DE2807814C2 - Spannungsüberwachungsschaltung - Google Patents

Spannungsüberwachungsschaltung

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DE2807814C2 DE19782807814 DE2807814A DE2807814C2 DE 2807814 C2 DE2807814 C2 DE 2807814C2 DE 19782807814 DE19782807814 DE 19782807814 DE 2807814 A DE2807814 A DE 2807814A DE 2807814 C2 DE2807814 C2 DE 2807814C2
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Description

3 4
schaltung das für die Sicherung des Informationsinhai- näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeutet
tes des Speichers abzugebende Sperrsignal sehr schnell F i g. 1 das Blockschaltbild einer Speichereinrichtung,
erzeugen können muß. Es muß aber auch beim Wieder- die mittels einer Spannungsüberwachungsschaltung geauftreten einer ausgefallenen Versorgungsspannung gen den Verlust ihres Informationsinhaltes bei Ausfall
das Sperrsignal so lange an der Speichereinheit anlie- 5 der Versorgungsspannung gesichert ist,
gen, bis die Einschwingvorgänge im Bereich der Spei- F i g. 2 das Schaltbild der Spannungsüberwachungs-
chersteuerung abgeklungen sind. Einschwingvorgänge schaltung nach F i g. 1,
im Bereich der Speichersteuerung können nämlich' an- F i g. 3 die Spannungsüberwachungsschaltung nach sonsten ebenfalls eine Verfälschung des Inhaltes, des F i g. 2 erläuternde Spannungsdiagramme.
Speichersystems herbeiführen. io Beim Blockschaltbild nach F i g. 1 bedeutet SO die Durch die Literaturstelle Zeitschrift »Elektronik«, Spannungsüberwachungsschaltung, SS die Speicher-' 1972, Heft9, Seiten 295 bis 297, ist ebenfalls eine Schal- steuerung und SP die Speichereinrichtung. Alle drei tung zur Datensicherung bei Netzausfal! bekannt, die Baugruppen liegen gegen Bezugspotential an der Verals Schwellendetektor einen speziellen, mit Transistoren sorgungsspannung Un. In die Zuleitung der Versorrealisierten Spannungssensor verwendet und mit Hilfe 15 gungsspannung zur Speichereinrichtung SP ist eine hin- ;■ spezieller Ein- und Ausschalt-Steuernetzwerke sowie sichtlich der Versorgungsspannung Un in Durchlaßricheines Schmitt-Triggers zur Formung des Sperrsignals tung geschaltete Schaltdiode Ds angeordnet Weiterhin unter Verwendung von Transistoren und einem Thyri- steht der Versorgungsspannungsanschluß der Speicherstor eine schnelle Sperrsignaleinschaltzeit von 1 msec einrichtung SP mit der Batteriespannung Ub über eine und eine verzögerte Sperrsignalausschaltzeit von etwa 20 für die Batteriespannung in Durchlaßrichtung geschal-250 msec ermöglicht Diese zwar mit den erwünschten tete Schaltdiode Ds in Verbindung. Da die Versorgungs-Zeitbedingungen arbeitende Schaltung ist aber insbe- spannung Un wesentlich größer als die Batteriespansondere hinsichtlich des Spannungssensors außeror- nung Ub ist, bleibt die Batteriespannung hinsichtlich der dentlich aufwendig. Speichereinrichtung SP so lange unwirksam, wie die Ferner ist durch die DE-AS 14 99 196 eine aufwendi- 25 Versorgungsspannung Un einen ausreichenden Wert, ge Schutzvorrichtung für den Speicher eines elektroni- der größer ist als die Batteriespannung Ub, aufweist sehen Rechners bekannt, bei dem bei Absinken der Ver- Sinkt die Versorgungsspannung Un unter die Batteriesorgungsspannung unter einen bestimmten Wert über spannung Ub, dann übernimmt die Batteriespannung an- IA einen Schwellwertdetektor ein Univibrator und ein Re- stelle der Versorgungsspannung die Stromversorgung Π; laisverstärker angesteuert werden, der wiederum ein 30 der Speichereinrichtung. Der mit S bezeichnete Aus- :'.; Schaltrelais steuert. Das Relais hat auch einen speziellen gang der Spannungsüberwachungsschaltung ist mit ei- \j: Ausgang für die Ansteuerung eines Schmitt-Triggers. nem nicht näher bezeichneten Eingang für die Speicher-ί: Hierbei Hefen der Univibrator ein Fehleralarmsignal einrichtung SP verbunden, über den bei Anliegen einer \i für einen Speicherphasenzähler, das Relais Fehler- vorgegebenen Sperrspannung, die beim noch näher zu !';. alarmsignal für eine Lesestrom-Schreibstromquelle 35 erläuternden Ausführungsbeispiel nach den F i g. 2 und : und der Schmitt-Trigger ein Sperrsignal für einen Pro- 3 das Bezugspotential ist, die Speichereinrichtung von '!■· grammzähler, ein Referenzregister und den eigentlichen der Speichersteuerung SS abgetrennt und auf diese • Datenspeicher. Der Schmitt-Trigger ist auf Seiten seines Weise unerwünschte Einschreibvorgänge verhindert Steuereinganges mit einer Verzögerungsschaltung ver- werden.
