DD224986A1 - Schaltungsanordnung fuer den datenerhalt in statischen schreib/lese-speichern bei ausfall der versorgungsspannung - Google Patents

Abstract

Anwendbar in EDVA und in speicherprogrammierbaren Steuerungen soll die Erfindung bei geringen technischem Aufwand den Datenerhalt in statischen Schreib/Lese-Speichern gewaehrleisten, wenn deren Versorgungsspannung ausfaellt oder unzulaessig absinkt. Dabei wird die Ansteuerung der Speicher unterbunden und eine kontaktlose Umschaltung der Speicherversorgung auf eine Batterie vorgenommen. Zwei mit ihren Basis-Emitter-Strecken parallelgeschaltete und an ihren Basisanschluessen mit einem festen Potential beaufschlagte Transistoren sperren zuerst die Ansteuerung der Speicher und schalten dann auf die Batterie um. Dadurch ist auch beim Umschalten gewaehrleistet, dass aus der Batterie nur der extrem niedrige Betriebsstrom fuer die im "Schlafzustand" gehaltenen Speicher entnommen wird. Figur

Description

Anmelder: Berlin, den 30.3.I984-

Kombinat VEB Elektro-Apparate-Werke P 1441 Berlin-Treptow

Zentrum für Forschung u. Technologie ~* '^/VJU

IO55 Berlin, Storkower Str.. 101 (H02J - 9/06)

Büro für Schutzrechte

Schaltungsanordnung für den Datenerhalt in statischen Schreib/Lese-Speichern bei Ausfall der Versorgungsspannung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Anwendung der Erfindung erstreckt sich auf elektronische Datenverarbeitungseinrichtungen, auf speiche!"programmierbare Steuerungen oder ähnliche Einrichtungen, in denen statische Schreib/Lese-Speicher, insbesondere in CMOS-Technik, eingesetzt werden, deren gespeicherte Daten bei einem Ausfall der Versorgungsspannung nicht verfälscht werden dürfen«,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, in statischen Schreib/Lese-Speichern, nachfolgend vereinfachend Speicher genannt, die gespeicherten Daten bei einem Ausfall der Versorgungsspannung zu erhalten, indem die Versorgung der Speicher von einer Batterie übernommen wird, während die übrigen elektronischen Baustufen im spannungslosen Zustand verbleiben. Die Batteriespannung wird hierbei derart gewählt, da£ eine minimale. Schlafspannung an den Speichern nicht unterschritten wird« Im sogenannten Schlafzustand wird der Datenerhalt bei reduziertem Betriebsstrom garantiert, falls die kritischen Steuersignale der Speicher bei Ausfall der normalen Yersorgungsspannung inaktiv bleiben.

Aas der DD-PS 141 74-3 ist eine An steuerschaltung für derartige Speiche-r bekannt, in der zwischen der Ansteuerlogik und den Freigabeeingängen der Speicher NAND-Gatter als Torglieder eingefügt sind, die gesperrt werden, wenn die .Yersorgungsspannung um einen festgelegten Betrag absinkt,, Sin Transistor, nachfolgend Ansprechtransistor genannt, dessen Basis über eine Z-Diode mit Masse verbunden ist, ist bei voller Yersorgungsspannung leitend und sperrt, sobald die Yersorgungsspannung unter die Z-Spannung absinkt. Damit erzeugt der Ansprechtransistor bei voller Yersorgungsspannung ein H-(High-) Signal, mit dem die Torglieder geöffnet und bei abfallender Yersorgungsspannung ein L-(Low-) Signal, mit denen die Torglieder gesperrt werden. Diese Schaltung verhindert die Ansteuerung der Speicher bei unzulässigem Abfall der Yersorgungsspannung, eine Spannungsumschaltung auf eine Batterie ist hierbei jedoch nicht realisiert,, Nachteilig ist, daß das Signal des Ansprechtransistors unwirksam ist, falls die L-aktiven Ausgänge der NAND-Glieder bzw. der Auswahlschaltung niederohmige Pfade zur auf.Massepotential liegenden Yersorgungsspannung aufweisen (z.B. LSTTL-Technologie) und daher für Schaltkreise dieser Technologie Open-Köllektor-Ausgänge der NAND-Glieder bzw, der Ansteuerlogik voraussetzt.

