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Speicherschutzschaltung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Speicherschutzschaltung für einen
an einer Versorgungsspannungsklemme aus einer Versorgungsspannungsquelle gespeisten
Speicher, der einen Wähleingang aufweist und der abhängig davon, ob ein diesem Wähleingang
zugeführtes Signal einen dem Massewert zugeordneten Freigabewert oder einen dem
Spannungswert an der Versorgungsspannungsklemme zugeordneten Sperrwert hat, für
Lese- und Schreibvorgänge freigebbar oder sperrbar ist, zur Anwendung in einer ebenfalls
von der Versorgungsspannungsquelle gespeisten Datenverarbeitungsanordnung, mit einer
Spannungsüberwachungsschaltung, die bei einem Absinken der Versorgungsspannung unter
einen ersten vorgegebenen Wert ein Rückstellsignal erzeugt, das die Datenverarbeitungsanordnung
unwirksam macht, einer Umschalteinheit, die bei Empfang eines Steuersignals den
Speicher von der Versorgungsspannungsquelle
abtrennt und mit einer
Batterie verbindet, und einer Speichersteuerschaltung, die unter der Steuerung durch
die Datenverarbeitungsanordnung dem Wähleingang des Speichers das Signal mit dem
Sperrwert oder mit dem Freigabewert zuführt.
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In Datenverarbeitungsanordnungen sind häufig Halbleiterspeicher enthalten,
die ihre Speicherfunktion nur solange ausüben können, solange ihnen eine Versorgungsspannung
zugeführt wird. Damit der Speicherinhalt bei einem Ausfall der Versorgungsspannung
in der Datenverarbeitungsanordnung erhalten bleibt, sind den Speichereinheiten Batterien
zugeordnet, die bei einem Ausfall der Versorgungsspannung an die Speichereinheiten
die zur Aufrechterhaltung ihres Inhalts notwendige Spannung anlegen. Die Umschaltung
von der normalen Versorgungsspannung auf eine Versorgung durch die Batterien erfolgt
automatisch, sobald die normale Versorgungsspannung unter einen vorbestimmten Wert
absinkt.
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Es hat sich gezeigt, daß es für die Erzielung eines sicheren Speicherschutzes
nicht ausreicht, nur die Spannungsversoroung der Speichereinheiten bei einem Ausfall
der normalen Versorgungsspannung zu gewährleisten. Es muß auch dafür gesorgt werden,
daß bei einem solchen Spannungsausfall, der schließlich zu einer Umschaltung auf
die Versorgung durch-die Batterien führt, keine unkontrollierten Steuersignale an
die Speichereinheiten gelangen, die deren Inhalt verfälschen oder gar löschen könnten.
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Die unter anderem die Speichereinheiten steuernde Zentraleinheit besteht
in vielen Datenverarbeitungsanordnungen aus einem Mikroprozessor, dessen einwandfreie
Funktion von den jeweiligen Herstellern garantiert wird, solange seine Versorgungsspannung
nicht zu stark von einem vorgegebenen Sollwert abweicht. Bei einem mit einer Versorgungsspannung
von 5 V arbeitenden Mikroprozessor geben
Hersteller beispielsweise
an, daß die Funktionsfähigkeit garantiert wird, solange die Versorgungsspannung
nicht unter 4,75 V absinkt. Es sind als integrierte Schaltungen ausgeführte Spannungsüberwachungsschal-,
tungen erhältlich (TL 7705 der Firma Texas Instruments Incorporated), die ein definiertes
Rückstellsignal erzeugen, sobald ihre Versorgungsspannung unter 4,75 V sinkt. Dieses
Rückstellsignal kann dazu verwendet werden, einen von der gleichen Versorgungsspannung
gespeisten Mikroprozessor in einen Rücksetz-Zustand zu schalten und ihn unwirksam
zu machen, damit er keine unkontrollierten Steuersignale erzeugen kann. Wenn die
Versorgungsspannung aber wesentlich weiter absinkt, ist die Spannungsüberwachungsschaltung
selbst nicht mehr in der Lage, ein definiertes Rückstell-Signal zu erzeugen, so
daß der Mikroprozessor dann Steuersignale abgeben könnte, die von Speichereinheiten
als Steuersignale mit dem Wert "H" oder mit dem Wert "L" ausgewertet werden und
somit entsprechende Steuerfunktionen auslösen.Andrerseits ist auch der Mikroprozessor
bei einem solchen Spannungsabfall nicht mehr in der Lage, ein Reset-Signal zu erkennen,
wenn die Spannungsüberwachungsschaltung noch in der Lage wäre, dieses Signal zu
erzeugen. Auch dies würde zur Abgabe unkontrollierbarer Steuersignale führen. Gelangt
ein solches unkontrolliertes Steuersignal mit dem entsprechenden Wert an den Schreibeingang
