0 引言
在現代電子系統(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)讀寫數據的錯誤。因此，為了保證數據存儲的正確、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。DSl210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DSl2lO芯片設計微處理器存儲系統(tǒng)電源監(jiān)視電路的基本設計方法。
l DSl210芯片的主要功能
DSl210電源監(jiān)控芯片是采用CMOS工藝制作的電源監(jiān)控器件，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，可在最低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100nA，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，用于設置對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輸入，用于決定DSl210是否工作，低電平有效；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；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DSl210的存儲器系統(tǒng)結構分析
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，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，電子開關應能迅速把電源輸出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，同時片內還提供了一個精密比較儀，用于探測輸入偏差，當探測到系統(tǒng)電源偏差超出了允許范圍，DSl210將抑制片選輸出信號()并使之無效。
監(jiān)視控制器DSl210提供的第三個功能電路是輸出信號的電壓保持電路，它應能通過電池或VCCI提供0．2 V的電壓以實現寫保護。如果輸入在電源偏差產生時處于低電平，也就是說，在工作狀態(tài)下產生電源偏差，輸出就應保持前一個狀態(tài)，直到恢復高電平。寫保護會延遲到當前存儲周期結束，以防止數據遭到破壞。監(jiān)測偏差控制有兩種設置，第一種是讓偏差控制管腳(即管腳3)接地，這種設置是將電源波動監(jiān)測限制在4．75～4．5 v范圍內；第二種設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，會在信號延遲20 ns內生效。
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據丟失而設計的。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，同時片內精密比較器也會對電池電壓進行檢測，或者說與要求的標準電壓進行比較。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，然后校驗內存位置的內容。這樣就可以得出電池的狀態(tài)。而其后的寫周期就能夠對同一內存位置執(zhí)行寫操作，從而改變存儲器數據內容。
如果第二個讀周期不能校驗已寫數據，這說明電池電壓小于2 V，數據有遭到破壞的可能。
電源監(jiān)視控制器的第五個功能是提供電池冗余。在很多應用中，數據完整性非常重要。在這些應用中，非常有必要用兩個電池來保證其系統(tǒng)的可靠性。DSl210控制器提供有內部隔離開關，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。冗余電池的開關對電路操作和使用者都是透明的。如果一個正在應用的電池電壓下降到2 V或者低于2 V，就會產生一個電池狀態(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。應當注意的是，VBAT2電池管腳必須接地。DSl210控制器還包含有關閉電池備份的電路，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，從而保證有效數據寫到SRAM。在最新封裝模型中，和VCCO將強制為VOL。通常當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PDSl210的微處理器存儲電路設計
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。它可以實現對RAM的寫保護，以保證RAM數據讀寫的準確和可靠。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，即片選輸出管腳接RAM的片選使能信號輸入管腳；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)即認為VCCI在4．75～5．5 V之間變化的正常供電狀態(tài)。只有當VCC低于4．75 V或者高于5．5 V時，系統(tǒng)就會視供電電源為失效或不正常，從而做出相應的反應。
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，DSl210的內部電子開關就會保持VCCI與VCCO的連接，以表示工作正常，否則，這個電子開關就會切斷VCCI與VCCO的連接，而把電池l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，電子開關再斷開電池與VCCCO的連接，同時恢復VCCI與VCCO的連接。在電子開關切換時，DSl210會讓片選輸出信號輸出高電平，從而對RAM進行讀寫保護。而當恢復正常供電狀態(tài)后，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DSl210芯片的原理結構的基礎上，給出了一種基于DSl210處理器電源監(jiān)視芯片的微處理器存儲系統(tǒng)電路的設計方法。