechend hohe Spannung angelegt. Durch Fowler–Nordheim-Tunneling oder heiße Trägerinjektion lädt sich das Floating Gate auf. Die Schwellspannung des Transistors verschiebt sich hierdurch, und der Transistor-Zustand repräsentiert das gespeicherte Bit. Die gespeicherten Daten können anschließend beliebig ausgelesen werden, da die Lesespannung immer unterhalb der Programmierspannung liegt und Sense-Amps den Zellzustand auswerten.

• Matrix-Topologie: Wort- und Bitlinien mit Adressdecoder; CE/OE-Steuersignale selektieren die gewünschte Zelle.
• Pinbelegung (JEDEC-Standard, exemplarisch):
  • Adressleitungen A0…An
  • Datenleitungen D0…D7 (bei 8‑Bit Bausteinen)
  • CE (Chip Enable), OE (Output Enable); einige EPROMs besitzen zusätzlich WE für spezielle Test-/Programmiermodi
  • V_CC, GND, V_PP (Programmierspannung) je nach Typ
• Gehäuse: Keramik mit Quarzglasfenster (UV-löschbar) vs. Kunststoff (OTP, nicht UV-löschbar).
• Typische Kennwerte: Zugriffszeit (z. B. 120–250 ns), Stromaufnahme beim Lesen, Datenretention und maximale Zyklenzahl.

Für die zuverlässige Auslesung ist ein stabiler Betriebsspannungsbereich entscheidend. Hersteller spezifizieren hierfür Min-/Max-Werte und zulässige Toleranzen. Die PIN-Belegung ist in der Regel standardisiert, was den Austausch innerhalb einer 27xx-Familie vereinfacht.

Löschung per UV-Licht: Soll ein EPROM gelöscht werden, bewirkt die UV-Bestrahlung (typisch 253,7 nm aus einer Quecksilberdampflampe) eine großflächige Ionisierung. So kann die programmierte Ladung über das Gateoxid abfließen. Ergebnis ist der Ursprungszustand, in dem alle Bits auf „1“ (gelöscht) stehen. Typische Löschzeiten liegen – abhängig von Lampenleistung und Abstand – bei etwa 10 bis 30 Minuten. Nach dem Ausschalten der UV-Lampe hält der Rekombinationsprozess noch kurze Zeit an; eine sofortige Programmierung ist daher nicht zu empfehlen.

Auch EPROMs ohne Quarzglasfenster (OTP) lassen sich prinzipiell nicht UV-löschen. In Spezialfällen wird eine Röntgen- oder Gammastrahlung diskutiert, was jedoch unzuverlässig ist, die Oxidstruktur schädigen kann und in der Praxis nicht empfohlen wird. Selbst wenn eine teilweise Entladung auftritt, ist eine erneute, spezifikationskonforme Programmierung im Regelfall nicht möglich – OTP-Bausteine sind de facto Einweg-Speicher.

Je nach Baustein kann sich dieser während der UV-Löschung erwärmen; erst nach ausreichender Abkühlung sollte eine neue Programmierung beginnen. Es existieren UV-Blitzgeräte, die den Löschvorgang mit intensiven Lichtimpulsen verkürzen. Dabei ist Vorsicht geboten, denn nicht alle Hersteller garantieren unter solchen Bedingungen eine langfristige Datenlebensdauer. Nach erfolgreicher Programmierung ist das Abdecken des Quarzglasfensters Pflicht: Direktes Sonnenlicht kann den Inhalt binnen Wochen bis Monaten ungewollt verändern. Auch Fotoblitzgeräte können bei offenem Fenster kurzzeitig Störungen erzeugen – im schlimmsten Fall bis zum Systemabsturz.

• Praxisregeln zur Löschung:
  • Definierter Abstand und Zeit gemäß Datenblatt des Löschgeräts/Herstellers.
  • Keine Überbelichtung: Übermäßig lange UV-Zeiten können das Gateoxid altern lassen.
  • Nach Löschung stets Blank-Check durchführen.

