TWI626661B - 資料儲存裝置以及其備用電力來源的儲電能力監控方法 - Google Patents

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Abstract

資料儲存裝置之備用電力來源的儲電能力監控技術。資料儲存裝置之備用電力係由一電容提供。所述技術選擇性地提供一充電路徑至該電容，選擇性地提供該電容一放電路徑。經該充電路徑充電的該電容，待該充電路徑段開後更經該放電路徑放電後，之後經檢測與判斷其中一電壓值是否小於一閾值，以產生一判斷結果。

Description

資料儲存裝置以及其備用電力來源的儲電能力監控方法
資料儲存裝置的備用電力來源之儲電能力監控。
資料儲存裝置採用非揮發性記憶體持久保存數據。為了避免過度讀寫非揮發性記憶體，資料儲存裝置是使用揮發性記憶體做數據之動態暫存。
然而，資料儲存裝置發生非預期掉電時，揮發性記憶體上的動態暫存數據可能來不及更新到非揮發性記憶體中，數據將丟失。
本案提供一種資料儲存裝置，其中以一電容於該資料儲存裝置掉電時提供該資料儲存裝置一備用電力。所揭露之資料儲存裝置更包括一充電路徑調撥電路、一放電路徑調撥電路、一電壓檢測電路以及一控制器。該充電路徑調撥電路可選擇性地提供一充電路徑至該電容。該放電路徑調撥電路調撥可選擇性地提供該電容一放電路徑。該電壓檢測電路檢測並判斷該電容之一電壓值是否小於一閾值，以產生一判斷結果。該 控制器控制該充電路徑調撥電路以及該放電路徑調撥電路。該控制器控制該充電路徑調撥電路提供該充電路徑對該電容充電，接著斷開該充電路徑改控制該放電路徑調撥電路提供該放電路徑對該電容放電。以上充、放電後，該控制器更控制該電壓檢測電路進行檢測與判斷。該判斷結果用於評估該電容的儲電能力。
本案更揭露一種儲電能力監控方法，用於一資料儲存裝置之備用電力來源。所述方法包括：選擇性地提供一充電路徑至一電容，該電容於該資料儲存裝置掉電時提供該資料儲存裝置一備用電力；選擇性地提供該電容一放電路徑；以及，經該充電路徑充電該電容，斷開該充電路徑改經該放電路徑放電該電容，且於上述充、放電後檢測與判斷該電容一電壓值是否小於一閾值，以產生一判斷結果。該判斷結果用於評估該電容的儲電能力。
下文特舉實施例，並配合所附圖示，詳細說明本發明內容。
100‧‧‧資料儲存裝置
102‧‧‧非揮發性記憶體
104‧‧‧控制器
106‧‧‧揮發性記憶體
108‧‧‧電源電路
110‧‧‧充電路徑調撥電路
112‧‧‧放電路徑調撥電路
114‧‧‧電壓檢測電路
116‧‧‧警示電路
302、304、302’、304’、306‧‧‧開關器
308、310‧‧‧電阻
312‧‧‧可程式化齊納二極體
314、316‧‧‧電阻
318‧‧‧電阻
402‧‧‧開關器
404‧‧‧電阻
502‧‧‧分壓電路
504‧‧‧可程式化齊納二極體
506‧‧‧分壓信號
508‧‧‧電阻
602、604‧‧‧上拉電阻
702‧‧‧警示燈
704‧‧‧電阻
CTLA‧‧‧充電路徑控制信號
CTLB‧‧‧放電路徑控制信號
S202…S214‧‧‧步驟
SCAP‧‧‧電容
SC_Health‧‧‧信號
SCap_bad‧‧‧電容損壞信號
t1‧‧‧延遲時間
t2‧‧‧時間段
VCCF、VCCG‧‧‧電源
VCC_SC‧‧‧電容SCAP之電壓
VCC_SYS‧‧‧系統電源
第1圖圖解根據本案一種實施方式所實現的一資料儲存裝置100；第2圖為流程圖，根據本案一種實施方式圖解資料儲存裝置100上電容SCAP儲電能力之監控；第3A圖為充電路徑調撥電路110的一種實施方式；第3B圖為充電路徑調撥電路110的另一種實施方式； 第4圖為放電路徑調撥電路112的一種實施方式；第5圖為電壓檢測電路114的一種實施方式；第6圖圖解控制器104之通用型輸入輸出腳位的一種設計；第7圖圖解一警示燈電路的一種實施方式；以及第8圖為波形圖，根據本案一種實施方式顯示各信號之波形。
