基于DSl210的微處理器存儲(chǔ)系統(tǒng)電源監(jiān)控

基于DS1210的微處理器存儲(chǔ)系統(tǒng)電源監(jiān)控摘要:介紹了電源監(jiān)視芯片DS1210的性能、參數(shù)以及不同工作條件下的應(yīng)用注意事項(xiàng)。給出了一個(gè)基于DS1210的微處理器存儲(chǔ)系統(tǒng)電路的電源監(jiān)控電路的設(shè)計(jì)方法。0弓1言在現(xiàn)代電子系統(tǒng)之中，特別是對(duì)于一些邏輯芯片或者微處理器來(lái)說(shuō)，如果工作電源所提供的電壓超過(guò)了正常的電源電壓范圍，就可能會(huì)發(fā)生邏輯混亂、信號(hào)干擾等一些意想不到的問(wèn)題，微處理器系統(tǒng)對(duì)電源的要求也就比較高。而對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的存儲(chǔ)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(huì)對(duì)存儲(chǔ)器的工作造成很大的影響，從而引發(fā)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤。因此，為了保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的正確、可靠、以及系統(tǒng)的正常工作，就需要對(duì)基于微處理器的存儲(chǔ)系統(tǒng)電源進(jìn)行監(jiān)控。DS1210電源監(jiān)視電路就是一款可對(duì)計(jì)算機(jī)中的微處理器和存儲(chǔ)器進(jìn)行電源監(jiān)控的理想器件。為此，本文對(duì)非易失性控制器芯片DS1210的主要性能進(jìn)行了介紹，并給出了利用DS1210芯片設(shè)計(jì)微處理器存儲(chǔ)系統(tǒng)電源監(jiān)視電路的基本設(shè)計(jì)方法。lDS1210芯片的主要功能DS1210電源監(jiān)控芯片是采用CMOS工藝制作的電源監(jiān)控器件，可以對(duì)微處理器系統(tǒng)的供電電源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。DS1210的電源穩(wěn)定度探測(cè)范圍為5?10%。當(dāng)檢測(cè)到系統(tǒng)供電電源的波動(dòng)范圍超過(guò)穩(wěn)定工作要求的范圍時(shí)，DS1210就會(huì)對(duì)處理器系統(tǒng)實(shí)行寫(xiě)保護(hù)，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(gè)系統(tǒng)的正常工作。為保證監(jiān)控的精確性，DS1210采用了低泄漏的CMOS工藝，可在最低電池功耗下提供精確的電壓檢測(cè)。DS1210在加電條件下可以自動(dòng)檢測(cè)電池，其電池電流少于100nA，而且提供有冗余電池組。VBAT2VCCICEOVBAT1VCCOECTOTDS1210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。VBAT2VCCICEOVBAT1VCCOECTOT116NC215VCCI314NC413VBAT2512NC611CEO710NC89CENCVCCONCVBAl'lNCLTO(a)8腳封裝 (b)16腳封裝圖1DS1210的引腳排列在DS1210中，VCCO引腳為供電輸出端，負(fù)責(zé)向系統(tǒng)供電；VBAT1引腳為外接電池1輸入端；TOL引腳為電源電壓允許偏差輸入端，用于設(shè)置對(duì)電源電壓偏差的控制范圍；GND引腳為接地端；引腳為片選使能信號(hào)輸入，用于決定DS1210是否工作，低電平有效；引腳為片選使能信號(hào)輸出端，提供給系統(tǒng)的片選信號(hào)輸入，低電平有效；V。BAT2引腳為外接電池2,冗余電池；VCC引腳為電源輸入。2基于DS1210的存儲(chǔ)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，DS1210電源監(jiān)視控制器還必須提供五個(gè)功能電路。首先是提供一個(gè)電子開(kāi)關(guān)，以便在電源工作正常時(shí)，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(kāi)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(duì)RAM供電。這個(gè)開(kāi)關(guān)的電壓降一般來(lái)說(shuō)要求低于0.3V。其次，控制器還提供一個(gè)用于探測(cè)電源不穩(wěn)定性的功能電路。它會(huì)不斷的監(jiān)視系統(tǒng)電源輸入VCCI,同時(shí)片內(nèi)還提供了一個(gè)精密比較儀，用于探測(cè)輸入偏差，當(dāng)探測(cè)到系統(tǒng)電源偏差超出了允許范圍，DS1210將抑制片選輸出信號(hào)()并使之無(wú)效。監(jiān)視控制器DS1210提供的第三個(gè)功能電路是輸出信號(hào)的電壓保持電路，它應(yīng)能通過(guò)電池或VCCI提供0.2V的電壓以實(shí)現(xiàn)寫(xiě)保護(hù)。如果輸入在電源偏差產(chǎn)生時(shí)處于低電平，也就是說(shuō)，在工作狀態(tài)下產(chǎn)生電源偏差，輸出就應(yīng)保持前一個(gè)狀態(tài)，直到恢復(fù)高電平。寫(xiě)保護(hù)會(huì)延遲到當(dāng)前存儲(chǔ)周期結(jié)束，以防止數(shù)據(jù)遭到破壞。監(jiān)測(cè)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(dòng)監(jiān)測(cè)限制在4.75?4.5v范圍內(nèi)；第二種設(shè)置是將偏差控制管腳連接到VCCO,這時(shí)的電源波動(dòng)監(jiān)測(cè)范圍為4.5?4.25V之間。