bunden, um zu verhindern, daß das Speichersystem nach 40 Die Spannungsüberwachungsschaltung nach Fig. 2 ■'. der Erregung des Relais bei erneut ansteigender Ver- besteht neben einer weiter unten noch erwähnten Zesorgungsspannung eingeschaltet bzw. das Sperrsignal nerdiode, die als Spannungssensor dient aus einem ausgeschaltet wird, ehe nicht eine bestimmte Zeit ver- Schmitt-Trigger, dem auf der Eingangsseite ein Steuerstrichen ist. Die Ansteuerung des Schmitt-Triggers er- netzwerk zugeordnet ist. Der Schmitt-Trigger weist eifolgt hier mit anderen Worten ausschließlich über einen 45 nen ersten npn-Transistor Tr 1 und einen hierzu kom-Kontakt des Relais mit der Maßgabe, daß beim Aus- plementären pnp-Transistor Tr 2 auf. Der Transistor schalten des Sperrsignals die Schaltspannung am Ein- Tr 1 liegt emitterseitig auf Bezugspotential und bildet gang des Schmitt-Triggers durch die Verzögerungs- mit seiner Basis den Steuereingang für den Schmittschaltung zeitverzögert wirksam wird, während sie Trigger. Kollektorseitig ist der Transistor Tr 1 über die beim Einschalten des Sperrsignals unmittelbar wirksam 50 Reihenschaltung der Widerstände RC1 und Rb mit der j ' werden kann, weil hierbei die Verzögerungsschaltung Versorgungsspannung Un verbunden. An dem gemeinvom Schmitt-Trigger-Eingang entkoppelt ist. samen Verbindungspunkt der beiden Widerstände Rb Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine und RC1 ist der Transistor Tr 2 mit seiner Basis ange-, mit einem Schmitt-Trigger realisierte Spannungsüber- schlossen. Sein Emitter ist mit der Versorgungsspanwachungsschaltung eine weitere Lösung anzugeben, die 55 nung Un und sein Kollektor über den Widerstand RC2 bei minimalem technischen Aufwand die für eine ein- mit Bezugspotential verbunden. Die für einen Schmitt-Jf wandfreie Funktion erforderlichen unterschiedlichen Trigger wesentliche Mitkopplung wird durch den Mitf'» Schaltzeiten bei Absinken der Versorgungsspannung kopplungswiderstand Rn, herbeigeführt, der den Kollek- % unter und Ansteigen der Versorgungsspannung über ei- tor des Transistors Tr 2 mit der Basis des Transistors nen kritischen Wert verwirklicht. 60 Tr 1 verbindet. Die Ausgangsspannung des Schmitt- L·* Ausgehend von einer Spannungsüberwachungsschal- Triggers wird am Kollektorwiderstand RC2 abgenomtung der einleitend erwähnten Art, wird diese Aufgabe men.
durch die im Patentanspruch 1 angegebenen kennzeich- Das Steuernetzwerk umfaßt ein Ausschalt-Steuerteil
nenden Merkmale gelöst. und ein Einschalt-Steuerteil. Das Ausschalt-Steuerteil
Eine zweckmäßige Ausgestaltung für eine Schmitt- 65 dient der verzögerten Ausschaltung der Sperrspannung
Trigger-Schaltung ist im Patentanspruch 3 angegeben. (des Sperrsignals) beim Ansteigen der Versorgungs-
An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Aus- spannung auf ihrem Sollwert und weist zwischen dem
führungsbeispiels soll die Erfindung im folgenden noch Anschluß für die Versorgungsspannung Un und Bezugs-
potential die Reihenschaltung eines Ladewiderstandes R 1, einer ersten Ladediode Dia und eines ersten Kondensators Ci auf. Hierbei steht die erste Ladediode Dia auf seilen des ersten Kondensators Ci über eine erste Entladediode Die mit dem Anschluß für die Versorgungsspannung Un und auf Seiten des Ladewiderstandes R1 über eine Zenerdiode Z mit dem Steuereingang des Schmitt-Triggers in Verbindung. Das Einschalt-Steuerteil dient dem raschen Einschalten des Sperrsignals bei abfallender Versorgungsspannung und weist seinerseits zwischen Bezugspotential und dem Anschluß für die Versorgungsspannung Un die Reihenschaltung eines Entladewiderstandes R 2 mit einer zweiten Entladediode D 2e und einem zweiten Kondensator C2 auf. Hierbei steht die zweite Entladediode D2e auf seilen des zweiten Kondensators C 2 über eine zweite Ladediode D 2a mit Bezugspotential und auf seiten des Entladewiderstandes R 2 mit dem Steuereingang des Schmitt-Triggers in Verbindung.
