CN108257643A - 数据储存装置以及其备用电力来源的储电能力监控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出数据储存装置的备用电力来源的储电能力监控技术。数据储存装置的备用电力是由一电容提供。所述技术选择性地提供一充电路径至该电容，选择性地提供该电容一放电路径。经该充电路径充电的该电容，待该充电路径断开后更经该放电路径放电后，之后经检测与判断其中一电压值是否小于一阈值，以产生一判断结果。

Description

数据储存装置以及其备用电力来源的储电能力监控方法
技术领域
本发明涉及数据储存装置，尤其是涉及数据储存装置的备用电力来源的储电能力监控。
背景技术
数据储存装置采用非易失性存储器持久保存数据。为了避免过度读写非易失性存储器，数据储存装置是使用易失性存储器做数据的动态暂存。
然而，数据储存装置发生非预期掉电时，易失性存储器上的动态暂存数据可能来不及更新到非易失性存储器中，数据将丢失。
发明内容
本发明提供一种数据储存装置，其中以一电容于该数据储存装置掉电时提供该数据储存装置一备用电力。本发明所提供的数据储存装置更包括一充电路径调拨电路、一放电路径调拨电路、一电压检测电路以及一控制器。该充电路径调拨电路可选择性地提供一充电路径至该电容。该放电路径调拨电路调拨可选择性地提供该电容一放电路径。该电压检测电路检测并判断该电容的一电压值是否小于一阈值，以产生一判断结果。该控制器控制该充电路径调拨电路以及该放电路径调拨电路。该控制器控制该充电路径调拨电路提供该充电路径对该电容充电，接着断开该充电路径改控制该放电路径调拨电路提供该放电路径对该电容放电。以上充、放电后，该控制器更控制该电压检测电路进行检测与判断。该判断结果用于评估该电容的储电能力。
本发明还提供一种储电能力监控方法，用于一数据储存装置的备用电力来源。所述方法包括：选择性地提供一充电路径至一电容，该电容于该数据储存装置掉电时提供该数据储存装置一备用电力；选择性地提供该电容一放电路径；以及，经该充电路径充电该电容，断开该充电路径改经该放电路径放电该电容，且于上述充、放电后检测与判断该电容一电压值是否小于一阈值，以产生一判断结果。该判断结果用于评估该电容的储电能力。
附图说明
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：
图1图解根据本发明一种实施方式所实现的一数据储存装置100；
图2为流程图，根据本发明一种实施方式图解数据储存装置100上电容SCAP储电能力的监控；
图3A为充电路径调拨电路110的一种实施方式；
图3B为充电路径调拨电路110的另一种实施方式；
图4为放电路径调拨电路112的一种实施方式；
图5为电压检测电路114的一种实施方式；
图6图解控制器104的通用型输入输出脚位的一种设计；
图7图解一警示灯电路的一种实施方式；以及
图8为波形图，根据本发明一种实施方式显示各信号的波形。
图中元件标号说明如下：
100～数据储存装置；
102～非易失性存储器；
104～控制器；
106～易失性存储器；
108～电源电路；
110～充电路径调拨电路；
112～放电路径调拨电路；
114～电压检测电路；
116～警示电路；
302、304、302’、304’、306～开关器；
308、310～电阻；
312～可编程齐纳二极管；
314、316、318～电阻；
402～开关器；
404～电阻；
502～分压电路；
504～可编程齐纳二极管；
506～分压信号；
508～电阻；
602、604～上拉电阻；
702～警示灯；
704～电阻；
CTLA～充电路径控制信号；
CTLB～放电路径控制信号；
S202…S214～步骤；
SCAP～电容；
SC_Health～信号；
SCap_bad～电容损坏信号；
t1～延迟时间；
t2～时间段；
VCCF、VCCG～电源；
VCC_SC～电容SCAP的电压；
VCC_SYS～系统电源。
具体实施方式
以下叙述列举本发明的多种实施例。以下叙述介绍本发明的基本概念，且并非意图限制本发明内容。实际发明范围应依照权利要求书界定。
图1图解根据本发明一种实施方式所实现的一数据储存装置100。数据储存装置100包括一非易失性存储器102、一控制器104、一易失性存储器106、一电源电路108、一电容SCAP、一充电路径调拨电路110、一放电路径调拨电路112、一电压检测电路114、以及一警示电路116。