einer Speichereinheit, dann kann dies die Zerstörung einer in ihr enthaltenen Information
zur Folge haben. In diesem Zusammenhang ist zu bedenken, daß als Steuersignale Binärsignale
verwendet werden, die entweder den Wert "H" oder L haben, wobei H einer Spannung
zugeordnet ist, die größer als 2,4 V ist, während "L" einer Spannung zugeordnet
ist, die kleiner als 0,4 V ist. Daraus ist zu erkennen, daß selbst bei einem beträchtlichen
Absinken der Versorqungsspannung immer noch Steuersignale vom Mikroprozessor abgegeben
werden könnten, die von den gesteuerten Einheiten als auswertbare binäre Signale
angesehen werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Speicherschutzschaltung
der eingangs angegebenen Art zu schaffen, mit deren Hilfe in einer Datenverarbeitungsanordnung
eingesetzte Speichereinheiten davor geschützt werden können, daß ihr Informationsinhalt
verändert oder gar gelöscht wird, wenn die Versorgungsspannung der Datenverarbeitungsanordnung
absinkt oder ganz ausfällt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Speichersteuerschaltung
einen den Wähleingang des Speichers mit dessen Versorgungsspannungsklemme verbindenden
steuerbaren Schaltungszweig enthält, den sie unter der Steuerung durch das Rückstellsignal
aus der Spannungsüberwachungsschaltung wirksam macht und daß eine Schwellenwertschaltung
vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist, daß sie bei einem Absinken der Versorgungsspannung
unter einen zweiten vorgegebenen Wert, der unter dem ersten vorgegebenen Wert liegt,
ein Ausgangssignal abgibt, das als Steuersignal an die Umschalteinheit angelegt
wird.
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In der erfindungsgemäßen Speicherschutzschaltung sorgt die Spannungsüberwachungsschaltung
nicht nur dafür, daß die Datenverarbeitungsanordnung unwirksam wird, also an den
Speicher keine Steuersignale mehr anlegen kann, sondern sie sorgt durch Einwirkung
auf die Speichersteuerschaltung auch dafür, daß die Verbindung zwischen dem Wähleingang
des Speichers und dessen Versorgungsspannungsklemme wirksam wird. Dies hat zur Folge,
daß an den Wähleingang des Speichers die Versorgungsspannung gelangt, was gleichbedeutend
mit dem Anlegen eines Signals mit dem Sperrwert ist, so daß im Speicher keine Lese-
und Schreibvorgänge mehr durchgeführt werden können. Auf diese Weise wird der Inhalt
des Speichers bei einem Absinken der Versorgungsspannung unter den ersten vorgegebenen
Wert sicher vor einer Veränderung oder Zerstörung geschützt. Bei einem weiteren
Absinken der Versorgungsspannung unter den zweiten vorgegebenen Wert
spricht
die Schwellenwertschaltung an, und das dabei von ihr abgegebene Ausgangssignal bewirkt
durch Einwirkung auf die Umschalteinheit die Abtrennung der Versorgungsspannungsquelle
vom Speicher und das Anschließen der Batterie an den Speicher, so daß der Speicherinhalt
auch bei einem vollständigen Ausfall der Versorgungsspannung geschützt bleibt Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt,
deren einzige Figur die erfindungsgemäße Speicherschutzschaltung in einem elektrischen
Schaltbild zeigt.
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Das Schaltbild zeigt einen Mikroprozessor 1, der mit einem Schreib/Lese-Speicher
2 über einen Bus 3 in Verbindung steht. Über diesen Bus 3 werden Adressen-, Steuer-
und Datensignale übertragen.
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Dem Mikroprozessor 1 ist eine Spannungsüberwachungsschaltung 4 zugeordnet,
die einen Ausgang 5 aufweist, an dem sie ein Signal mit dem Wert "L" abgibt, sobald
die VersorgungsspannungVcc, die ihr an einer Klemme 6 zugeführt wird, unter einen
ersten vorgegebenen Wert absinkt. Der Ausgang 5 der Spannungsüberwachungsschaltung
4 ist.mit einem Rückstelleingang 7 des Mikroprozessors 1 verbunden. Wenn die Versorgungsspannung
Vcc die auch an den Mikroprozessor über eine Klemme 8 angelegt ist, unter den vorgegebenen
Wert absinkt, bewirkt das "L"-Signal aus der Spannungsüberwachungsschaltung 4 die
Rückstellung des Mikroprozessors 1, so daß dieser außer Betrieb gesetzt wird. Der
Spannungswert, bei dem diese Rückstellung erfolgt, wird von den Herstellern der
Mikroprozessoren angegeben und bei einer Versorgungsspannung Vcc = 5 V liegt dieser
Spannungswert in der Praxis bei 4,75 V.