Die Entladediode Die des Ausschalt-Steuerteils ermöglicht bei Ausfall der Versorgungsspannung ein praktisch verzögerungsfreies Entladen des Kondensators Cl. In gleicher Weise ermöglicht die Ladediode D 2a des Einschalt-Steuerteils beim Einschalten der Versorgungsspannung eine praktisch verzögerungsfreie Aufladung des Kondensators C 2. Die Ladezeitkonstante des Ausschalt-Steuerteils ergibt sich praktisch aus der Bemessung des Widerstandes R 1 und des Kondensators Ci. In gleicher Weise bemißt sich die Entladezeitkonstante des Einschalt-Steuerteils durch den Widerstand R 2 und den Kondensator C 2. Die Bemessung der Zeitkonstanten des Steuernetzwerks ist so vorgenommen, daß die Ladezeitkonstante des Ausschalt-Steuerteüs groß gewählt ist gegenüber der Entladezeitkonstante des Einschalt-Steuerteils.
Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 2 sind in F i g. 3 über der Zeit t der Spannungsverlauf der Versorgungsspannung Un, der Spannungsverlauf am gemeinsamen Verbindungspunkt A der Lade- und der Entladediode DIa und Die des Ausschalt-Steuerteils, der Spannungsverlauf am gemeinsamen Verbindungspunkt Ader Lade- und der Entladediode D 2a und D2e des Einschalt-Steuerteils und der Spannungsverhuf am Ausgang S des Schmitt-Triggers aufgetragen. Die einzelnen Spannungsdiagramme sind in entsprechender Weise mit Un, A, B und S bezeichnet
In F i g. 3 ist angenommen, daß die Versorgungsspannung Un nicht vorhanden ist und im Zeitpunkt to eingeschaltet wird. Der Kondensator C2 wird entsprechend dem Diagramm B verzögerungsfrei aufgeladen. Am Punkt B entsteht dabei eine positive Spannung, die gleich der Durchlaßspannung der Ladediode D 2a ist. Die Spannung bleibt so lange erhalten, bis die Versorgungsspannung Un wieder auf den Wert Null Volt absinkt Der Spannungsverlauf am Punkt A zeigt aufgrund der relativ großen Ladezeitkonstante des Ausschalt-Steuerteils einen verzögerten Anstieg, so daß erst nach der Zeit fν am Punkt A die Zenerspannung V2 der Zenerdiode Z erreicht wird. In diesem Zeitpunkt wird die Zenerdiode leitend, und es fließt dann ein Basisstrom in den Transistor Tr 1 hinein, der sich bis dahin wie der Transistor Tr 2 im Sperrzustand befunden hat Mit dem Fließen des Basisstroms wird der Transistor Tr 1 leitend und durch den damit verbundenen Spannungsabfall am Kollektorwiderstand RC1 auch der Transistor 7>2yom gesperrten in den leitenden Zustand übergeführt Über den Mitkopplungswiderstand Rn, wird entsprechend dem Trigger-Prinzip die Einschaltflanke versteuert. Die Ausgangsspannung des Schmitt-Triggers wird aiso in diesem Zeitpunkt schlagartig vom Bezugspotential auf ein vorgegebenes positives Potential geschaltet. Die Zeitverzögerung t, ist, wie bereits ausgeführt worden ist, erforderlich, um sicherzustellen, daß die beim Auftreten der Versorgungsspannung Un in der Speicher steuerungSS in F i g. 1 auftretenden Einschwingvorgänge keine Änderung des Informationsinhaltes der Speichereinrichtung SPbewirken. Beim Abschalten der Versorgungsspannung Un bzw. bei einer Schwankung nach abwärts über einen vorgegebenen Wert hinaus entlädt sich der Kondensator C 2 über die Entladediode D2e. Dadurch wird der in die Basis des Transistors Tr i hineinfließende Strom kompensiert und als Folge hiervon der Transistor Tr 1 gesperrt Der Sperrvorgang des Transistors Tr 1 hat zur Folge, daß auch der Transistor Tr 2 gesperrt wird. Die Flanke dieses Sperrvorgangs wird wiederum durch den Mitkopplungswiderstand Rn, versteuert
Wie das Diagramm S zeigt, springt die Spannung am Ausgang des Schmitt-Triggers wiederum schlagartig auf das Bezugspotential zurück und sperrt damit die Speichereinrichtung SP. Zugleich geht die Spannung am Punkt A mit der Abschaltflanke der Versorgungsspannung Un auf Bezugspotential zurück, da sich der Kondensator C1 über die Entladediode Die praktisch trägheitslos entlädt Die Entladezeitkonstante des Einschalt-Steuerteils ist so gewählt, daß während der gesamten Abschaltphase der Transistor Tr i mit Sicherheit gesperrt bleibt.