非易失性存储器102用于持久保存数据。控制器104操作该非易失性存储器102时，可使用该易失性存储器106作为数据的动态暂存。数据储存装置100掉电时，电容SCAP负责提供备用电力至数个元件，包括：非易失性存储器102、控制器104以及易失性存储器106，因此，控制器104可以继续运作并将易失性存储器106上的动态暂存数据更新到非易失性存储器102中，避免数据丢失。如图所示，负责该数据储存装置100内各种电源需求的电源电路108除了自该数据储存装置100的外部接收一系统电源VCC_SYS，更耦接该电容SCAP获得备用电力VCC_SC。非易失性存储器102可为快闪存储器(flash memory)。该数据储存装置100可为固态硬盘(SSD)。在其他实施方式中，非易失性存储器102可为磁阻式随机存取存储器(Magnetoresistive RAM)、铁电随机存取存储器(Ferroelectric RAM)、电阻式随机存取存储器(Resistive RAM)等具有长时间数据保存的存储器装置。易失性存储器106可为动态随机存取存储器(DRAM)或静态随机存取存储器(SRAM)。
为了确保电容SCAP的可靠度，本发明更对电容SCAP的储电能力进行监控。充电路径调拨电路110可选择性地提供一充电路径，以选择性地使系统电源VCC_SYS向该电容SCAP进行充电。放电路径调拨电路112可选择性地提供一放电路径，以选择性地让该电容SCAP向一接地端进行放电。电压检测电路114检测该电容SCAP的电压值。控制器104操作该充电路径调拨电路110以及该放电路径调拨电路112，以控制该电压检测电路114对该电容SCAP的电压VCC_SC进行检测以监控该电容SCAP的储电能力。
在一种实施方式中，借由断开(不提供)该充电路径、并且于一时间段(timeinterval，视电容SCAP理想容量而设定)后建立(提供)该放电路径，使电容SCAP的电压VCC_SC的电压值降低，该控制器104于该电容SCAP的电压VCC_SC的降低后的电压值低于一阈值时做出电容失效判断。在一种实施方式中，借由断开该充电路径后，建立该放电路径且计算(或计数)该电容SCAP的电压VCC_SC的电压值低于一阈值所需的时间长度，该控制器104再依据此时间长度做出电容失效判断。在一种实施方式中，该控制器104在断开该充电路径后，等待一延迟时间方建立该放电路径；此外，该控制器104在该放电路径建立达上述时间段后，方控制该电压检测电路114对该电容SCAP的电压VCC_SC进行检测。特别是，本发明不限于以单次的电容失效判断定论电容SCAP损坏。其他实施方式中，控制器104是在电容失效判断累积N次(N为数值)，才把电容SCAP视为损坏。如此一来，掉电事件导致的电容SCAP电压VCC_SC骤降可被排除，避免错误判读电容SCAP储电能力。
如图所示，充电路径调拨电路110得以由一充电路径控制信号CTLA建立或断开上述充电路径。放电路径调拨电路112得以由一放电路径控制信号CTLB建立或断开上述放电路径。该电压检测电路114对该电容SCAP的电压值的检测结果可由判断信号SC_Health而得知。该控制器104可以自身的通用型输入输出脚位(GPIO)输出该充电路径控制信号CTLA、放电路径控制信号CTLB、以及接收信号SC_Health。充电路径调拨电路110、放电路径调拨电路112、或/以及电压检测电路114得以是设置于控制器104芯片外的电路。
在一种实施方式中，该控制器104依据信号SC_Health而累积N次皆作出电容失效的判断时，控制器104可致发一电容损坏信号SCap_bad警示电容SCAP为损坏。警示电路116较佳包括为一警示灯，使用者可依其需求而选用蜂鸣器或其他可制造声光效果的装置，并不以此为限。电容损坏信号SCap_bad可用于启动或致能该警示电路116以点亮该警示灯。另一种实施方式中，该数据储存装置100可输出该电容损坏信号SCap_bad至一外部的电子系统(例如，安装该数据储存装置的一主机)，以启动或致动该电子系统的一警示程序，以通知使用者。