In dem Fachbuch Kieser/Meder, Mikroprozessortechnik, ist im Bild 6.2.11. eine Schaltung angegeben, die sowohl eine kontaktlose Umschaltung der Speicherversorgung auf eine Batterie als auch eine Unterbrechung der Speicheransteuerung bei einem Abfall der Yersorgungsspannung ermöglicht. Nachteiligerweise erfordert diese Lösung einen hohen schaltungstechnischen Aufwand und einen relativ" großen Quarstrom für die Erzeugung der Ansteuerblockierung_; der die Batterie ständig belastet. Der Einsatz von Low-Power-Schottky-TTL-Schaltkreisen ist ebenso wie in der bereits erwähnten Lösung nicht möglich, da diese bei Ausfall der Yersorgungsspannung niederohmige Pfade zum Yersorgungsspannungsanschluß haben, dessen Potential dabei Massepotential annimmt„ Ein weiterer Nachteil dieser Lösung, wie auch anderer, nach demselben

Prinzip arbeitenden Lösungen besteht darin, daß die Umschaltung auf die Batterie annähernd gleichzeitig mit der Unterbrechung der Speicheransteuerung erfolgt, woraus sich im Umschaltmoment eine erhöhte Batteriebelastung ergibt·

Ziel der Erfindung

Die Erfindung verfolgt das Ziel, bei Verringerung des schaltungstechnischen Aufwands die Belastung der Batterie bei Ausfall der Versorgungsspannung stark zu senken»

Wesen der Erfindung Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für den Datenerhalt in statischen Schreib/Lese-Speichern eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die bei ,Ausfall oder.unzulässigem Absinken der Versorgungsspannung die Ansteuerung der Speicher sperrt und eine kontaktlose Umschaltung der Speicherversorgung auf eine -Batterie vornimmt-. Der Strombedarf bei Batteriebetrieb soll ausschließlich durch den Betriebsstrom der Speicher bestimmt und so gering sein, daß ein Puffern der Batterie nicht erforderlich ist, so daß Primärelemente, z.B, Lithiumbatterien, eingesetzt werden können·

Merkmale der Erfindung

Die Aufgäbe der Erfindung wird mit einer Schaltungsanordnung gelöst, die Torglieder zum Sperren der Speicheransteuerung, eine zu einem Versorgungspunkt zuschaltbare Batterie, einen Abschalttransistor zum Sperren der Versorgungsspannungszuführung und einen Ansprechtransistor zum Erfassen des Versorgungsspannungsausfalls aufweist und die die folgenden Merkmale besitzt. Als Torglieder werden

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Torungstransistoren mit.ihrer Smitter-Kollektor-Strecke zwischen die Ansteuerlogik und die Freigabeeingänge der Speicher eingefügt. Ziehwiderstände führen von jedem Freigabeeingang zum Versorgungspunkt. Der Emitter-Basis-Strecke des Abschalttransistors, der mit seiner Bmitter-Kollektor-Strecke zwischen dem Anschluß für die Versorgungsspannung und dem Versorgungspunkt eingefügt ist, ist die Emitter-Basis-Strecke des Ansprechtransistors parallel geschaltet. Beide Transistoren sind von demselben Leitfähigkeitstyp. Vom gemeinsamen Basisanschluß beider Transistoren ist eine Reihenschaltung aus einem Begrenzungswiderstand und einer Z-Diode zur Masse geschaltet. Bin Arbeitswiderstand ist zwischen Masse und Kollektor des Ansprechtransistors angeordnet. Von dort aus führt ein Vorwiderstand zu allen Basisanschlüssen der Torungstransistoren. Ebenfalls vom Kollektor des Ansprechtransistors führt ein Basiswiderstand zur Basis des zwischen Batterie und Versorgungspunkt eingefügten Zuschalttransistors. Parallel und gleichgepolt zur Smitter-Kollektor-Strecke des .Abschalttransistors ist eine Reihenschaltung aus einer Ladediode und einer Entladediode angeordnet. Zwischen dem Verbindungspunkt beider Dioden und Masse ist ein Speicherkondensator geschaltet.