Wird aufgrund des Speichertyps für die Sicherung des Informationsinhaltes nicht das Bezugspotential, sondern eine positive oder negative Spannung erforderlich, so kann dies in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß die Spannungsüberwachungsschaltung als Bezugspotential eine von Null Volt verschiedene Spannung erhält Ein Polaritätswechsel kann auch herbeigeführt werden, wenn dem Ausgang des Schmitt-Triggers ein Inverter nachgeschaltet wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen hinsichtlich F i g. 2 umgepolten Aufbau zu verwenden, bei dem dann die Ausgangsspannung des Schmitt-Triggers eine entgegengesetzte Polarität aufweist
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Spannungsüberwachungsschaltung zur Sicherung des Informationsinhaltes eines digitalen Speichersystems bei Ausfall oder stärkeren Schwankungen der Versorgungsspannung, mit einem Spannungssensor, einem das Sperrsignal für das digitale Speichersystem bei nichtausreichender Versorgungsspannung abgebenden Schmitt-Trigger sowie einem auf der Eingangsseite des Schmitt-Triggers vorgesehenen Steuernetzwerk zum schnellen Einschalten des Sperrsignals bei abfallender Versorgungsspannung und zum zeitverzögerten Ausschalten des Sperrsignals bei wieder ansteigender Versorgungsspannung auf ihren Sollwert in Verbindung mit dem Spannungssensor, bei der das Steuernetzwerk eine Reihenschaltung aus einem Ladewiderstand, einer Ladediode und einem gegen Bezugspotential aufladbaren Kondensator aufweist, der über die Ladediode mit dem Eingang des Schmitt-Triggers in Verbindung steht und über eine Entladediode entladbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuernetzwerk aus einem Einschalt-Steuerteil und einem Ausschalt-Steuerteil besteht, von denen das Ausschalt-Steuerteil zwischen dem Anschluß für die Versorgungsspannung (Un) und Bezugspotential die Reihenschaltung des Ladewiderstandes (R 1) der Ladediode (D \a) und des Kondensators (C 1) aufweist und hierbei die Ladediode auf Seiten des Kondensators über die Entladediode (D \e) mit dem Anschluß für die Versorgungsspannung und auf Seiten des Ladewiderstandes über eine den Spannungssensor darstellende Zenerdiode (Z) mit dem Steuereingang des Schmitt-Triggers in Verbindung steht und von denen das Einschalt-Steuerteil zwischen Bezugspotential und dem Anschluß für die Versorgungsspannung eine Reihenschaltung aus einem Entladewiderstand (R 2), einer zweiten Entladediode (Die) und einem zweiten Kondensator (C 2) aufweist und hierbei die zweite Entladediode auf Seiten des zweiten Kondensators über die zweite Ladediode (D 2a) mit Bezugspotential und auf Seiten des Entladewiderstandes mit dem Steuereingang des Schmitt-Triggers in Verbindung steht und daß die Ladezeitkonstante des Ausschalt-Steuerteiles groß gegenüber seiner Entladezeitkonstante und die Entladezeitkonstante des Einschalt-Steuerteils groß gegenüber seiner Ladezeitkonstante ist.
2. Spannungsüberwachungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmitt-Trigger einen ersten und einen zum ersten Transistor (TrI) komplementären zweiten Transistor (Tr 2) aufweist, von denen der erste Transistor (Tr 1) mit seinem Basisanschluß den Steuereingang des Schmitt-Triggers darstellt und mit seinem Emitter mit Bezugspotential in Verbindung steht, und von denen der zweite Transistor (Tr 2) basisseitig an den Abgriff eines Spannungsteilers (Rb, RC \) im Kollektorzweig des ersten Transistors (Tr V) angeschaltpt ict nnH mit c*»in«»m FmittAr mit ri*»m Äncr»Mnft für Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannungsüberwachungsschaltung zur Sicherung des Informationsinhaltes eines digitalen Speichersystems bei Ausfall oder stärkeren Schwankungen der Versorgungsspannung, mit einem Spannungssensor, einem das Sperrsignal für das digitale Speichersystem bei nicht ausreichender Versorgungsspannung abgebenden Schmitt-Trigger sowie einem auf der Eingangsseite des Schmitt-Triggers vorgesehenen Steuernetzwerk zum schnellen Einschalten des Sperrsignals bei abfallender Versorgungsspannung und zum zeitverzögerten Ausschalten des Sperrsignals bei wieder ansteigender Versorgungsspannung auf ihren Sollwert in Verbindung mit dem Spannungssensor, bei der das Steuernetzwerk eine Reihenschal-
is tung aus einem Ladewiderstand, einer Ladediode und einem gegen Bezugspotential aufladbaren Kondensator aufweist, der über die Ladediode mit dem Eingang des Schmitt-Triggers in Verbindung steht und über eine Entladediode entladbar ist
Bei datenverarbeitenden Geräten ist es häufig erforderlich, z. B. RAM-Speicherinhalte auch bei Ausfall der Stromversorgung unter allen Umständen aufrechtzuerhalten. Durch den Einsatz von CMOS-RAM's, deren Ruheverlustleistung nahezu vernachlässigbar ist, kann das im Prinzip mit einer kleinen Pufferbatterie geschehen. Schwierigkeiten ergeben sich dann, wenn die Speichersteuerung z. B. nicht in CMOS-Technik ausgeführt ist und wegen der höheren Ruheverlustleistung bei Ausfall der Versorgungsspannung nicht auf eine Pufferbatterie umgeschaltet werden soll. Beim Abfall oder beim erneuten Auftreten der Versorgungsspannung für die Speicheransteuerung liegen unkontrollierbare Zustände an den Adressen und Steuersignalen zur Speichereinheit vor. Es ist daher nicht gewährleistet, daß in dieser Phase nicht zufällig eine Signalkonfiguration entsteht, die einen Schreibvorgang in der Speichereinheit auslöst und damit die Information zerstört. Bei allen Speicherbausteinen ist es im allgemeinen möglich, durch definierte Ansteuerung mit einem einzigen Sperrsignal, unabhängig von allen anderen Signalen, die Speicherinformation sicherzustellen. Eine solche Schaltung ist beispielsweise durch die DE-AS 24 15 029 bekannt.
Die definierte Ansteuerung des hinsichtlich seines Informationsinhaltes zu sichernden Speichers setzt voraus, daß in Abhängigkeit größerer Schwankungen der Versorgungsspannung relativ hohe Anforderungen an die Spannungsüberwachungsschaltung gestellt werden müssen, wenn die erwähnte exakte Definition der Ansteuerung gewährleistet werden soll.
so Durch die DE-OS 14 63 592 ist bereits eine Spannungsüberwachungsschaltung mit einem Schmitt-Trigger bekannt, die bei Abfall der Versorgungsspannung unter die Triggerschwelle schnell ein Steuersignal an einen von einem Transistor mit im Steuerkreis angeordneter Zenerdiode gebildeten Ausgangskreis abgibt, das hierbei eine Umschaltung dieses Transistors, der ausgangsseitig das Signal (Sperrsignal) für die Sicherung des Inhaltes des Speichersystems abgibt, bewirkt. Es wird hier beim Wiederauftreten der Versorgungsspannung das Abschalten des Sperrsignals über den vom ^r*nmitt..TpiiTtTAi* OACtAiiArtAn A iiccrcinaroL· faic nur mit cta-
die Versorgungsspannung (Un) in Verbindung steht und daß der Kollektor des zweiten Transistors mit der Basis des ersten Transistors über einen Mitkopplungswiderstand (Rn,) verbunden ist.
ringer, allein durch den sogenannten Hystereseeffekt des Schmitt-Triggers bewirkter Verzögerung durchgeführt. Diese Verzögerung ist für eine einwandfreie Funktion der gewünschten Datensicherung bei Netzausfall nicht ausreichend. Zwar ist klar, daß bei einem Absinken der Versorgungsspannung über einen vorgegebenen Minimalwert die Spannungsüberwachungs-
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