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Der Schreib/Lese-Speicher 2 erhält seine Versorgungsspannung an einer
Klemme 9. Er weist ferner einen Wähleingang 10 auf; nur wenn an diesem Wähleingang
10 ein Signal mit dem Wert L anliegt, kann der Speicher 2 Daten empfangen und abgeben,
während das Anlegen eine Signals mit dem Wert H an den Wähleingang 10 zur Folge
hat, daß weder Daten abgespeichert noch gelesen werden können.
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Der Schreib/Lese-Speicher 2 ist ein flüchtiger Speicher, was bedeutet,
daß der Inhalt seiner Speicherzellen verloren geht, wenn die der Klemme 9 zugeführte
Versorgungsspannung ausfällt. Damit bei einem Ausfall der Versorgungsspannung der
gesamten, in der Zeichnung dargestellten Schaltungsanordnung der Speicher 2 zumindest
noch mit einer Spannung versorgt wird, die zur Aufrechterhaltung seines Informationsinhalts
ausreicht, ist eine Batterie 11 vorgesehen, die bei einem Ausfall der Versorgungsspannung
Vcc eine Versorgungsspannung für den Speicher 2 liefert. Die Umschaltung auf die
Batterie 11 erfolgt mit Hilfe einer Umschalteinheit 12, die einen Schalttransistor
TS-enthält. Wenn die Umschalteinheit 12 an einem Eingang 13 ein Steuersignal empfängt,
das über einen Widerstand RS1 an die Basis des Schalttransistors TS gelangt, dann
wird dieser Schalttransistor TS gesperrt, worauf die Spannung der Batterie 11 über
eine Diode DS1 an die Klemme 9 des Schreib/Lese-Speichers 2 angelegt wird. Die Umschalteinheit
enthält außer dem bereits erwähnten Widerstand RS1 und der Diode DS1 noch einen
zwischen der Basis und dem Kollektor des Schalttransistors TS liegenden Widerstand
RS2 und einen zwischen der positiven Klemme der Batterie 11 und dem Kollektor des
Schalttransistors TS liegenden Widerstand RS3.
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Wie bereits erläutert wurde, sorgt die Spannungsüberwachungsschaltung
4 dafür, daß der Mikroprozessor 1 unwirksam gemacht wird, sobald die Versorgungsspannung
Vcc unter den genannten Spannungswert von 4,75 V absinkt. Die Spannungsüberwachungsschaltung
ist eine im Handel erhältliche integrierte Schaltung des Typs TL7705 der Firma Texas
Instruments Incorporated, die das Rückstell-Signal an ihrem Ausgang 5 abgibt, sobald
ihre Versorgungsspannung unter 4,75 V fällt. Die Spannungsüberwachungsschaltung
4 kann ihre Funktion aber nur solange ausüben, solange ihre Versorgungsspannung
einen bestimmten Mindestwert nicht unterschreitet. Dieser Wert liegt bei etwa 3
V. Fällt die Versorgungsspannung Vcc also unter 3 V, kann die Spannungsüberwachungsschaltung
4 dem Mikroprozessor 1 kein Rückstell-Signal mehr zuführen.
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Dies kann zur Folge haben, daß der Mikroprozessor dem Schreib/Lese-Speicher
2 Steuersignale zuführt, die vom Speicher unter Umständen als Schreib-Signale interpretiert
werden. Die in der in der Zeichnung dargestellten Schaltungsanordnung enthaltenen
und bisher noch nicht beschriebenen Einheiten dienen dazu, eine Verfälschung oder
Zerstörung des Inhalts des Schreib/Lese-Speichers 2 auch beim Auftreten unkontrollierter
Steuersignale aus dem Mikroprozessor 1 zu verhindern. Eine solche Verfälschung oder
Zerstörung des Inhalts des Schreib/Lese-Speichers 2 wird durch die bisher noch nicht
beschriebenen Einheiten auch dann verhindert, wenn die Spannungsüberwachungsschaltung
4 das Reset-Signal zwar noch abgibt, der Mikroprozessor 1 wegen des Absinkens der
Versorgungsspannung aber auf dieses Signal nicht mehr in der gewünschten Weise reagiert.