图2为流程图，根据本发明一种实施方式图解数据储存装置100上电容SCAP储电能力的监控。数据储存装置100经步骤S202上电后，本发明是以步骤S204将电容SCAP初始化，其中，电容SCAP的充电路径以及放电路径都被选择性地建立。接着，数据储存装置100正常运作，此时电容SCAP的充电路径可被建立且放电路径可被断开。数据储存装置100正常运作中，若步骤S206电容SCAP的储电能力的监控条件满足，则程序进行步骤S208。例如，若预期定时对电容SCAP的储电能力作监控，例如每天早上6点及下午6点分别对电容SCAP的储电能力作监控，则步骤S206检查的是时间条件。一种实施方式是设计成周期性监控电容SCAP的储电能力，例如：每30分钟对电容SCAP的储电能力作监控。步骤S208断开电容SCAP的充电路径、并且于其中一时间段建立电容SCAP的放电路径，导致该电容SCAP的电压VCC_SC的电压值降低。步骤S210评估该降低后的电压值是否低于一阈值时，如果是则做出电容失效判断。步骤S212检查电容失效判断是否累积达N次。累积达N次的电容失效判断将触发步骤S214，判定电容SCAP损坏。电容SCAP损坏信息将通知使用者，使其作出应对措施，避免数据储存装置100掉电时没有备用电力让非易失性存储器102、控制器104或易失性存储器106继续运作而导致数据丢失的问题。
图3A为充电路径调拨电路110的一种实施方式。开关器302、304以及306，较佳以金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)来实现。开关器302以及304耦接在该系统电源VCC_SYS以及该电容SCAP之间，并由开关器302来控制开关器304的运作，包括开启(导通)或关闭(不导通)。该充电路径控制信号CTLA可控制开关器302的开启或关闭，并间接控制开关器304的开启或关闭。当开关器304开启时，充电路径建立，系统电源VCC_SYS沿着开关器306以及开关器304而提供至电容SCAP(正极)。当开关器304关闭时，则充电路径被断开。此实施例中，系统电源VCC_SYS为5V，而电容SCAP工作电压(VCC_SC)是4.2V，两者的压差为0.8V，此乃因为建立充电路径时开关器302以及304置于开启状态以及其他无源元件，例如电阻，所产生的压降。在其他实施方式中，系统电源VCC_SYS以及电容SCAP之间的充电路径可以其他开关电路或开关器实现。另外，由于通用型输入输出脚位(GPIO)所输出的充电路径控制信号CTLA的工作电压为3.3V，低于电容SCAP的工作电压VCC_SC(4.2V)，因此，充电路径控制信号CTLA较佳以直接控制开关器302的运作，或较佳以间接控制开关器304的运作，达到建立或断开充电路径的目的。
第3B图为充电路径调拨电路110的另一种实施方式，图3B与图3A的电路结构与相似，故此段落仅针对不同处进行说明。开关器302’的一端耦接至耦接到该系统电源VCC_SYS的电阻318，并耦接开关器304’的控制端(栅极)，因此，开关器302’可控制开关器304’的运作，包括开启(导通)或关闭(不导通)，另外，开关器302’的另一端接地。该充电路径控制信号CTLA可控制开关器302’的开启或关闭，并间接控制开关器304’的开启或关闭。开关器304’的一端连接至开关器306，另一端连接至电容SCAP(正极)，因此，当开关器304’开启(导通)时，充电路径建立，系统电源VCC_SYS沿着开关器306以及开关器304’而提供至电容SCAP(正极)。当开关器304关闭(不导通)时，则充电路径被断开。
另外，电阻308串接电阻310并提供第一参考电压至可编程齐纳二极管(Zenerdiode)312的控制端，以控制可编程齐纳二极管312控制开关器306的运作(导通或不导通)，并提供静电放电(Electrostatic Discharge，ESD)路径以保护充电路径调拨电路110。电阻314串接电阻316提供第二参考电压至电容SCAP内建的充/放电保护电路，由于此充/放电保护电路与本发明无关，故不多作说明。
另外，使用者可依其需要而放置无源元件，包括：电阻、电容、电感等，至充电路径调拨电路110中，达到滤波、降低功耗等目的，由于此放置不会改变充电路径调拨电路110的功能，故不多作说明。
图4为放电路径调拨电路112的一种实施方式。开关器402耦接在该电容SCAP正极以及地端之间，随该放电路径控制信号CTLB动作，以建立或断开该电容SCAP至地端的放电路径。另外，放电路径上较佳放置电阻404作为阻抗以调整电容SCAP的放电时间。
