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基于DS1210的微處理器存儲系統(tǒng)電源監(jiān)控

     0  引言

　　在現(xiàn)代電子系統(tǒng)之中，特別是對于一些邏輯芯片或者微處理器來說，如果工作電源所提供的電壓超過了正常的電源電壓范圍，就可能會發(fā)生邏輯混亂、信號干擾等一些意想不到的問題，微處理器系統(tǒng)對電源的要求也就比較高。而對于計算機系統(tǒng)中的存儲器單元，如果電源的不穩(wěn)定度超出了一定的偏差范圍，也會對存儲器的工作造成很大的影響，從而引發(fā)讀寫數(shù)據(jù)的錯誤。因此，為了保證數(shù)據(jù)存儲的正確、可靠、以及系統(tǒng)的正常工作，就需要對基于微處理器的存儲系統(tǒng)電源進行監(jiān)控。DS1210電源監(jiān)視電路就是一款可對計算機中的微處理器和存儲器進行電源監(jiān)控的理想器件。為此，本文對非易失性控制器芯片DSl210的主要性能進行了介紹，并給出了利用DSl210芯片設(shè)計微處理器存儲系統(tǒng)電源監(jiān)視電路的基本設(shè)計方法。

　　1 DSl210芯片的主要功能

　　DSl210電源監(jiān)控芯片是采用CMOS工藝制作的電源.件，可以對微處理器系統(tǒng)的供電電源進行實時監(jiān)視。DSl210的電源穩(wěn)定度探測范圍為5～10％。當(dāng)檢測到系統(tǒng)供電電源的波動范圍超過穩(wěn)定工作要求的范圍時，DSl210就會對處理器系統(tǒng)實行寫保護，并把系統(tǒng)的供電電源切換到電池供電狀態(tài)，以確保整個系統(tǒng)的正常工作。為保證監(jiān)控的精確性，DSl210采用了低泄漏的CMOS工藝，可在電池功耗下提供精確的電壓檢測。DSl210在加電條件下可以自動檢測電池，其電池電流少于100 nA，而且提供有冗余電池組。

　　DSl210有兩種可選的封裝形式，一種是8管腳DIP封裝，另一種是16管腳SOIC封裝。這兩種封裝形式的引腳排列如圖1所示。

　　在DSl210中，VCCO引腳為供電輸出端，負責(zé)向系統(tǒng)供電；VBAT1引腳為外接電池l輸入端；TOL引腳為電源電壓允許偏差輸入端，用于設(shè)置對電源電壓偏差的控制范圍；GND引腳為接地端；CE引腳為片選使能信號輸入，用于決定DSl210是否工作，低電平有效；CEO引腳為片選使能信號輸出端，提供給系統(tǒng)的片選信號輸入，低電平有效；VBAT2引腳為外接電池2，冗余電池；VCC引腳為電源輸入。

　　2  基于DSl210的存儲器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

　　為了使備用電池能夠給RAM的電源供電，DSl210電源監(jiān)視控制器還必須提供五個功能電路。

　　首先是提供一個電子開關(guān)，以便在電源工作正常時，把電源輸出VCCO直接連到輸入電源VCCI；而如果工作電源偏差超出了允許范圍，電子開關(guān)應(yīng)能迅速把電源輸出VCCO連接到備用電池上，以讓電池代替工作電源對RAM供電。這個開關(guān)的電壓降一般來說要求低于0.3 V。

　　其次，控制器還提供一個用于探測電源不穩(wěn)定性的功能電路。它會不斷的監(jiān)視系統(tǒng)電源輸入VCCI，同時片內(nèi)還提供了一個精密比較儀，用于探測輸人偏差，當(dāng)探測到系統(tǒng)電源偏差超出了允許范圍，DSl210將抑制片選輸出信號(CEO)并使之無效。

　　監(jiān)視控制器DSl210提供的第三個功能電路是CEO輸出信號的電壓保持電路，它應(yīng)能通過電池或VCCI提供0.2 V的電壓以實現(xiàn)寫保護。如果CE輸入在電源偏差產(chǎn)生時處于低電平，也就是說，在工作狀態(tài)下產(chǎn)生電源偏差，CEO輸出就應(yīng)保持前一個狀態(tài)，直到CE恢復(fù)高電平。寫保護會延遲到當(dāng)前存儲周期結(jié)束，以防止數(shù)據(jù)遭到破壞。監(jiān)測偏差控制有兩種設(shè)置，第一種是讓偏差控制管腳(即管腳3)接地，這種設(shè)置是將電源波動監(jiān)測限制在4.75～4.5 V范圍內(nèi)；第二種設(shè)置是將偏差控制管腳連接到VCCO，這時的電源波動監(jiān)測范圍為4.5～4.25 V之間。在通常的供電條件下，CEO會在CE信號延遲20 ns內(nèi)生效。