Sinkt die Versorgungsspannung unter die Z-Spannung der Z-Diode, dann sperrt der Ansprechtransistor und erzeugt dabei an seinem Kollektor ein L-Signal. Mit diesem werden alle Torungstransistoren gesperrt, und der Zuschalttransistor wird leitend. Bei weiterem Absinken der Versorgungsspannung sperrt auch der Abschalttransistor, und die Versorgung der Speicher erfolgt nur aus der Batterie. Dabei befinden sich die Speicher im Schlafz-ustand und benötigen nur einen extrem geringen Betriebsstrom, über sämtliche Ziehwiderstände fließt praktisch kein Strom, da sie nur dazu dienen, mit dem Potential der Batteriespannung die angeschlossenen Stufen im gesperrten Zustand zu halten.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungs— beispiels näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung ist die Erfindung im Zusammenwirken mit einer Speicheranordnung dargestellt,

Die Speicheranordnung besteht aus einer Anzahl von statischen Speichern M, die insbesondere in CMOS-Iechnik ausgeführt sind. Mit dem übrigen System sind sie über den Datenbus DB und einen 'Teil des Adreßbusses A3 verbunden. Im Zusammenhang mit der Erfindung sind die Preigabeeingänge CS bedeutsam, die über Auswahlleitungen AL an eine Ansteuerlogik ASL angeschlossen sind. In Abhängigkeit von weiteren, nicht dargestellten Signalen wird einer der Speicher aus der Ansteuerlogik ASL mit einem L—(Low—)Signal als Freigabesignal angesteuert. Alle übrigen Speicher werden durch H-(High-) Signale an den Freigabeeingängen CS im inaktiven Zustand gehalten.

Im ungestörten Betriebszustand werden sowohl die Änsteüerlogik ASL als auch die Speicher M mit der Versorgungsspannung Ucc betrieben. Stinkt diese infolge einer Störung unzu—. lässig weit ab oder fällt sie ganz aus, dann müssen die gespeicherten Daten unverfälscht erhalten bleiben. Dies wird durch zwei Maßnahmen erreicht. Zuerst wird verhindert, daß Signale an den Ausgängen der Ansteuerlogik ASL bei einer zu geringen Versorgungsspannung Ucc zur Verfälschung des Speicherinhalts führen, und dann wird die Versorgungsspannung Ucc abgetrennt und die Spannungsversorgung der Speicher M von einer Batterie 3 gestützt.

Die Versorgungsspannung Ucc (deren Nennwert beispielsweise 5 Volt beträgt) wird zur Ansteuerlogik ASL direkt geführt. Zum Versorgungspunkt V, an den die Speicher M angeschlossen sind, gelangt sie über einen Abschalttransistor 13· Parallel zu dessen Basis-Smitter-Strecke ist die Basis-Emitter-Strecke eines Ansprechtransistors T2 angeordnet, und zwischen dem gemeinsamen Basisanschluß und Masse ist ein Begrenzungs-

α —

widerstand R4 in Reihe mit einer Z-Diode geschaltet. Deren Z-Spannung liegt etwas unterhalb" der Versorgungsspannung Ucc. Vom Kollektoranschluß des Ansprechtransistors T2, der als Schaltungspunkt 3 bezeichnet ist, ist zur Masse hin ein relativ niederohmiger Arbeitswiderstand R3 angeordnet.

Liegt die Versorgungsspannung ücc im zulässigen Bereich, dann liegt sie oberhalb der Z-Spannung, so daß die Z-Diode ZD leitet und über den Begrenzungswiderstand R4- ein Basisstrom sowohl in den Ansprechtransistor T2 als auch in den Abschalttransistor T3 fließt. Beide Transistoren werden dabei im gesättigt leitenden Zustand gehalten, und bis auf den geringen Restspannungsabfall ist an Versorgungspunkt V und am Schaltungspunkt S nahezu die volle Versorgungsspannung ücc vorhanden*

An den Schaltungspunkt S sind über einen Vorwiderstand R2 die Basisanschlüsse von Torungstransistoren T4· angeschlossen, von denen jeweils die Smitter-Kollektor-Strecke in jede der Auswahlleitungen AL eingefügt ist. Vom Kollektor eines jeden Torungstransistors TA- ist jeweils ein Ziehwiderstand Rz zum Versorgungspunkt V geführt. So lange am Schaltungspunkt praktisch die Versorgungsspannung Ucc anliegt, wirkt sich dies bei allen Torungstransistoren T4- an ihrer Basis als Η-Signal aus. Damit treten Logiksignale, die in die Emitter der Torungstransistoren TA- eingespeist werden, unverändert an ihren Kollektoren und an den Freigabeeingängen Cl auf. Bei vorhandener Versorgungsspannung Ucc wird also die Ansteuerung der Speicher M nicht beeinflußt.