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Die dargestellte Schaltungsanordnung enthält eine Schwellenwertschaltung
15, die so ausgelegt ist, daß sie bei einem Absinken der der Versorgungsspannungsklemme
16 zugeführten Versorgungsspannung Vcc unter etwa 3,7 V an ihren Ausgängen 17 und
18 jeweils ein Signal mit dem Wert "L" abgibt. Der Aufbau der Schwellenwertschaltung
15 sowie ihre Wirkungsweise sind dem Prinzip nach bekannt. In der integrierten Schaltung
des Typs AD 580 der Firma Analog Devices findet dieses Schaltungsprinzip Anwendung.
Diese integrierte Schaltung wird zwar als präzise Bezugsspannungsquelle verwendet,
und sie enthält zum Konstanthalten ihrer Ausgangsspannung einen Regelkreis, jedoch
stimmt der Schaltungsteil, der zum Feststellen der Abweichung zwischen dem gewünschten
Bezugsspannungswert und dem jeweils vorhandenen Istwert verwendet wird, dem Prinzip
nach mit dem Aufbau der Schwellenwertschaltung 15 überein.
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In der Schwellenwertschaltung 15 wird mit Hilfe eines zwischen der
Versorgungsspannungsleitung 19 und Masse liegenden Spannungsteilers aus zwei Widerständen
R1 und R2 der genannte Schwellenwert von 3,7 V festgelegt, bei dessen Unterschreitung
an den Ausgängen 17 und 18 das "L"-Signal- erscheint. Die Schwellenwertschaltung
15 enthält zwei Transistoren T1 und T2, deren Basen mit dem Verbindungspunkt der
Widerstände R1 und R2 verbunden sind. Der Emitter des Transistors T1 ist mit einem
Ende eines Spannungsteilers aus zwei Widerständen R3 und R4 verbunden, dessen anderes
Ende an Masse liegt. Der Verbindungspunkt der Widerstände R3 und R4 ist mit dem
Emitter
des Transistors T2 verbunden. Der Kollektor des Transistors T1 ist mit der Basis
eines weiteren Transistors T3 verbunden, dessen Kollektor an Masse liegt und dessen
Emitter mit der Basis eines Mehrkollektor-Transistors T4 verbunden ist. Ein Kollektor
des Transistors T4 ist mit dem Kollektor des Transistors T1 und der Basis des Transistors
T3 verbunden, und drei Kollektoren des Transistors T4 sind mit dem Kollektor des
Transistors T2 sowie mit der Basis eines weiteren Transistors T5 verbunden. Der
Kollektor des Transistors T5 liegt an Masse, und sein Emitter ist mit der' Basis
eines Mehrkollektor-Transistors T6 verbunden.
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Zwei Kollektoren des Transistors T6 bilden den Ausgang 18, ein Kollektor
bildet den Ausgang 17 und ein weiterer Kollektor ist mit dem Kollektor des Transistors
T2 verbunden. In der Schwellenwertschaltung 15 sind im Kollektorkreis der Transistoren
T1 und T2 anstelle der an dieser Stelle sonst üblichen Lastwiderstände in bekannter
Weise Transistoren und insbesondere auch Mehrkollektor-Transistoren verwendet, da
sich diese Bauelemente besser in einer integrierten Schaltung verwirklichen lassen.
Das Zusammenfassen mehrerer Kollektoren an den Mehrkollektor-Transistoren bewirkt
eine Stromaufteilung, was beispielsweise bedeutet, daß die drei zusammengefaßten
Kollektoren des Transistors T4 dem Kollektor des Transistors T2 dreimal so viel
Strom zuführen wie der mit dem Kollektor des Transistors T1 verbundene Kollektor.
Wie erwähnt, könnte diese Wirkung auch durch entsprechende Widerstände erreicht
werden.
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Die Ausgänge 17 und 18 geben vom Logikstandpunkt aus betrachtet die
gleichen Signale ab, jedoch ergibt sich
aufgrund der Ableitung
dieser Signale von verschiedenen Kollektoren des Transistors T6 eine Entkoppelung
der Ausgänge, wobei wegen der Zusammenschaltung von zwei Kollektoren gegenüber dem
mit einem Kollektor verbundenen Ausgang 17 dem Ausgang 18 ein doppelt so großer
Strom zugeführt wird.
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Sobald die Spannung an der Versorgungsspannungsleitung 19 auf einen
Wert unter 3,7 V sinkt, erscheint am Verbindungspunkt der Widerstände R1 und R2
eine Spannung, die die Transistoren T1 und T2 sperrt, was auch das Sperren des Transistors
T6 zur Folge hat, so daß die Ausgänge 17 und 18 stromlos werden.