以下敘述列舉本發明的多種實施例。以下敘述介紹本發明的基本概念，且並非意圖限制本發明內容。實際發明範圍應依照申請專利範圍界定之。
第1圖圖解根據本案一種實施方式所實現的一資料儲存裝置100。資料儲存裝置100包括一非揮發性記憶體102、一控制器104、一揮發性記憶體106、一電源電路108、一電容SCAP、一充電路徑調撥電路110、一放電路徑調撥電路112、一電壓檢測電路114、以及一警示電路116。
非揮發性記憶體102用於持久保存數據。控制器104操作該非揮發性記憶體102時，可使用該揮發性記憶體106作為數據之動態暫存。資料儲存裝置100掉電時，電容SCAP負責提供備用電力至數個元件，包括：非揮發性記憶體102、控制器104以及揮發性記憶體106，因此，控制器104可以繼續運作並將揮發性記憶體106上的動態暫存數據更新到非揮發性記憶體102中，避免數據丟失。如圖所示，負責該資料儲存裝置100內各種電源需求的電源電路108除了自該資料儲存裝置100的外部接收一系統電源VCC_SYS，更耦接該電容SCAP獲得備 用電力VCC_SC。非揮發性記憶體102可為快閃記憶體(flash memory)。該資料儲存裝置100可為固態硬碟(SSD)。在其他實施方式中，非揮發性記憶體102可為磁阻式隨機存取記憶體(Magnetoresistive RAM)、鐵電隨機存取記憶體(Ferroelectric RAM)、電阻式隨機存取記憶體(Resistive RAM)等具有長時間資料保存之記憶體裝置。揮發性記憶體106可為動態隨機存取記憶體(DRAM)或靜態隨機存取記憶體(SRAM)。
為了確保電容SCAP的可靠度，本案更對電容SCAP的儲電能力進行監控。充電路徑調撥電路110可選擇性地提供一充電路徑，以選擇性地使系統電源VCC_SYS向該電容SCAP進行充電。放電路徑調撥電路112可選擇性地提供一放電路徑，以選擇性地讓該電容SCAP向一接地端進行放電。電壓檢測電路114檢測該電容SCAP之電壓值。控制器104操作該充電路徑調撥電路110以及該放電路徑調撥電路112，以控制該電壓檢測電路114對該電容SCAP之電壓VCC_SC進行檢測以監控該電容SCAP的儲電能力。
在一種實施方式中，藉由斷開(不提供)該充電路徑、並且於一時間段(time interval，視電容SCAP理想容量而設定)後建立(提供)該放電路徑，使電容SCAP之電壓VCC_SC的電壓值降低，該控制器104於該電容SCAP之電壓VCC_SC的降低後的電壓值低於一閾值時做出電容失效判斷。在一種實施方式中，藉由斷開該充電路徑後，建立該放電路徑且計算(或計數)該電容SCAP之電壓VCC_SC的電壓值低於一閾值所需的時間長度，該控制器104再依據此時間長度做出電容失效判斷。在 一種實施方式中，該控制器104在斷開該充電路徑後，等待一延遲時間方建立該放電路徑；此外，該控制器104在該放電路徑建立達上述時間段後，方控制該電壓檢測電路114對該電容SCAP之電壓VCC_SC進行檢測。特別是，本案不限於以單次的電容失效判斷定論電容SCAP損壞。其他實施方式中，控制器104是在電容失效判斷累積N次(N為數值)，才把電容SCAP視為損壞。如此一來，掉電事件導致的電容SCAP電壓VCC_SC驟降可被排除，避免錯誤判讀電容SCAP儲電能力。
如圖所示，充電路徑調撥電路110得以由一充電路徑控制信號CTLA建立或斷開上述充電路徑。放電路徑調撥電路112得以由一放電路徑控制信號CTLB建立或斷開上述放電路徑。該電壓檢測電路114對該電容SCAP之電壓值的檢測結果可由判斷信號SC_Health而得知。該控制器104可以自身的通用型輸入輸出腳位(GPIO)輸出該充電路徑控制信號CTLA、放電路徑控制信號CTLB、以及接收信號SC_Health。充電路徑調撥電路110、放電路徑調撥電路112、或/以及電壓檢測電路114得以是設置於控制器104晶片外的電路。