在通常的供電條件下，會(huì)在信號(hào)延遲20ns內(nèi)生效。DS1210的第四個(gè)功能電路是電池狀態(tài)報(bào)警電路。該電路是為了避免潛在的數(shù)據(jù)丟失而設(shè)計(jì)的。因?yàn)殡姵厥莻溆霉╇姷?，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(guò)了系統(tǒng)正常工作所要求的供電條件時(shí)，而電池也不能提供有效的電壓來(lái)保證系統(tǒng)工作。這樣，處理器電源監(jiān)控的作用就不能實(shí)現(xiàn)了，也就失去了意義。所以，每次DS1210開(kāi)始工作時(shí)，都會(huì)通過(guò)工作電源VCCI對(duì)電池充電，同時(shí)片內(nèi)精密比較器也會(huì)對(duì)電池電壓進(jìn)行檢測(cè)，或者說(shuō)與要求的標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。如果檢測(cè)到電池電壓不能滿足要求，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出報(bào)警，以提示用戶注意作好相應(yīng)的防范措施。這時(shí)，如果電池電壓低于2V,第二個(gè)存儲(chǔ)周期就會(huì)停止。存儲(chǔ)器進(jìn)入工作狀態(tài)后，執(zhí)行存儲(chǔ)器讀周期，然后校驗(yàn)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(xiě)周期就能夠?qū)ν粌?nèi)存位置執(zhí)行寫(xiě)操作，從而改變存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)內(nèi)容。如果第二個(gè)讀周期不能校驗(yàn)已寫(xiě)數(shù)據(jù)，這說(shuō)明電池電壓小于2V,數(shù)據(jù)有遭到破壞的可能。電源監(jiān)視控制器的第五個(gè)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(gè)電池來(lái)保證其系統(tǒng)的可靠性。DS1210控制器提供有內(nèi)部隔離開(kāi)關(guān)，以方便雙電池連接。這樣，在儲(chǔ)備狀態(tài)時(shí)，電池處在最高電壓以備應(yīng)用。如果一個(gè)電池失效，另一個(gè)電池就會(huì)開(kāi)始工作。冗余電池的開(kāi)關(guān)對(duì)電路操作和使用者都是透明的。如果一個(gè)正在應(yīng)用的電池電壓下降到2V或者低于2V,就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電池狀態(tài)報(bào)警信號(hào)。接地的VBAT2管腳不能激活電池失效警告。不需要電池冗余時(shí)，單個(gè)電池需連接到VBAT1管腳上。應(yīng)當(dāng)注意的是，VBAT2電池管腳必須接地。DS1210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(xiě)到SRAM。在最新封裝模型中，和VCCO將強(qiáng)制為VOL。通常當(dāng)電池先連接到一個(gè)或兩個(gè)電池管腳時(shí)，VCCO將不會(huì)提供電池支持，直到VCCI超過(guò)VCCTP,再由管腳TOL置位，然后衰減到VBAT以下。3基于PDSl210的微處理器存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)圖2所示是基于DSl210的微處理器存儲(chǔ)系統(tǒng)的電源監(jiān)控電路。它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)RAM的寫(xiě)保護(hù)，以保證RAM數(shù)據(jù)讀寫(xiě)的準(zhǔn)確和可靠。圖2中的2腳和7腳分別是兩個(gè)接電池的管腳，外接電池1和電池2;而6腳，即片選輸出管腳接RAM的片選使能信號(hào)輸入管腳；4腳為接地管腳；存儲(chǔ)器的工作電源輸入腳VCCI接+5V電源;DSl210的電源輸出腳VCCO連接到RAM的電源輸入VCC端，以對(duì)RAM提供電源。把偏差控制腳3接地時(shí)，系統(tǒng)即認(rèn)為VCCI在4.75?5.5V之間變化的正常供電狀態(tài)。只有當(dāng)VCC低于4.75V或者高于5.5V時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)視供電電源為失效或不正常，從而做出相應(yīng)的反應(yīng)。圖2基于DS1210微處理器存儲(chǔ)系統(tǒng)電路系統(tǒng)啟動(dòng)后，首先檢測(cè)電池狀態(tài)是不是滿足要求，如果不滿足，報(bào)警電路就會(huì)發(fā)出報(bào)警。緊接著用于探測(cè)電源偏差的精密比較器電路會(huì)對(duì)輸入的工作電源VCCO進(jìn)行監(jiān)視。如果偏差在允許的范圍內(nèi)，DS1210的內(nèi)部電子開(kāi)關(guān)就會(huì)保持VCCI與VCCO的連接，以表示工作正常，否則，這個(gè)電子開(kāi)關(guān)就會(huì)切斷VCCI與VCCO的連接，而把電池l與VCCO連接起來(lái)對(duì)RAM供電，直到電源偏差檢測(cè)電路監(jiān)視到VCCI輸入正常，電子開(kāi)關(guān)再斷開(kāi)電池與VCCCO的連接，同時(shí)恢復(fù)VCCI與VCCO的連接。在電子開(kāi)關(guān)切換時(shí)，DS1210會(huì)讓片選輸出信號(hào)輸出高電平，從而對(duì)R