DE4026798A1 - Steckkarten-datenverarbeitungsanordnung mit halbleiterspeichern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steckkarten-Datenverarbeitungsanordnung mit Halbleiterspeichern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Datenverarbeitungsanordnung kann Prozessoren und Halbleiterspeicher enthalten, sie kann - zusammen mit anderen Teilnehmern über ein Bus-System eingefügt sein in eine industrielle Anlage, die Steuerungs- oder Regelungsfunktionen übernimmt. Der gesamte Steuerungs- oder Regelungsvorgang kann auf verschiedene Teilnehmer in mehreren Hierarchiestufen aufgeteilt sein. Die Schaltungen der einzelnen Teilnehmer können auf Steckkarten untergebracht sein. Jeder Teilnehmer kann an einer oder an mehreren zentralen Spannungsquellen angeschlossen sein, die die Versorgung der elektronischen Bauteile übernehmen und mit Hilfe einer zentralen Pufferbatterie die Erhaltung der Daten in den Halbleiterspeichern bei Ausfall der Betriebsspannung gewährleisten.

Aus der DE-PS 26 09 428 ist ein Verfahren bekannt, mit Hilfe dessen die Verarbeitung der in einem batteriegepufferten Halbleiterspeicher einer Datenverarbeitungsanordnung durch zu geringe Versorgungsspannung während des Betriebsspannungsausfalls hervorgerufenen gestörten Daten verhindert wird, indem erst nach Wiederkehr der Betriebsspannung und vor der Ladung einer auf ladbaren Batterie die Höhe der von der Batterie abgegebenen Versorgungsspannung auf das Absinken unter einen für die Erhaltung der gespeicherten Daten erforderlichen Schwellenwert geprüft wird und bei dessen Unterschreitung ein Signal zur Anzeige eines Störungsfalles erzeugt wird.

Wenn eine Datenverarbeitungsanordnung mehrere Halbleiterspeicher enthält, die auf verschiedenen Steckkarten montiert sind, wird die Batteriepufferung beim Herausziehen derjenigen Steckkarten unterbrochen, die nicht die Pufferbatterie enthalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Datenverlust in den Halbleiterspeichern in solchen Fällen weitgehend auszuschließen, in denen die zentrale Pufferung ausfällt oder die Steckkarten aus ihren Halterungen gezogen werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Steckkarten-Datenverarbeitungsanordnung nach Anspruch 1.

Vorteilhaft wirkt sich aus, daß die Daten in den Halbleiterspeichern auf den Steckkarten erhalten bleiben, wenn die Steckkarten aus ihrer Halterung gezogen werden und dadurch die zentrale Versorgungsspannung nicht mehr an ihnen anliegt.

Wenn die zentrale Versorgungsspannung ausfällt, wie es im Verlaufe der industriellen Fertigung vorkommen kann, bleiben durch die auf jeder einzelnen Steckkarte montierte Pufferbatterie die Daten in den Halbleiterspeichern erhalten.

Für denjenigen, der die Steckkarten-Datenverarbeitungsanordnung außerhalb ihres gewöhnlichen Einbauortes programmieren möchte, wirkt sich vorteilhaft aus, daß durch die aufsteckbare Pufferbatterie die Daten auch beim Transport der Steckkarte erhalten bleiben. Möglicherweise muß die Programmierung der Steckkarten mit Unterbrechungen in mehreren Arbeitssitzungen an verschiedenen Tagen vorgenommen werden. In solchen Fällen bleiben die Daten auch dann gespeichert, wenn die zentrale Versorgungsspannung nicht angeschlossen oder wenn sie zwischen den Arbeitssitzungen abgeschaltet ist.

Wenn die zentrale Pufferbatterie ausgewechselt wird, übernehmen die aufsteckbaren Pufferbatterien auf den Steckkarten kurzzeitig die Versorgung des Gesamtsystems.

Eine Diode, die jedesmal dann entgegen ihrer Durchlaßrichtung gepolt ist, wenn eine höhere Spannung am Steckkartenanschluß für die zentrale Betriebsspannung anliegt, verhindert, daß ein unzulässig hoher Strom zur aufsteckbaren Pufferbatterie fließt.