　　DSl210的第四個功能電路是電池狀態(tài)報警電路，該電路是為了避免潛在的數(shù)據(jù)丟失而設(shè)計的。因為電池是備用供電的，如果電池電壓不能滿足供電要求，那么，當(dāng)系統(tǒng)供電電源發(fā)生異常，即供電電壓偏差超過了系統(tǒng)正常工作所要求的供電條件時，而電池也不能提供有效的電壓來保證系統(tǒng)工作。這樣，處理器電源監(jiān)控的作用就不能實現(xiàn)了，也就失去了意義。所以，每次DSl210開始工作時，都會通過工作電源VCCI對電池充電，同時片內(nèi)精密比較器也會對電池電壓進行檢測，或者說與要求的標(biāo)準(zhǔn)電壓進行比較。如果檢測到電池電壓不能滿足要求，系統(tǒng)就會發(fā)出報警，以提示用戶注意作好相應(yīng)的防范措施。這時，如果電池電壓低于2 V，第二個存儲周期就會停止。存儲器進入工作狀態(tài)后，執(zhí)行存儲器讀周期，然后校驗內(nèi)存位置的內(nèi)容。這樣就可以得出電池的狀態(tài)。而其后的寫周期就能夠?qū)ν�一�?nèi)存位置執(zhí)行寫操作，從而改變存儲器數(shù)據(jù)內(nèi)容。如果第二個讀周期不能校驗已寫數(shù)據(jù)，這說明電池電壓小于2 V，數(shù)據(jù)有遭到破壞的可能。

　　電源監(jiān)視控制器的第五個功能是提供電池冗余。在很多應(yīng)用中，數(shù)據(jù)完整性非常重要。在這些應(yīng)用中，非常有必要用兩個電池來保證其系統(tǒng)的可靠性。DSl210控制器提供有內(nèi)部隔離開關(guān)，以方便雙電池連接。這樣，在儲備狀態(tài)時，電池處在最高電壓以備應(yīng)用。如果一個電池失效，另一個電池就會開始工作。冗余電池的開關(guān)對電路操作和使用者都是透明的。如果一個正在應(yīng)用的電池電壓下降到2 V或者低于2 V，就會產(chǎn)生一個電池狀態(tài)報警信號。接地的VBAT2管腳不能激活電池失效警告。不需要電池冗余時，單個電池需連接到VBAT1管腳上。應(yīng)當(dāng)注意的是，VSAT2電池管腳必須接地。DSl210控制器還包含有關(guān)閉電池備份的電路，這是為了維持電池或者電池組的最大供電能力，直到供電電源工作正常，從而保證有效數(shù)據(jù)寫到SRAM。在最新封裝模型中，CEO和VCCO將強制為VCL。通常當(dāng)電池先連接到一個或兩個電池管腳時，VCCO將不會提供電池支持，直到VCCI超過VCCTP，再由管腳TOL置位，然后衰減到VBAT以下。

　　3  基于DSl210的微處理器存儲電路設(shè)計

　　圖2所示是基于DSl210的微處理器存儲系統(tǒng)的電源監(jiān)控電路。它可以實現(xiàn)對RAM的寫保護，以保證RAM數(shù)據(jù)讀寫的準(zhǔn)確和可靠。圖2中的2腳和7腳分別是兩個接電池的管腳，外接電池1和電池2；而6腳，即片選輸出管腳CEO接RAM的片選使能信號輸入管腳CE；4腳為接地管腳；存儲器的工作電源輸入腳VCCI接+5 V電源；DSl210的電源輸出腳VCCO連接到RAM的電源輸入VCC端，以對RAM提供電源。把偏差控制腳3接地時，系統(tǒng)即認(rèn)為VCCI在4.75～5.5 V之間變化的正常供電狀態(tài)。只有當(dāng)VCC低于4.75 V或者高于5.5V時，系統(tǒng)不會視供電電源為失效或不正常，從而做出相應(yīng)的反應(yīng)。

　　系統(tǒng)啟動后，首先檢測電池狀態(tài)是不是滿足要求，如果不滿足，報警電路就會發(fā)出報警。緊接著用于探測電源偏差的精密比較器電路會對輸入的工作電源VCCO進行監(jiān)視。如果偏差在允許的范圍內(nèi)，DS1210的內(nèi)部電子開關(guān)就會保持VCCI與VCCO的連接，以表示工作正常，否則，這個電子開關(guān)就會切斷VCCI與VCCO的連接，而把電池1與VCCO連接起來對RAM供電，直到電源偏差檢測電路監(jiān)視到VCCI輸入正常，電子開關(guān)再斷開電池與VCCO的連接，同時恢復(fù)VCCI與VCCO的連接。在電子開關(guān)切換時，DS1210會讓片選輸出信號CEO輸出高電平，從而對RAM進行讀寫保護。而當(dāng)恢復(fù)正常供電狀態(tài)后，CEO又重新輸出低電平，使RAM讀寫有效，以允許對RAM進行正常讀寫操作。

　　4  結(jié)束語

　　微處理器系統(tǒng)中的存儲系統(tǒng)是非常重要的組成部分。為了保證存儲系統(tǒng)的安全和可靠，本文在分析了電源監(jiān)視DS1210芯片的原理結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，給出了一種基于DS1210處理器電源監(jiān)視芯片的微處理器存儲系統(tǒng)電路的設(shè)計方法。