在一種實施方式中，該控制器104依據信號SC_Health而累積N次皆作出電容失效的判斷時，控制器104可致發一電容損壞信號SCap_bad警示電容SCAP為損壞。警示電路116較佳包括為一警示燈，使用者可依其需求而選用蜂鳴器或其他可製造聲光效果的裝置，並不以此為限。電容損壞信號SCap_bad可用於啟動或致能該警示電路116以點亮該警示燈。另一種實施方式中，該資料儲存裝置100可輸出該電容損壞信 號SCap_bad至一外部的電子系統(例如，安裝該資料儲存裝置的一主機)，以啟動或致動該電子系統的一警示程序，以通知使用者。
第2圖為流程圖，根據本案一種實施方式圖解資料儲存裝置100上電容SCAP儲電能力之監控。資料儲存裝置100經步驟S202上電後，本案是以步驟S204將電容SCAP初始化，其中，電容SCAP的充電路徑以及放電路徑都被選擇性地建立。接著，資料儲存裝置100正常運作，此時電容SCAP的充電路徑可被建立且放電路徑可被斷開。資料儲存裝置100正常運作中，若步驟S206電容SCAP之儲電能力的監控條件滿足，則程序進行步驟S208。例如，若預期定時對電容SCAP之儲電能力作監控，例如每天早上6點及下午6點分別對電容SCAP之儲電能力作監控，則步驟S206檢查的是時間條件。一種實施方式是設計成週期性監控電容SCAP之儲電能力，例如：每30分鐘對電容SCAP之儲電能力作監控。步驟S208斷開電容SCAP的充電路徑、並且於其中一時間段建立電容SCAP的放電路徑，導致該電容SCAP之電壓VCC_SC的電壓值降低。步驟S210評估該降低後的電壓值是否低於一閾值時，如果是則做出電容失效判斷。步驟S212檢查電容失效判斷是否累積達N次。累積達N次的電容失效判斷將觸發步驟S214，判定電容SCAP損壞。電容SCAP損壞信息將通知使用者，使其作出應對措施，避免資料儲存裝置100掉電時沒有備用電力讓非揮發性記憶體102、控制器104或揮發性記憶體106繼續運作而導致數據丟失的問題。
第3A圖為充電路徑調撥電路110的一種實施方 式。開關器302、304以及306，較佳以金氧半場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)來實現。開關器302以及304耦接在該系統電源VCC_SYS以及該電容SCAP之間，並由開關器302來控制開關器304的運作，包括開啟(導通)或關閉(不導通)。該充電路徑控制信號CTLA可控制開關器302的開啟或關閉，並間接控制開關器304的開啟或關閉。當開關器304開啟時，充電路徑建立，系統電源VCC_SYS沿著開關器306以及開關器304而提供至電容SCAP(正極)。當開關器304關閉時，則充電路徑被斷開。此實施例中，系統電源VCC_SYS為5V，而電容SCAP工作電壓(VCC_SC)是4.2V，兩者的壓差為0.8V，此乃因為建立充電路徑時開關器302以及304置於開啟狀態以及其他被動元件，例如電阻，所產生的壓降。在其他實施方式中，系統電源VCC_SYS以及電容SCAP之間的充電路徑可以其他開關電路或開關器實現。另外，由於通用型輸入輸出腳位(GPIO)所輸出的充電路徑控制信號CTLA的工作電壓為3.3V，低於電容SCAP的工作電壓VCC_SC(4.2V)，因此，充電路徑控制信號CTLA較佳以直接控制開關器302的運作，或較佳以間接控制開關器304的運作，達到建立或斷開充電路徑的目的。
第3B圖為充電路徑調撥電路110的另一種實施方式，第3A圖與第3B圖的電路結構與相似，故此段落僅針對不同處進行說明。開關器302’的一端耦接至耦接到該系統電源VCC_SYS的電阻318，並耦接開關器304’的控制端(閘極)，因此，開關器302’可控制開關器304’的運作，包括開啟(導通)或 關閉(不導通)，另外，開關器302’的另一端接地。該充電路徑控制信號CTLA可控制開關器302’的開啟或關閉，並間接控制開關器304’的開啟或關閉。開關器304’的一端連接至開關器306，另一端連接至電容SCAP(正極)，因此，當開關器304’開啟(導通)時，充電路徑建立，系統電源VCC_SYS沿著開關器306以及開關器304’而提供至電容SCAP(正極)。當開關器304關閉(不導通)時，則充電路徑被斷開。