Als Pufferbatterien werden häufig nicht ladbare Batterien eingesetzt, die nur einen sehr kleinen Strom entgegen der positiven Stromrichtung ohne Zerstörung aushalten: Die zulässigen Ströme liegen über dem Reststrom der Diode, so daß die Pufferbatterie nicht gefährdet ist, wenn eine Versorgungsspannung anliegt, die höher als die Spannung der aufsteckbaren Pufferbatterie ist.

Zusätzlich ist in Reihe mit der aufsteckbaren Pufferbatterie und der Diode noch mindestens ein Widerstand eingesetzt. Der oder die Widerstände haben einen solchen Wert, daß bei Ausfall der Diode der in die aufsteckbare Pufferbatterie eingespeiste Strom einen unkritischen Wert hat. Auf diese Weise ist durch die Reihenschaltung eine doppelte Sicherheit gegen zu große Ströme, die in die Pufferbatterie fließen, gegeben.

Vorzugsweise ist die Pufferbatterie auf den Steckkarten an solchen Buchsen der V.24-Schnittstelle angeschlossen, die nicht für den Datenaustausch benötigt werden; deshalb müssen keine eigenen Anschlußbuchsen konstruiert werden; es kann der handelsübliche Schnittstellenanschluß verwendet werden.

Die V.24-Schnittstelle ist in folgendem Fachbuch beschrieben: Tietze, U.; Schenk, Ch.: Halbleiter-Schaltungstechnik. 9., neu bearb. u. erw. Aufl. Berlin; Heidelberg; New York; London; Paris; Tokyo: Springer, 1989. Seite 688 ff.

Eine günstige Ausführung ist in Anspruch 5 beschrieben. Durch eine Zenerdiode, die zu den Halbleiterspeichern auf der Steckkarte parallelgeschaltet ist, und durch zwei Widerstände wird bei dieser Ausführungsform die Spannung an den Halbleiterspeichern auch dann in einer zulässigen Höhe gehalten, wenn bei fehlerhaftem Kontakt eine Fremdspannung als Überspannung an den Buchsen für die aufsteckbare Pufferbatterie liegt.

Dadurch daß bei der in Anspruch 7 beschriebenen Anordnung die Betriebsspannung im Normalbetrieb über eine Diode in Durchlaßrichtung geleitet wird, ist sichergestellt, daß die Halbleiterspeicher ihre gespeicherten Daten behalten, wenn die Betriebsspannung ausfällt. Außerdem wird die Pufferbatterie vor Entladung in die zentrale Betriebsspannungsquelle geschützt, wenn die Betriebsspannung ausfällt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels, aus dem sich weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile ergeben, näher beschrieben.

Die Fig. zeigt eine Steckkarte (1), die über eine Buchse (2) an eine zentrale Betriebsspannung eines Gesamtsystems angeschlossen ist und über einer Buchse (3) an der zentralen, gepufferten Versorgungsspannung anliegt.

Das Gesamtsystem aus mehreren, nicht näher dargestellten Teilnehmern ist hierarchisch aufgebaut. Die einzelnen Teilnehmer sind jeweils auf einer Steckkarte (1) entsprechend der Figur untergebracht und über ein Bus-System miteinander und mit einer hierarchisch übergeordneten Einheit verbunden. An jedem Teilnehmer liegt z. B. mindestens ein Peripheriegerät an.

Die gepufferte, zentrale Versorgungsspannung dient dem Datenerhalt in dem Halbleiterspeicher (4) für den Fall, daß die Betriebsspannung ausfällt.

Die zentrale Betriebsspannung liegt bei angeschlossener Steckkarte (1) an der Buchse (2) an und ist im Normalbetrieb über einer in Durchlaßrichtung gepolten Diode (5) - vorzugsweise handelt es sich um eine Schottky-Diode - zum Halbleiterspeicher (4) geführt und ermöglicht dort Lese- und Schreiboperationen. Gleichzeitig speist die Betriebsspannung einen Mikroprozessor (6), der z. B. mit dem Halbleiterspeicher (4) zusammenwirkt.