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Die Speicherschutzschaltung enthält ferner eine UND-Schaltung 20 mit
Schmitt-Trigger-Verhalten. Ein Eingang 21 der UND-Schaltung ist mit dem Ausgang
17 der Schwellenwertschaltung 15 verbunden, und ein weiterer Eingang 22 ist mit
dem Ausgang 5 Ausgangder Spannungsüberwachungsschaltung 4 verbunden. Diese UND-Schaltung
20 gibt an ihren Ausgängen 23 und 24 nur dann ein Signal mit dem Wert "H" ab, wenn
an beiden Eingängen 21 und 22 ein Signal mit dem Wert "H" anliegt. Dies ist nur
dann der Fall, wenn die Versorgungsspannung Vcc einen Wert über 4,75 V hat.
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Die UND-Schaltung 20 enthält einen Transistor T7, dessen Basis mit
dem Eingang 21 und mit der Anode einer Diode D1 verbunden ist. Der Kollektor des
Transistors T7 ist über einen Widerstand R5 an die Versorgungsspannungsleitung 19
angeschlossen. Der Emitter des Transistors T7
ist mit der Basis
eines Transistors T8 verbunden, dessen Emitter an Masse liegt und dessen Kollektor
über einen Widerstand R6 an die Versorgungsspannungsleitung 19 angeschlossen ist.
Mit dem Emitter des Transistors T7 und der Basis des Transistors T8 sind zwei Widerstände
R7 und ~und R8 verbunden, die an die Basis bzw. an den Kollektor eines Transistors
T9 angeschlossen sind, dessen Emitter an Masse liegt. Mit dem Kollektor des Transistors
T8 ist die Basis eines Transistors T10 verbunden, dessen Emitter an Masse liegt
und dessen Kollektor über einen Widerstand R9 an die Versorgungsspannungsleitung19
angeschlossen ist. Parallel zum Widerstand R9 liegt die Kollektor-Basis-Strecke
eines Transistors T11, dessen Emitter den Ausgang 23 bildet, mit dem auch die Anode
einer Diode D2 verbunden ist, deren Katode am Kollektor des Transistors T10 liegt.
Zwischen dem Kollektor des Transistors T10 und der Basis des Transistors T7 liegt
die Serienschaltung aus einem Widerstand R10 und einer Diode D3. Diese Serienschaltung
bildet einen Rückkopplungszweig, der das Schmitt-Trigger-Verhalten der UND-Schaltung
20 ergibt.
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Wie oben erwähnt wurde, gibt die UND-Schaltung 20 an ihren Ausgängen
23 und 24 solange ein Signal ab, wie an beiden Eingängen 21 und 22 ein ~H"-Signal
vorhanden ist. Sobald die Versorgungsspannung Vcc auf einen Wert unter 4,75 V abgesunken
ist, liegt am Eingang 22 ein 11L"-Signal, was zur Folge hat, daß auch die Ausgänge
23 und 24 jeweils ein "L"-Signal abgeben. Das Schmitt-Trigger-Verhalten wird deshalb
angewendet, damit die UND-Schaltung 20 sehr schnell auf das Auftreten des "L"-Signalsam
Eingang 22 anspricht, das das Unterschreiten des Spannungswertes 4,75 V der Versorgungsspannung
Vcc anzeigt.
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Der Ausgang 18 der Schwellenwertschaltung 15 ist mit einem Eingang
25 einer Treiberschaltung 26 verbunden,
die dann, wenn der Ausgang
18 keinen Strom mehr abgibt, weil die .Versorgungsspannung Vcc unter 3,7 V gesunken
ist, an ihrem Ausgang 27 ein Signal erzeugt, das in der Umschalteinheit 12 den Umschaltvorgang
auslöst, der zur Folge hat, daß an der Klemme 9 des Schreib/Lese-Speichers 2 nicht
mehr die normale Versorgungsspannung Vcc, sondern die Spannung der Batterie 11 anliegt.
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Die Treiberschaltung 26 enthält einen Transistor T12, an dessen Basis
das vom Ausgang 18 der Schwellenwertschaltung 15 kommende Signal gelangt; zwischen
der Basis dieses Transistors T12 und Masse liegt ein Widerstand R11. Der Kollektor
des Transistors T12 ist über einen Widerstand R12 an die Versorgungsspannungsleitung
19 angeschlossen, und sein Emitter ist über einen Widerstand R13 an Masse gelegt.
