基于DSl210的微处理器存储系统电源监视电路的基本设计

　　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。