Zusätzlich zu der Diode (17) kann zur Reduzierung der Durchlaßspannung bei großem Betriebsstrom ein bipolarer Transistor (7) mit seinem Emitter an die Buchse (2) und mit seinem Kollektor an den Betriebsspannungsanschluß des Halbleiterspeichers (4) angeschlossen sein. Die Basis ist mit einer Netzgerätesteuerschaltung (8) verbunden, die nach Erreichen der vollen Betriebsspannung ein Einschaltsignal an die Basis abgibt. Im Sättigungsbetrieb des Transistors (7) liegt eine Spannung zwischen Kollektor und Emitter, die 0,2 V beträgt und niedriger ist als die Spannung an der Diode (5), wenn sie in Durchlaßrichtung gepolt ist. Wenn das Netzgerät eingeschaltet ist, liegt also aufgrund des Transistors (7) eine höhere Spannung an dem Halbleiterspeicher (4) als es der Fall wäre, wenn allein die Diode (5) eingebaut wäre.

Der an die Basis des Transitors (7) angelegte Strom muß nullspannungssicher sein, d. h. bei fehlender zentraler Betriebsspannung darf die Netzgerätesteuerschaltung (8) keinen Basisstrom abgeben, damit der Transistor (7) sperrt. Ein Kondensator (9), der zwischen den Betriebsspannungsanschluß des Halbleiterspeichers (4) und Masse geschaltet ist, dämpft Spannungseinbrüche. Zwischen der Buchse (3) und einer Buchse (10) eines V.24-Schnittstellensteckverbinders ist eine Diode (11) - vorzugsweise eine Schottky-Diode -, die bezüglich der Versorgungsspannung in Sperrichtung gepolt ist, in Reihe mit einem PTC-Widerstand (12) und einem Widerstand (13) geschaltet. Eine Pufferbatterie (14) - z. B. eine Lithium-Zelle - ist auf die Buchsen (10) und (15) aufgesteckt. Zwischen den beiden Buchsen (10) und (15), die für die aufsteckbare Pufferbatterie (14) bestimmt sind, einerseits und Erde andererseits sind zwei Kondensatoren (16) und (17) geschaltet. Zwischen der Buchse (15) und Masse liegt ein Widerstand (18).

Wenn bei normalem Betrieb die Betriebsspannung über die Diode (5) und den Widerstand (21) an Buchse (3) anliegt oder wenn die zentrale gepufferte Versorgungsspannung an Buchse (3) anliegt und sich dadurch eine höhere Spannung als an der Pufferbatterie (14) einstellt, ist die Diode (11) in Gegenrichtung gepolt, und es wird dadurch ein unzulässiger Ladestrom zur aufgesteckten Pufferbatterie (14) vermieden. Auch bei defekter Diode (11) wird der an sich unzulässige Ladestrom mit den Widerständen (13) und (18) und mit dem PTC-Widerstand (12) auf ungefährliche Werte begrenzt.

Eine Zenerdiode (19) ist mit ihrem Kathodenanschluß an der Anode der Diode (11) und mit ihrem Anodenanschluß an Masse gelegt. Parallel zu der Zenerdiode (19) liegt ein Kondensator (20). Zwischen den Kathodenanschluß der Schottky-Diode (11) und den Betriebsspannungsanschluß des Halbleiterspeichers (4) ist ein Widerstand (21) geschaltet.

Der Widerstand (13) und der PTC-Widerstand (12) sorgen dafür, daß bei Auftreten einer Überspannung an den Buchsen (10) und (15) der Strom, der durch die Zenerdiode (19) fließt, nicht unzulässig groß wird: Beim Auftreten einer Überspannung an den Buchsen (10) und (15) begrenzen der Widerstand (13) und der PTC-Widerstand (12) den Strom durch die Zenerdiode (19) zunächst auf eine solche Höhe, wie sie kurzzeitig für die Zenerdiode (19) zulässig ist. Nachdem der PTC-Widerstand (12) erwärmt ist, fällt an der Reihenschaltung des Widerstandes (13) und des PTC-Widerstandes (12) eine höhere Spannung ab als vorher. Die Zenerdiode (19) wird dann von einem niedrigeren Strom durchflossen, der ihr dauerhaft nicht schadet. Die Zenerdiode (19) verhindert bei Überspannung an den Anschlüssen für die aufsteckbare Pufferbatterie (14), daß der Halbleiterspeicher (4) durch unzulässig hohe Spannung zerstört wird. Die Kondensatoren (16) und (17) an den Anschlüssen der aufgesteckten Pufferbatterie (14) dämpfen Störeinflüsse. Der Kondensator (20) gleicht kurze Spannungseinbrüche aus.