图5为电压检测电路114的一种实施方式，包括一分压电路502以及一可编程齐纳二极管504。分压电路502较佳由二个串接的电阻所组成，分压电路502将该电容SCAP的电压VCC_SC分压，以产生一分压信号506。可编程齐纳二极管504与一电阻508串接在一电源VCCF以及地端之间，由于通用型输入输出脚位的工作电压为3.3V，电源VCCF的工作电压较佳等于3.3V，或小于/等于系统电源VCC_SYS的工作电压。分压信号506输人至可编程齐纳二极管504的控制端以控制运作可编程齐纳二极管504的运作。电容SCAP的电压VCC_SC的降低后的电压值小于阈值时(例如，电压VCC_SC自4.2伏特降至3.0伏特而阈值为3.3伏特)，可编程齐纳二极管504将导通而使信号SC_Health的电压电位下拉，使得控制器104在判断信号SC_Health的电压电位时将得到逻辑”0”的结果。相反的，电容SCAP的电压VCC_SC的上述降低的电压电位(例如，电压VCC_SC自4.2伏特降至4.0伏特)大于或等于阈值时，可编程齐纳二极管504将不导通而使信号SC_Health的电压电位与电源VCCF的工作电压一致，使得控制器104在判断信号SC_Health的电压电位时将得到逻辑”1”的结果。如此一来，控制器104可检测SC_Health的电压电位而得到不同的结果，可依据此结果来得知电容SCAP状况。
图6图解控制器104这些通用型输入输出脚位的一种设计。在此实施方式中，控制器104外部更设置电阻上拉电阻602以及上拉电阻604，分别常态上拉该充电路径控制信号CTLA以及该充电路径控制信号CTLB。电源VCCF可以是输入该控制器104电源端的该个电源。
图7图解一警示电路116的一种实施方式，其中包括串接的一警示灯702以及一电阻704，且连结电源VCCG，根据控制器104提供的该电容损坏信号SCap_bad点亮(SCap_bad低电位)或熄灭(SCap_bad高电位)。
图8为波形图，根据本发明一种实施方式显示各信号的波形。进入上电阶段(S202)后，接着进入初始化阶段(S204)，将充电路径控制信号CTLA以及放电路径控制信号CTLB一同拉升，使电容SCAP的充电路径以及放电路径都被建立。接着，数据储存装置100正常运作，此时电容SCAP的充电路径可维持建立(CTLA维持高位)且放电路径可被断开(CTLB切换至低位)。数据储存装置100正常运作一特定周期后，使电容SCAP进入放电阶段。首先，为电容SCAP特意建立放电路径(S208)。如波形所示，该充电路径断开(CTLA切换至低位)后，更等待一延迟时间t1方建立该放电路径(CTLB切换至高位)。该放电路径在时间段t2中维持建立。该时间段t2后，该电容SCAP的电压VCC_SC的检测结果方被采纳，接着进入评估阶段以进行评估(S210)此时电容SCAP的电压VCC_SC的(降低后的)电压值与阈值的关系。如波形图所示，放电以及评估阶段是定期执行，方便使用者掌握电容SCAP储电能力。图中第一、第二次评估都显示电容SCAP的电压VCC_SC的降低后的电压值皆大于或等于阈值，因此信号SC_Health没有变化。第三次评估则显示电容SCAP的电压VCC_SC的降低后的电压值小于阈值，信号SC_Health即随的反应，控制器104将随的作出电容失效判断。控制器104可以累积N次电容失效判断后，才断定电容SCAP损坏。
除了以上描述的装置结构，基于同样概念，本发明还提供储电能力监控方法，用于数据储存装置的备用电力来源。一种实施方式中，所提供的储电能力监控方法包括：调拨一充电路径，其中，该充电路径耦接一系统电源至一电容，且该电容用于提供备用电力使该数据储存装置掉电时得以完成数据保存；调拨该电容至一地端的一放电路径；并且检测该电容的电压，以监控该电容的储电能力。一种实施方式中，所述方法借由断开该充电路径、并且于一时间段建立该放电路径，于该电容的电压值(降低后的)低于一阈值时做出电容失效判断。一种实施方式中，所述方法是在累积N次电容失效判断后才警示使用者。一种实施方式中，所述方法在充电路径断开后，相隔一延迟时间方建立该放电路径。一种实施方式中，所述方法在该放电路径建立达该时间段后，方采纳该电容的电压的检测。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (24)

1.一种数据储存装置，包括：
一电容，于该数据储存装置掉电时提供该数据储存装置一备用电力；
一充电路径调拨电路，可选择性地提供一充电路径至该电容；
一放电路径调拨电路，可选择性地提供该电容一放电路径；
一电压检测电路，检测并判断该电容的一电压值是否小于一阈值，以产生一判断结果；以及
一控制器，控制该充电路径调拨电路以及该放电路径调拨电路，其中，经该控制器控制该充电路径调拨电路所提供的该充电路径以对该电容充电，更经该控制器控制该放电路径调拨电路所提供的该放电路径以对该电容放电，该控制器不同时提供该充电路径以及该放电路径至该电容，再由该控制器控制该电压检测电路进行检测与判断。