In-Circuit-Simulationen helfen bei der Entwicklung von EPROM-Programmen

Da die meisten EPROMs nicht unbegrenzt wiederbeschreibbar sind, bieten sich für die Entwicklung von Firmware und Testmustern Simulations- bzw. Emulationslösungen an. Ein gängiger Ansatz sind EPROM-Emulatoren, die über USB an den Entwicklungsrechner angeschlossen werden und den Zielbaustein in der Schaltung nachbilden. Diese Geräte verwenden keinen echten EPROM-Chip, sondern schnellen RAM, der die Funktionsweise (häufig bis mehrere MBit) exakt simuliert. Man spricht von In-Circuit-Emulation.

Der Programmcode wird über die USB-Schnittstelle in den Emulator geladen. Anschließend wird der Emulator über einen passenden Steckadapter anstelle des EPROMs in den Zielsockel (z. B. DIP‑28/32) gesteckt. Die Testschaltung „sieht“ den Emulator als echtes EPROM und verhält sich entsprechend. Änderungen am Code lassen sich ohne Löschvorgang sofort einspielen – ideal für iterative Entwicklung.

• Vorteile:
  • Schnelle Iterationen ohne UV-Löschung und Verschleiß des Bausteins.
  • Breakpoints, Versionsverwaltung und automatisierte Tests möglich.
  • Simulation unterschiedlicher Zugriffszeiten und Spannungen.
• Alternative Methode: Batteriegepufferte Speicherbausteine (RAM/FRAM) mit Schreibschutzschalter. Diese lassen sich direkt über den EPROM-Brenner beschreiben und anschließend mit aktiviertem Schreibschutz in der Zielschaltung testen.
• Wichtig: Timing- und Pegelkompatibilität zur Zielhardware sicherstellen; Leitungsführung und Adapterlänge können Signalintegrität beeinflussen.

Verwendung von ROM im PC

Der sogenannte Festwertspeicher eines PCs, das ROM, basierte in frühen Systemen häufig auf einem EPROM. Mithilfe seines kleinen Dienstprogramms – dem Bootloader bzw. BIOS – initialisiert es den Rechner, führt Hardwaretests durch und lädt das Betriebssystem in den Hauptspeicher. So verfügten beispielsweise die ersten PC-ATs lediglich über 5¼‑Zoll-Laufwerke. Als 3,5‑Zoll-Diskettenlaufwerke aufkamen, war oft ein angepasstes BIOS erforderlich – teils wurde der ROM-Baustein ausgetauscht oder das EPROM neu programmiert. Erst danach konnten ältere Rechner mit neuer Hardware arbeiten.

Spätere Systeme setzten zunehmend auf elektrisch beschreibbare Bausteine (EEPROM/Flash). Heutige Mainboards verwenden typischerweise SPI‑NOR‑Flash für Firmware (BIOS/UEFI). Die Funktion bleibt jedoch ähnlich: Initialisierung der Hardware, Bereitstellung von Treibern und der Übergang an das Betriebssystem. Während früher ein Chipwechsel notwendig war, ermöglichen moderne Plattformen komfortable Firmware-Updates („Flashing“) direkt in der laufenden Umgebung. Für Legacy- und Sonderanwendungen sind EPROM-basierte ROMs weiterhin anzutreffen, etwa in Industrie-PCs, Messgeräten oder Automaten.

• Begriffe: BIOS (älter), UEFI (moderner Firmware-Standard), Shadow-ROM (Kopie ins RAM zur Beschleunigung), Firmware-Image (Binärinhalt des ROM/Flash).
• Kompatibilitätsgründe für EPROM heute: Langzeitverfügbarkeit in bestehenden Anlagen, validierte Firmwarestände, reproduzierbares Timing.

Häufige Fragen und Antworten