Vom Schaltungspunkt S wird außerdem über einen sehr hochohmigen Basiswiderstand Ri die Basis eines Zuschalttransistors T1 angesteuert, dessen Smitter-Kollektor-Strecke die Batterie B mit dem Versorgungspunkt V verbindet· Die Spannung Ubatt der Batterie 3, die vorzugsweise als Lithiumzelle ausgeführt ist, liegt etwa beim halben Nennwert der Versorgungsspannung.Ucc, Der Zuschalttransistor T1 bleibt so lange ge-

sperrt, wie die an seiner Basis sich auswirkende Spannung vom Schaltungspunkt S positiver ist als die Spannung Ubatt an seinem Emitter. Bei voller Versorgungsspannung ücc ist dies der Fall, so daß die Batterie B im ungestörten Betrieb völlig unbelastet bleibt. Wegen der positiven Polarität der Yersorgungsspannung Ucc und der Spannung Ubatt sind Zuschalttransistor T1, Ansprechtransistor T2 und Anschalttransistor T3 als pnp-Transistoren ausgeführt.

Bei einem Ausfall der Versorgungsspannung Ucc oder, wenn diese so weit absinkt, daß sie kleiner als die Z-Spannung wird, sperrt die Z-Diode ZD^ wodurch der Ansprechzustand eintritt. Ss entfällt der Basisstrom für den Ansprechtransistor T2 und den Abschalttransistor T3₅ und beide Transistoren gehen in den Sperrzustand über. Dieser Übergang bildet sich jedoch in den beiden Transistoren in •unterschiedlicher Weise aus und hängt davon ab, wie stark jeder Transistor belastet ist. Der Arbeitswiderstand H3 des Ansprechtransistors T2 ist relativ niederohmig ausgeführt, verglichen mit der geringen Belastung des Abschalttransistors T3 durch die Speicher M, wenn diese sich im nichtangesteuerten Zustand befinden. 3in erhöhter Spannungsabfall zwischen Smitter und Kollektor ist dadurch beim Ansprechtransistor T2 bereits früher, d.h. bereits bei höheren Werten der absinkenden Versorgungsspannung Ucc als beim Abschalttransistor T3 zu beobachten.

Wenn der Ansprechtransistor T2 beim Ansprechen auf die absinkende Versorgungsspannung Ucc sperrt, dann entsteht wegen des relativ niederohmigen Arbeitswiderstandes R3 am Schaltungspunkt S,praktisch Massepotential, das über den Basiswiderstand R1 an der 3asis des Zuschalttransistors Ti wirksam wird. Dieser wird dabei leitend, und schaltet die Spannung Ubatt der Batterie B bis auf einen kleinen Restspannungsabfall zum Versorgungspunkt V. Dabei werden mit der relativ geringen Spannung Ubatt die Speicher M im sogenannten Schlafzustand gehalten, wobei die Freigabeeingänge CE der Speicher M inaktiv bleiben müssen.

Hierzu wird ebenfalls das Massepotential verwendet, das sich beim Ansprechen des Ansprechtransistors T2 am Schaltungspunkt S einstellt. Über den Vorwiderstand H2 gelangt dieses Massepotential an die Basisanschlüsse aller 'Torungstransistoren T4-. Dadurch werden diese im gesperrten Zustand gehalten, unabhängig davon, welcher Signalpegel an ihren Emitteranschlüssen auftritt. Mit Hilfe der Ziehwiderstände Rz bildet sich daraufhin an jedem Freigabeeingang CE ein Potential aus, das einem sperrenden Η-Signal entspricht, so daß auch bei nur teilweise gestörtem Betriebszustand eine Ansteuerung der Speicher M verhindert wird. Wegen der gesperrten Torungstransistoren TA- fließt über d'ie Ziehwiderstände Rz kein KoI-lektorstronu Eine zusätzliche Belastung der Batterie B entsteht also nicht.

Nachdem diese Vorgänge abgelaufen sind, sperrt auch der Abschalttransistor T3, wenn die absinkende Versorgungsspannung Ucc einen etwas niedrigeren Wert erreicht hat_e Damit wird verhindert, daß die Batterie B vom Versorgungspunkt V aus die übrigen Baustufen mitversorgt. Das gestaffelte Sperren von Ansprechtransistor T2 und Abschalttransistor T3 bringt den Vorteil mit sich, daß die Ansteuerung der Speicher M mit Sicherheit bereits unterbunden wird, bevor die Batterie über den Zuschalttransistor T1 belastet wird. Die Speicher M befinden sich daher bereits frühzeitig im Schlafzustand.