另外，電阻308串接電阻310並提供第一參考電壓至可程式化齊納二極體(Zener diode)312的控制端，以控制可程式化齊納二極體312控制開關器306的運作(導通或不導通)，並提供靜電放電(Electrostatic IDischarge，ESID)路徑以保護充電路徑調撥電路110。電阻314串接電阻316提供第二參考電壓至電容SCAP內建的充/放電保護電路，由於此充/放電保護電路與本發明無關，故不多作說明。
另外，使用者可依其需要而放置被動元件，包括：電阻、電容、電感等，至充電路徑調撥電路110中，達到濾波、降低功耗等目的，由於此放置不會改變充電路徑調撥電路110的功能，故不多作說明。
第4圖為放電路徑調撥電路112的一種實施方式。開關器402耦接在該電容SCAP正極以及地端之間，隨該放電路徑控制信號CTLB動作，以建立或斷開該電容SCAP至地端的放電路徑。另外，放電路徑上較佳放置電阻404作為阻抗以調整電容SCAP的放電時間。
第5圖為電壓檢測電路114的一種實施方式，包括 一分壓電路502以及一可程式化齊納二極體504。分壓電路502較佳由二個串接的電阻所組成，分壓電路502將該電容SCAP之電壓VCC_SC分壓，以產生一分壓信號506。可程式化齊納二極體504與一電阻508串接在一電源VCCF以及地端之間，由於通用型輸入輸出腳位的工作電壓為3.3V，電源VCCF的工作電壓較佳等於3.3V，或小於/等於系統電源VCC_SYS的工作電壓。分壓信號506輸人至可程式化齊納二極體504的控制端以控制運作可程式化齊納二極體504的運作。電容SCAP的電壓VCC_SC之降低後的電壓值小於閾值時(例如，電壓VCC_SC自4.2伏特降至3.0伏特而閾值為3.3伏特)，可程式化齊納二極體504將導通而使信號SC_Health的電壓準位下拉，使得控制器104在判斷信號SC_Health的電壓準位時將得到邏輯”0”的結果。相反的，電容SCAP的電壓VCC_SC之上述降低的電壓準位(例如，電壓VCC_SC自4.2伏特降至4.0伏特)大於或等於閾值時，可程式化齊納二極體504將不導通而使信號SC_Health的電壓準位與電源VCCF的工作電壓一致，使得控制器104在判斷信號SC_Health的電壓準位時將得到邏輯”1”的結果。如此一來，控制器104可偵測SC_Health的電壓準位而得到不同的結果，可依據此結果來得知電容SCAP狀況。
第6圖圖解控制器104該些通用型輸入輸出腳位的一種設計。在此實施方式中，控制器104外部更設置電阻上拉電阻602以及上拉電阻604，分別常態上拉該充電路徑控制信號CTLA以及該充電路徑控制信號CTLB。電源VCCF可以是輸入該控制器104電源端的該個電源。
第7圖圖解一警示電路116的一種實施方式，其中包括串接的一警示燈702以及一電阻704，且連結電源VCCG，根據控制器104提供的該電容損壞信號SCap_bad點亮(SCap_bad低準位)或熄滅(SCap_bad高準位)。
第8圖為波形圖，根據本案一種實施方式顯示各信號之波形。進入上電階段(S202)後，接著進入初始化階段(S204)，將充電路徑控制信號CTLA以及放電路徑控制信號CTLB一同拉升，使電容SCAP的充電路徑以及放電路徑都被建立。接著，資料儲存裝置100正常運作，此時電容SCAP的充電路徑可維持建立(CTLA維持高位)且放電路徑可被斷開(CTLB切換至低位)。資料儲存裝置100正常運作一特定週期後，使電容SCAP進入放電階段。首先，為電容SCAP特意建立放電路徑(S208)。如波形所示，該充電路徑斷開(CTLA切換至低位)後，更等待一延遲時間t1方建立該放電，路徑(CTLB切換至高位)。該放電路徑在時間段t2中維持建立。