Mit dem Emitter des Transistors T12 ist die Basis eines weiteren Transistors T13
verbunden, dessen Emitter an Masse liegt und dessen Kollektor mit dem Eingang 13
der Umschalteinheit 12 verbunden ist.
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Die Ausgänge 23 und 24 der UND-Schaltung 20 sind mit den Eingängen
28 bzw. 29 einer Speichersteuerschaltung 30 verbunden, die an ihrem Ausgang 31 ein
"H"-Signal abgibt, sobald an ihren Eingängen 28 und 29 jeweils ein "L"-Signal anliegt.
Der Ausgang 31 der Speichersteuerschaltung 30 ist mit dem Wähleingang 10 des Schreib/Lese-Speichers
2 verbunden. Die Speichersteuerschaltung 30 enthält einen Transistor T14, dessen
Basis über einen Widerstand R14 mit dem Eingang 28 und über eine Diode D4 mit dem
Eingang 29 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors T14 ist über einen Widerstand
R15 mit der Versorgungsspannungsleitung 19 verbunden, und an den Emitter des Transistors
T14 sind zwei Widerstände R16 und R17 angeschlossen, die ihrerseits an die Basis
bzw. an den Kollektor eines Transistors T15 angeschlossen sind. Der Emitter des
Transistors T15 liegt an Masse. Mit dem Kollektor des Transi-
stors
T14 ist die Basis eines Transistors T16 verbunden, dessen Emitter über eine Diode
D5 mit dem Kollektor des Transistors T14 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors
T16 ist über einen Widerstand R18 mit der Versorgungsspannungsleitung 19 verbunden;
außerdem ist er direkt an den Kollektor eines Transistors T17 angeschlossen, dessen
Basis über einen Widerstand R19 mit Masse verbunden ist. Der Emitter des Transistors
T17 ist mit dem Kollektor eines Transistors T18 verbunden, dessen Basis mit dem
Emitter des Transistors T14 verbunden ist und dessen Emitter an Masse liegt. Der
Verbindungspunkt zwischen dem Emitter des Transistors T17 und dem Kollektor des
Transistors T18 bildet den mit dem Wähleingang 10 des Schreib/Lese-Speichers 2 verbundenen
Ausgang 31; außerdem liegt zwischen dem Verbindungspunkt und der Klemme 9 des Schreib/Lese-Speichers
2 ein Widerstand R20.
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Die in der Speichersteuerschaltung 30 an die Basis des Transistors
T14 angeschlossenen Dioden D6, D7, D8 sollen symbolisch eine Decodierfunktion darstellen,
die Anwendung findet, wenn die beschriebene Speicherschutzschaltung mit mehreren
Schreib/Lese-Speichern 2 zusammenarbeiten soll. Auf diese Besonderheit wird später
noch genauer eingegangen.
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Es sei nun angenommen, daß die Versorgungsspannung Vcc aufgrund einer
Störung von dem 5 V betragenden Nennwert aus absinkt. Sobald der Wert 4,75 V unterschritten
wird, gibt die Spannungsüberwachungsschaltung 4 an ihrem Ausgang 5 ein Signal mit
dem Wert "L" ab, das dann auch am Rückstelleingang 7 des Mikroprozessors 1 und am
Eingang 22 der UND-Schaltung 20 erscheint. Das Signal mit dem Wert ~"L" bewirkt
die Rückstellung des Mikroprozessors 1 in den Rückstellzustand, in dem er unwirksam
ist und keinen Zugriff auf den Speicher 2 mehr ausüben kann. Da das "L"-Signal auch
am Eingang 22
der UND-Schaltung 20 auftritt, werden die Transistoren
T7 und T8 gesperrt, so daß der Transistor T10 leitend wird.
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An den Ausgängen 23 und 24 erscheinen dadurch jeweils Signale mit
dem Binärwert "L". Die sich aus der Einfügung der Diode D3 und des Widerstandes
R10 in die Verbindung zwischen dem Kollektor des Transistors T10 und der Basis des
Transistors T7 ergebende Rückkopplung hat ein Schmitt-Trigger-Verhalten der UND-Schaltung
20 zur Folge, so daß das Umschalten der Signale an den Ausgängen 23 und 24 vom Binärwert
"H" auf den Binärwert "L" mit hoher Geschwindigkeit erfolgt.
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Das Signal mit dem Binärwert "L" am Ausgang 24 der UND-Schaltung 20
bewirkt das Sperren des Transistors T14 in der Speichersteuerschaltung 30. Das Sperren
des Transistors T14 kann sehr schnell erfolgen, da über die DiodeD4 und den leitenden
Transistor T10 ein sehr niederohmiger Weg zum Ableiten des Basisstroms zur Verfügung
steht.
