基于DSl210处理器电源监视存储系统电路的设计

0 引言

　　在现代电子系统之中，特别是对于一些逻辑芯片或者微处理器来说，如果工作电源所提供的电压超过了正常的电源电压范围，就可能会发生逻辑混乱、信号干扰等一些意想不到的问题，微处理器系统对电源的要求也就比较高。因此，为了保证数据存储的正确、可靠、以及系统的正常工作，就需要对基于微处理器的存储系统电源进行监控。

DSl210电源监视电路就是一款可对计算机中的微处理器和存储器进行电源监控的理想器件。为此，本文对非易失性控制器芯片DSl210的主要性能进行了介绍，并给出了利用DSl2lO芯片设计微处理器存储系统电源监视电路的基本设计方法。

　　l DSl210芯片的主要功能

　　DSl210电源监控芯片是采用CMOS工艺制作的电源监控器件，可以对微处理器系统的供电电源进行实时监视。DSl210的电源稳定度探测范围为5～10％。当检测到系统供电电源的波动范围超过稳定工作要求的范围时，DSl210就会对处理器系统实行写保护，并把系统的供电电源切换到电池供电状态，以确保整个系统的正常工作。为保证监控的精确性，DSl210采用了低泄漏的CMOS工艺，可在最低电池功耗下提供精确的电压检测。DSl210在加电条件下可以自动检测电池，其电池电流少于100nA，而且提供有冗余电池组。

　　DSl210有两种可选的封装形式，一种是8管脚DIP封装，另一种是16管脚SOIC封装。这两种封装形式的引脚排列如图1所示。

　　在DSl210中，VCCO引脚为供电输出端，负责向系统供电；VBAT1引脚为外接电池1输入端；TOL引脚为电源电压允许偏差输入端，用于设置对电源电压偏差的控制范围；GND引脚为接地端；引脚为片选使能信号输入，用于决定DSl210是否工作，低电平有效；引脚为片选使能信号输出端，提供给系统的片选信号输入，低电平有效；V。BAT2引脚为外接电池2，冗余电池；VCC引脚为电源输入。

　　2 基于DSl210的存储器系统结构分析

　　为了使备用电池能够给RAM的电源供电，DSl210电源监视控制器还必须提供五个功能电路。

　　首先是提供一个电子开关，以便在电源工作正常时，把电源输出VCCO直接连到输入电源VCCI；而如果工作电源偏差超出了允许范围，电子开关应能迅速把电源输出VCCO连接到备用电池上，以让电池代替工作电源对RAM供电。这个开关的电压降一般来说要求低于0．3 V。

　　其次，控制器还提供一个用于探测电源不稳定性的功能电路。它会不断的监视系统电源输入VCCI，同时片内还提供了一个精密比较仪，用于探测输入偏差，当探测到系统电源偏差超出了允许范围，DSl210将抑制片选输出信号()并使之无效。

　　监视控制器DSl210提供的第三个功能电路是输出信号的电压保持电路，它应能通过电池或VCCI提供0．2 V的电压以实现写保护。如果输入在电源偏差产生时处于低电平，也就是说，在工作状态下产生电源偏差，输出就应保持前一个状态，直到恢复高电平。写保护会延迟到当前存储周期结束，以防止数据遭到破坏。监测偏差控制有两种设置，第一种是让偏差控制管脚(即管脚3)接地，这种设置是将电源波动监测限制在4．75～4．5 v范围内；第二种设置是将偏差控制管脚连接到VCCO，这时的电源波动监测范围为4．5～4．25 V之间。在通常的供电条件下，会在信号延迟20 ns内生效。

　　DSl210的第四个功能电路是电池状态报警电路。该电路是为了避免潜在的数据丢失而设计的。因为电池是备用供电的，如果电池电压不能满足供电要求，那么，当系统供电电源发生异常，即供电电压偏差超过了系统正常工作所要求的供电条件时，而电池也不能提供有效的电压来保证系统工作。这样，处理器电源监控的作用就不能实现了，也就失去了意义。所以，每次DSl210开始工作时，都会通过工作电源VCCI对电池充电，同时片内精密比较器也会对电池电压进行检测，或者说与要求的标准电压进行比较。如果检测到电池电压不能满足要求，系统就会发出报警，以提示用户注意作好相应的防范措施。这时，如果电池电压低于2 V，第二个存储周期就会停止。存储器进入工作状态后，执行存储器读周期，然后校验内存位置的内容。这样就可以得出电池的状态。而其后的写周期就能够对同一内存位置执行写操作，从而改变存储器数据内容。

　　如果第二个读周期不能校验已写数据，这说明电池电压小于2 V，数据有遭到破坏的可能。

　　电源监视控制器的第五个功能是提供电池冗余。在很多应用中，数据完整性非常重要。在这些应用中，非常有必要用两个电池来保证其系统的可靠性。DSl210控制器提供有内部隔离开关，以方便双电池连接。这样，在储备状态时，电池处在最高电压以备应用。如果一个电池失效，另一个电池就会开始工作。冗余电池的开关对电路操作和使用者都是透明的。如果一个正在应用的电池电压下降到2 V或者低于2 V，就会产生一个电池状态报警信号。接地的VBAT2管脚不能激活电池失效警告。不需要电池冗余时，单个电池需连接到VBAT1管脚上。应当注意的是，VBAT2电池管脚必须接地。DSl210控制器还包含有关闭电池备份的电路，这是为了维持电池或者电池组的最大供电能力，直到供电电源工作正常，从而保证有效数据写到SRAM。在最新封装模型中，和VCCO将强制为VOL。通常当电池先连接到一个或两个电池管脚时，VCCO将不会提供电池支持，直到VCCI超过VCCTP，再由管脚TOL置位，然后衰减到VBAT以下。　3 基于PDSl210的微处理器存储电路设计

　　图2所示是基于DSl210的微处理器存储系统的电源监控电路。它可以实现对RAM的写保护，以保证RAM数据读写的准确和可靠。图2中的2脚和7脚分别是两个接电池的管脚，外接电池1和电池2；而6脚，即片选输出管脚接RAM的片选使能信号输入管脚；4脚为接地管脚；存储器的工作电源输入脚VCCI接+5 V电源；DSl210的电源输出脚VCCO连接到RAM的电源输入VCC端，以对RAM提供电源。把偏差控制脚3接地时，系统即认为VCCI在4．75～5．5 V之间变化的正常供电状态。只有当VCC低于4．75 V或者高于5．5 V时，系统就会视供电电源为失效或不正常，从而做出相应的反应。

　　系统启动后，首先检测电池状态是不是满足要求，如果不满足，报警电路就会发出报警。紧接着用于探测电源偏差的精密比较器电路会对输入的工作电源VCCO进行监视。如果偏差在允许的范围内，DSl210的内部电子开关就会保持VCCI与VCCO的连接，以表示工作正常，否则，这个电子开关就会切断VCCI与VCCO的连接，而把电池l与VCCO连接起来对RAM供电，直到电源偏差检测电路监视到VCCI输入正常，电子开关再断开电池与VCCCO的连接，同时恢复VCCI与VCCO的连接。在电子开关切换时，DSl210会让片选输出信号输出高电平，从而对RAM进行读写保护。而当恢复正常供电状态后，又重新输出低电平，使RAM读写有效，以允许对RAM进行正常读写操作。

　　4 结束语

　　微处理器系统中的存储系统是非常重要的组成部分。为了保证存储系统的安全和可靠，本文在分析了电源监视DSl210芯片的原理结构的基础上，给出了一种基于DSl210处理器电源监视芯片的微处理器存储系统电路的设计方法。