該時間段t2後，該電容SCAP之電壓VCC_SC的檢測結果方被採納，接著進入評估階段以進行評估(S210)此時電容SCAP之電壓VCC_SC的(降低後的)電壓值與閾值的關係。如波形圖所示，放電以及評估階段係定期執行，方便使用者掌握電容SCAP儲電能力。圖中第一、第二次評估都顯示電容SCAP之電壓VCC_SC的降低後的電壓值皆大於或等於閾值，因此信號SC_Health沒有變化。第三次評估則顯示電容SCAP之電壓VCC_SC的降低後的電壓值小於閾值，信號SC_Health即隨之反應，控制器104將隨之作出電容失效判斷。控制器104可以累積N次電容失效判斷後，才斷定電容SCAP 損壞。
除了以上描述之裝置結構，基於同樣概念，本案更揭露儲電能力監控方法，用於資料儲存裝置之備用電力來源。一種實施方式中，所揭露之儲電能力監控方法包括：調撥一充電路徑，其中，該充電路徑耦接一系統電源至一電容，且該電容用於提供備用電力使該資料儲存裝置掉電時得以完成數據保存；調撥該電容至一地端的一放電路徑；並且檢測該電容之電壓，以監控該電容的儲電能力。一種實施方式中，所述方法藉由斷開該充電路徑、並且於一時間段建立該放電路徑，於該電容之電壓值(降低後的)低於一閾值時做出電容失效判斷。一種實施方式中，所述方法是在累積N次電容失效判斷後才警示使用者。一種實施方式中，所述方法在充電路徑斷開後，相隔一延遲時間方建立該放電路徑。一種實施方式中，所述方法在該放電路徑建立達該時間段後，方採納該電容之電壓的檢測。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (22)

  1. 一種資料儲存裝置，包括：一電容，於該資料儲存裝置掉電時提供該資料儲存裝置一備用電力；一充電路徑調撥電路，可選擇性地提供一充電路徑至該電容；一放電路徑調撥電路，可選擇性地提供該電容一放電路徑；一電壓檢測電路，檢測並判斷該電容之一電壓值是否小於一閾值；以及一控制器，控制該充電路徑調撥電路以及該放電路徑調撥電路，其中，經該控制器控制該充電路徑調撥電路所提供的該充電路徑以對該電容充電，更經該控制器控制該放電路徑調撥電路所提供的該放電路徑以對該電容放電，該控制器不同時提供該充電路徑以及該放電路徑至該電容，再由該控制器控制該電壓檢測電路進行檢測與判斷；其中，該控制器在多次不同時提供該充電路徑以及該放電路徑至該電容再控制該電壓檢測電路進行檢測與判斷後，若累積連續複數次檢測且判斷出該電容之該電壓值小於該閾值，則判定該電容的儲電能力損壞。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存裝置，其中該充電路徑調撥電路以及該放電路徑調撥電路更經該控制器控制，不提供該充電路徑、且於一時間段不提供該放電路徑後，方提供該放電路徑。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存裝置，更包括：一警示電路，該電容被判定儲電能力損壞時致能。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之資料儲存裝置，其中該警示電路具有一警示燈，致能該警示電路即致能該警示燈。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存裝置，其中：該電容被判定儲電能力損壞時，該控制器輸出一電容損壞信號至該資料儲存裝置外部的一電子系統。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存裝置，其中：該控制器係於操作該放電路徑調撥電路提供該電容該放電路徑達一時間段後，致能該電壓檢測電路以檢測且判斷出該電容之該電壓值是否小於該閾值。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存裝置，其中：該充電路徑調撥電路係以一開關器耦接至耦接到一系統電源的一電阻；且該充電路徑調撥電路的該開關器係由該控制器以一充電路徑控制信號操作。