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Dieser Basisstrom könnte auch über den Widerstand R14 abgeleitet werden,
doch würde dies zu einer Verlangsamung des Sperrens des Transistors T14 führen.
Die über den Widerstand R14 zur Basis des Transistors T14 führende Verbindung ist
aber notwendig, damit der Transistor T14 den Basisstrom erhält, den er für ein Umschalten
in den leitenden Zustand benötigt. Diesen leitenden Zustand nimmt der Transistor
T14 dann an, wenn die normale Versorgungsspannung Vcc von 5 V vorhanden ist.
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Das Sperren des Transistors T14 führt dazu, daß auch der Transistor
T18 gesperrt wird; so daß die Verbindung zwischen der Klemme 9 und dem Wähleingang
10 wirksam wird und das Signal am Ausgang 31 der Speichersteuerschaltung 30 den
hohen Binärwert "H" annimmt. Dieser hohe Binärwert tritt auch am Wähleingang 10
des Schreib/Lese-Speichers 2 auf und versetzt diesen Speicher in einen Zustand,
in dem eine Änderung seines Informationsinhalts unmöglich ist.
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Auf diese Weise ist der Schreib/Lese-Speicher 2 nicht nur
dadurch
geschützt, daß der Mikroprozessor 1 von der Spannungsüberwachungsschaltung 4 unwirksam
gemacht worden ist, also keinen Zugriff mehr auf den Speicher ausüben kann, sondern
er ist auch durch das seinem Wähleingang 10 zugeführte Signal gegen eine Anderung
seines Informationsinhalts gesichert.
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Wenn die Versorgungsspannung Vcc weiter absinkt und den durch die
Widerstände R1 und R2 festgelegten Schwellenwert der Schwellenwertschaltung 15 unterschreitet,
der im beschriebenen Beispiel auf 3,7 V festgelegt ist, spricht der Schwellenwertschaltung
15 an, was sich dadurch äußert, daß der Transistor T6 in den Sperrzustand übergeht,
also kein Strom mehr durch seine Kollektorleizungen fließt. Dadurch erscheinen vom
Logikstandpunkt betrachtet sowohl am Eingang 21 der UND-Schaltung 20 als auch am
Eingang 25 der Treiberschaltung 26 Signale mit dem Binärwert "L".
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Dies hat zur Folge, daß die Transistoren T12 und T13 der Treiberschaltung
26 gesperrt werden. Dieses Sperren führt in der Umschalteinheit, 12 zum Sperren
des Schalttransistors TS, so daß an die Klemme 9 des Schreib/Lese-Speichers 2 nicht
mehr die Versorgungsspannung Vcc, sondern die Spannung der Batterie 11 gelangt,
wie oben bereits erläutert wurde.
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Wenn die Versorgungsspannung Vcc weiter absinkt, werden Spannungswerte
erreicht, bei denen die Spannungsüberwachungsschaltung 4 nicht mehr das Rückstellsignal
für den Mikroprozessor 1 erzeugen kann oder bei denen der Mikroprozessor 1 auf ein
möglicherweise noch vorhandenes Reset-Signal nicht mehr in der gewünschten Weise
reagiert.
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Dies tritt bei einem Absinken der Versorgungsspannung Vcc unter 3
V ein. Wie oben bereits erläutert wurde, könnte der Mikroprozessor 1 jetzt in völlig
unkontrollierbarer Weise Signale an den Schreib/Lese-Speicher 2 abgeben, die von
diesem als Schreib signale interpretiert werden könnten und eine
Veränderung
des Informationsinhalts herbeiführen könnten.
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Ein Schreibsignal mit dem Wert 2,5 V könnte beispielsweise diese Wirkung
haben. Damit solche unkontrollierten Steuersignale keine Auswirkung haben, sorgt
das Signal mit dem hohen Binärwert "H" am Wähleingang 10 für das Sperren der Speicherfunktionen.
Bei einem vollkommenen Ausfall der Versorgungsspannung Vcc wird am Wähleingang 10
trotzdem ein Signal mit dem hohen Binärwert H aufrechterhalten, das in diesem Fall
unmittelbar vom Eingang 9 des Schreib/Lese-Speichers 2 über den Widerstand R20 an
den Wähleingang 10 gelangt.