Da das Leitendwerden des Zuschalttransistors T1 vor dem Sperren des Abschalttransistors T3 stattfindet, entsteht ein Übergangszustand, in dem beide Transistoren leitend sind. Ein Ladestrom, der einer Lithiumselle als Batterie B schädlich wäre,,kann nicht auftreten, da über den Zuschalttransistor ΤΊ unter den vorhandenen Bedingungen ein Strom in umgekehrter Richtung nicht zustande kommen kann.

Um in CMOS-Pufferstufen einen die Batterie B belastenden Strom zu verhindern, müssen definierte Potentiale zugeführt werden. Aus diesem Grunde sind alle Anschlüsse der Speicher M, die mit dem Datenbus DB und dem Adreßbus AB verbunden sind, über Ziehwiderstände Hz an den Versorgungspunkt V angeschlossen.

Kurzzeitige Einbrüche der Versorgungsspannung Uce im Bereich von Millisekunden überbrückt ein. Stützkondensator C1, so daß in diesen Fällen ein Sperren der Speicheransteuerung und ein Umschalten der Versorgung auf die Batterie B nicht notwendig wird. Parallel zur Emitter-Kollektor—Strecke des Abschalttransistors T3 sind eine Ladediode DI in Reihe mit einer Entladediode D2 angeordnet, und zwischen beide Dioden und Masse ist ein Speicherkondensator C2 geschaltet· Dieser Speicherkondensator C2, dessen Ladung im Normalbetrieb über die Ladediode D1 ständig aufrechterhalten wird, hält im Störungsfall über die Entladediode D2 am Versorgungspunkt V die -Spannung für einen kurzen Zeitabschnitt aufrecht. Damit wird das Absinken der Versorgungsspannung Ucc am Versorgungspunkt V weiter verzögert.

Claims (1)

1. — IU-

   Erfindungsansprach

   Schaltungsanordnung für den Datenerhalt in statischen Schreib/Lese-Speichern bei Ausfall der Yersorgungsspannurig, mit Torgliedern zum Sperren der Speicheransteuerung, mit einer zum Yersorgungspunkt der Speicher zuschaltbaren Batterie zum Aufrechterhalten der Speicherversorgung, mit einem Abschalttransistor zum Sperren der Yersorgangsspan— nungszuführung und mit einem Ansprechtransistor zum Erfassen des Yersorgungsspannungsausfalls, gekennzeichnet dadurch, daß als Torglieder Torungstransistoren (T4) mit ihrer Emitter-Kollektor-Strecke zwischen der Ansteuerlogik (ASL) und den Freigabeeingängen'(CS) der Speicher (M) eingefügt sind, daß von jedem Freigabeeingang (CE) zum Yersorgungspunkt (Y) ein Ziehwiderstand (Rz) angeordnet ist, daß der Emitter—Basisstrecke des mit seiner Emitter-Kollektor— · Strecke zwischen Nlem. Anschluß der Yersorgungsspannung (Ucc) und dem Yersorgungspunkt (Y) angeordneten Abschalt— transistors(T3) die !mitter-Basis-Strecke des Ansprechtransistors (T2) parallel geschaltet ist, daß beide Transistoren von demselben Leitfähigkeitstyp sind, daß vom gemeinsamen Basisanschluß beider Transistoren eine Reihenschaltung aus Begrenzungswiderstand (R4) und Z-Diode (ZD) zur Masse geschaltet ist, daß von der Masse ein Arbeitswiderstand (R3) zum Kollektor des Ansprechtransistors (T2) führt, daß von dort aus sowohl ein Yorwiderstand (R2) zu den Basisanschlüssen aller.

   Torungstransistoren (T4) als auch ein Basiswiderstand (RI) zur Basis des zwischen Batterie (3) und Yersorgungspunkt (Y) eingefügten Züschalttransistori(T1) angeordnet ist, daß parallel und gleichgepolt zur Emitter-Kollektor-Strecke des Abschalttransistors (T3) eine Reihenschaltung aus Ladediode (DI) und Entladediode (D2) angeordnet ist und daß ein Speicherkondensator (G2) von dem Yerbindungspunkt von Ladediode (DI) und Sntladediode (D2) zur Masse führt.

   Hierzu Λ Seite Zeichnung