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之資料儲存裝置，更包括：一上拉電阻，設置在該控制器之外，常態上拉該充電路徑控制信號。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存裝置，其中：該放電路徑調撥電路係以一開關器耦接在該電容以及一地端之間；且該放電路徑調撥電路的上述開關器係由該控制器以一放電路徑控制信號操作。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之資料儲存裝置，更包括：一上拉電阻，設置在該控制器之外，常態上拉該放電路徑控制信號。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存裝置，其中該電壓檢測電路包括：一分壓電路，依據該電容之該電壓值以產生一分壓信號；以及一可程式化齊納二極體，具有一控制端；其中，該可程式化齊納二極體隨該控制端之電位基於該分壓信號而導通或不導通，以提供邏輯值，顯示該電壓值是否小於該閾值。
  12. 一種儲電能力監控方法，用於一資料儲存裝置之備用電力來源，包括：選擇性地提供一充電路徑至一電容，該電容於該資料儲存裝置掉電時提供該資料儲存裝置一備用電力；選擇性地提供該電容一放電路徑；經該充電路徑對該電容充電，更經該放電路徑對該電容放電，其中不同時提供該充電路徑以及該放電路徑至該電容，再檢測與判斷該電容一電壓值是否小於一閾值；且在多次不同時提供該充電路徑以及該放電路徑至該電容再進行檢測與判斷後，若累積連續複數次檢測且判斷出該電容之該電壓值小於該閾值，則判定該電容的儲電能力損壞。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之儲電能力監控方法，係於不提供該充電路徑、且於一時間段不提供該放電路徑後，方提供該放電路徑。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之儲電能力監控方法，更包括：提供一警示電路，該電容被判定儲電能力損壞時致能。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之儲電能力監控方法，其中該警示電路具有一警示燈，致能該警示電路即致能該警示燈。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之儲電能力監控方法，更包括：在該電容被判定儲電能力損壞時，輸出一電容損壞信號至該資料儲存裝置外部的一電子系統。
  17. 如申請專利範圍第12項所述之儲電能力監控方法，係於該放電路徑供應給該電容達一時間段後，檢測並判斷該電容之該電壓值是否小於該閾值。
  18. 如申請專利範圍第12項所述之儲電能力監控方法，係以一開關器耦接至耦接到一系統電源的一電阻，由一充電路徑控制信號操作，以形成該充電路徑。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之儲電能力監控方法，更包括：提供一上拉電阻，常態上拉該充電路徑控制信號。
  20. 如申請專利範圍第12項所述之儲電能力監控方法，係以一開關器耦接在該電容以及一地端之間，由一放電路徑控制信號操作，以形成該放電路徑。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之儲電能力監控方法，更包括：提供一上拉電阻，常態上拉該放電路徑控制信號。
  22. 如申請專利範圍第12項所述之儲電能力監控方法，更包括：依據該電容之該電壓值產生一分壓信號；以及提供一可程式化齊納二極體，其中，該可程式化齊納二極體具有一控制端，且隨該控制端之電位基於該分壓信號而導通或不導通，以提供邏輯值，顯示該電壓值是否小於該閾值。
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