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Zur Aufrechterhaltung des Binärwerts "H" am Wähleingang10-des Speichers
2 bei einem Absinken oder Ausfall der Versorgungsspannung muß dafür gesorgt werden,
daß der Transistor T18 unter allen Umständen gesperrt bleibt. Dies wird dadurch
erreicht, daß der den Transistor T18 steuernde Transistor T14 mit Sicherheit auch
dann gesperrt gehalten wird, wenn an der Versorgungsspannungsleitung 19 Spannungswerte
auftreten, die prinzipiell geeignet wären, einen Transistor in den leitenden Zustand
zu versetzen.
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Der Transistor T14 wird einerseits vom Signal am Ausgang 24 der UND-Schaltung
20 und andererseits vom Signal am Ausgang 23 der UND-Schaltung 20 gesteuert. Das
Signal am Ausgang 24 ist die Kollektorspannung des Transistors T10, und das Signal
am Ausgang 23 ist die Emitterspannung des als Emitterfolger geschalteten Transistors
T11.
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Wie aus dem Schaltbild zu erkennen ist, wird der Transistor T10 leitend,
wenn die Spannung an der Versorgungsleitung 19 die Basis-Emitter-Spannung Vbe des
Transistors T10 übersteigt. Diese Spannung hat bei Siliziumtransistoren den Wert
von etwa 0,7 V. Sobald der Transistor T10 leitet, wird der Transistor T14 gesperrt,
was auch das Sperren des Transistors T18 zur Folge hat, wie bereits erläutert wurde.
Der Transistor T14 kann erst
dann in den leitenden Zustand übergehen,
wenn die Spannung an der Versorgungsspannungsleitung 19 den dreifachen Wert seiner
Basis-Emitter-Spannung überschritten hat. Dies ergibt sich daraus, daß seine Basisansteuerung
über den Emitterfolger-Transistor T11 erfolgt und daß in seine Emitterleitung die
Basis-Emitter-Diodedes Transistors T18 eingefügt ist. Der Transistor T? 4 erhält
erst dann zu dem Umschalten in den leitenden Zustand notwendigen Basisstrom, wenn
an der Versorgungsspannungsleitung 19 mindestens 3 Vbe (etwa 2,1 V) anliegt.
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Beim Wiederanlegen der Versorgungsspannung Vcc wird der Transistor
T18 vom Transistor T14 und vom Transistor T10 sicher gesperrt gehalten, bis die
Versorgungsspannung Vcc wieder den Schwellenwert der Spannungsüberwachungsschaltung
4 überschritten hat, der, wie oben erwähnt wurde, auf etwa 4,75 V festgelegt ist.
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Da in einem Mikroprozessorsystem üblicherweise nicht nur ein Schreib/Lese-Speicher
2, sondern mehrere solche Speicher vorhanden sind, muß dafür Sorge getragen werden,
daß der Mikroprozessor 1 jeweils einen dieser vorhandenen Schreib/Lese-Speicher
2 gezielt ansprechen kann. Wenn in einem solchen System beispielsweise acht Schreib/Lese-Speicher
2 vorhanden sind, sind dementsprechend auch acht Speichersteuerschaltungen 30 vorhanden,
und der Mikroprozessor 1 führt diesen Speichersteuerschaltungen über den Bus 3a
Adressierungssignale zu, wobei in der Speichersteuerschaltung 30 eine 1-aus-8-Decodierung
vorgenommen wird, die dafür sorgt, daß nur jeweils die Speichersteuerschaltung 30
an ihrem Ausgang 31 ein Speicherfreigabesignal mit dem Binärwert L abgibt, die dem
Speicher zugeordnet ist, auf den der Mikroprozessor 1 einen Zugriff ausüben will.
Die Schwellenwertschaltung 15, die UND-Schaltung 20, die Treiberschaltung 26 und
die Speichersteuerschaltung 30 (oder auch mehrere Speichersteuerschaltungen
30
bei Verwendung mehrerer Schrcib/Lese-Speicl-ler 2) können vollständig in einer integrierten
Schaltung untergebracht werden. Diese Schaltungseinheiten benötigen nur wenig Platz
auf einem Halbleiter-Chip, so daß sie in Speicherdecodierschaltungen eines im Handel
bereits erhältlichen Typs (beispielsweise des Typs SN 74LS138 N der Firma Texas
Instruments Incorporated) untergebracht werden können. Die herkömmliche Speicherdecodierschaltung
erhält dadurch eine zusätzliche, höchst vorteilhafte Speicherschutzfunktion.
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Im beschriebenen Ausführunqsbeispiel sind die Transistoren in der
UND-Schaltung 20, in der Treiberschaltung 26 und in der Speicherschutzschaltung
30 Schottky-Transistoren, was zu einer weiteren Erhöhunq der Ansprechgeschwindigkeit
der Speicherschutzschaltung beiträgt.
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