Claims (8)

1. Steckkarten-Datenverarbeitungsanordnung mit Halbleiterspeichern, auf der zusätzlich mindestens ein Prozessor untergebracht ist und die ferner Schnittstellen hat zu einer übergeordneten Einheit und zu Peripheriegeräten, dadurch gekennzeichnet, daß eine zentrale Batterie alle Halbleiterspeicher (4) auf allen Steckkarten (1) des Gesamtsystems versorgt und zusätzlich jede einzelne Steckkarte (1) mit einer eigenen Batteriepufferung in der Weise ausgerüstet ist, daß eine Pufferbatterie (14) bei einer höheren Spannung am Versorgungsspannungsanschluß (3) durch eine Diode (11), die dann entgegen der Durchlaßrichtung gepolt ist, gegenüber der zentralen Spannungsversorgung entkoppelt ist.

2. Steckkarten-Datenverarbeitungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferbatterie (14) mit einer Diode (11) und mindestens einem Widerstand (PTC-Widerstand 12, Widerstand 13) in Reihe geschaltet ist, der bei Kurzschluß der Diode (11) den in die Pufferbatterie (14) eingespeisten Strom auf einen zulässigen Wert begrenzt.

3. Steckkarten-Datenverarbeitungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf jeder Steckkarte (1) aufgesteckte Pufferbatterie (14) an solchen Buchsen der V.24-Schnittstelle angeschlossen ist, die nicht für den Datenaustausch benötigt werden.

4. Steckkarten-Datenverarbeitungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferbatterie (14) eine Lithium-Zelle ist.

5. Steckkarten-Datenverarbeitungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannung, die die Daten in den Halbleiterspeichern (4) erhält, mit Hilfe einer Zenerdiode (19), die zu den Halbleiterspeichern (4) parallelgeschaltet ist, stets in der zulässigen Höhe gehalten wird, indem dieser Anordnung eine Reihenschaltung aus einem Widerstand (13) und einem PTC-Widerstand (12) vorgeschaltet wird, die den Strom durch die Zenerdiode (19) begrenzt, so daß beim Auftreten einer Überspannung die genannten Widerstände (Widerstand 13, PTC-Widerstand 12) den Strom auf einen kurzzeitig für die Zenerdiode (19) zulässigen Wert begrenzen und beim längeren Anliegen der Überspannung der erwärmte PTC- Widerstand (12) die Stromstärke auf einer dauerhaft für die Zenerdiode (19) zulässigen Höhe hält.

6. Steckkarten-Datenverarbeitungsanordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß an den Anschlußbuchsen (10) und (15) verschaltete Kondensatoren (16) und (17) Störeinflüsse dämpfen und ein zu den Halbleiterspeichern (4) parallelgeschalteter Kondensator (9) für den Fall, daß die Versorgungsspannung kurzzeitig sinkt, den Datenerhalt sichert.

7. Steckkarten-Datenverarbeitungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsspannung bei ordnungsgemäßem Betrieb über eine in Durchlaß gepolte Diode (5) an den Halbleiterspeichern (4) anliegt, so daß bei Ausfall der Betriebsspannung - z. B. bei einem Kurzschluß - die Halbleiterspeicher (4) ihre gespeicherten Daten nicht verlieren und die aufgesteckte Pufferbatterie (14) nicht über eine Buchse (2) entladen werden kann.

8. Steckkarten-Datenverarbeitungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Diode (5) ein Transistor (7) mit seinem Emitter- und seinem Kollektoranschluß verschaltet ist, der mit seiner Basis an einer Netzgerätesteuerschaltung (8) angeschlossen ist.