2.如权利要求1所述的数据储存装置，其特征在于，该充电路径调拨电路以及该放电路径调拨电路更经该控制器控制，不提供该充电路径、且于一时间段不提供该放电路径后，才提供该放电路径。
3.如权利要求1所述的数据储存装置，其特征在于，更包括：
一警示电路，根据该判断结果致能。
4.如权利要求3所述的数据储存装置，其特征在于，当该判断结果显示该电容的该电压值连续多次小于该阈值时，该警示电路致能。
5.如权利要求3所述的数据储存装置，其特征在于，该警示电路具有一警示灯，致能该警示电路即致能该警示灯。
6.如权利要求1所述的数据储存装置，其特征在于：
该判断结果用作该电容的储电能力的判断；且
该判断结果显示该电容的储电能力损坏时，该控制器输出一电容损坏信号至该数据储存装置外部的一电子系统。
7.如权利要求1所述的数据储存装置，其特征在于：
该控制器于操作该放电路径调拨电路提供该电容该放电路径达一时间段后，致能该电压检测电路以产生该判断结果。
8.如权利要求1所述的数据储存装置，其特征在于：
该充电路径调拨电路是以一开关器耦接至一耦接到一系统电源的一電阻；且
该充电路径调拨电路的该开关器是由该控制器以一充电路径控制信号操作。
9.如权利要求8所述的数据储存装置，其特征在于，更包括：
一上拉电阻，设置在该控制器之外，常态上拉该充电路径控制信号。
10.如权利要求1所述的数据储存装置，其特征在于：
该放电路径调拨电路是以一开关器耦接在该电容以及一地端之间；且
该放电路径调拨电路的上述开关器是由该控制器以一放电路径控制信号操作。
11.如权利要求10所述的数据储存装置，其特征在于，更包括：
一上拉电阻，设置在该控制器之外，常态上拉该放电路径控制信号。
12.如权利要求1所述的数据储存装置，其特征在于，该电压检测电路包括：
一分压电路，依据该电容的该电压值以产生一分压信号；以及
一可编程齐纳二极管，具有一控制端；
其中，该可编程齐纳二极管随该控制端的电位基于该分压信号而导通或不导通，以提供逻辑值形成该判断结果。
13.一种储电能力监控方法，用于一数据储存装置的备用电力来源，包括：
选择性地提供一充电路径至一电容，该电容于该数据储存装置掉电时提供该数据储存装置一备用电力；
选择性地提供该电容一放电路径；以及
经该充电路径对该电容充电，更经该放电路径对该电容放电，其中不同时提供该充电路径以及该放电路径至该电容，再检测与判断该电容一电压值是否小于一阈值，以产生一判断结果。
14.如权利要求13所述的储电能力监控方法，其特征在于，在不提供该充电路径、且于一时间段不提供该放电路径后，才提供该放电路径。
15.如权利要求13所述的储电能力监控方法，更包括：
提供一警示电路，并根据该判断结果致能该警示电路。
16.如权利要求15所述的储电能力监控方法，其特征在于，于该判断结果显示该电容的该电压值连续多次小于该阈值时，致能该警示电路。
17.如权利要求15所述的储电能力监控方法，其特征在于，该警示电路具有一警示灯，致能该警示电路即致能该警示灯。
18.如权利要求13所述的储电能力监控方法，其特征在于，更包括：
将该判断结果用作该电容的储电能力的判断；且
该判断结果显示该电容的储电能力损坏时，输出一电容损坏信号至该数据储存装置外部的一电子系统。
19.如权利要求13所述的储电能力监控方法，其特征在于，于该放电路径供应给该电容达一时间段后，检测并判断该电容的该电压值是否小于该阈值，以据此产生该判断结果。
20.如权利要求13所述的储电能力监控方法，其特征在于，以一开关器耦接至一耦接到一系統電源的一電阻，由一充电路径控制信号操作，以形成该充电路径。
21.如权利要求20所述的储电能力监控方法，其特征在于，更包括：
提供一上拉电阻，常态上拉该充电路径控制信号。
22.如权利要求13所述的储电能力监控方法，其特征在于，以一开关器耦接在该电容以及一地端之间，由一放电路径控制信号操作，以形成该放电路径。
23.如权利要求22所述的储电能力监控方法，其特征在于，更包括：
提供一上拉电阻，常态上拉该放电路径控制信号。
24.如权利要求13所述的储电能力监控方法，其特征在于，更包括：
依据该电容的该电压值产生一分压信号；以及
提供一可编程齐纳二极管，其中，该可编程齐纳二极管具有一控制端，且随该控制端的电位基于该分压信号而导通或不导通，以提供逻辑值形成该判断结果。
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