DE2807814B1

DE2807814B1 - Spannungsueberwachungsschaltung

Info

Publication number: DE2807814B1
Application number: DE19782807814
Authority: DE
Inventors: Reinhard Ing Hergert
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1978-02-23
Filing date: 1978-02-23
Publication date: 1979-02-15
Also published as: DE2807814C2

Description

Bei der Erfindung wird davon ausgegangen, daß bei einem Absinken der Versorgungsspannung über einen vorgegebenen Minimalwert die Spannungsüberwachungsschaltung das für die Sicherung des Informationsinhaltes des Speichers abzugebende Sperrsignal sehr schnell erzeugen können muß. Dagegen muß beim Wiederauftreten einer ausgefallenen Versorgungsspannung das Sperrsignal so lange an der Speichereinheit anliegen, bis die Einschwingvorgänge im Bereich der Speichersteuerung abgeklungen sind. Durch die Ver- wendung eines Schmitt-Triggers mit einem Einschalt-Steuernetzwerk und einem Ausschalt-Steuernetzwerk, deren Funktion voneinander unabhängig ist, kann diesen Gegebenheiten in außerordentlich vorteilhafter Weise in vollem Umfang Rechnung getragen werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spannungsüberwachungsschaltung weist das Einschalt-Steuernetzwerk zwischen dem Anschluß für die Versorgungsspannung und Bezugspotential die Reihenschaltung eines Ladewiderstandes, einer ersten Ladediode und eines ersten Kondensators auf. Hierbei steht die erste Ladediode auf seiten des ersten Kondensators über eine erste Entladediode mit dem Anschluß für die Versorgungsspannung und auf seiten des Ladewiderstandes über eine Zenerdiode mit dem Steuereingang des Schmitt-Triggers in Verbindung.
Das Ausschalt-Steuernetzwerk weist seinerseits zwischen Bezugspotential und dem Anschluß für die Versorgungsspannung die Reihenschaltung eines Entladewiderstandes mit einer zweiten Entladediode und einem zweiten Kondensator auf. Hierbei steht die zweite Entladediode auf seiten des zweiten Kondensators über eine zweite Ladediode mit Bezugspotential und auf seiten des Entladewiderstandes mit dem Steuereingang des Schmitt-Triggers in Verbindung.
Der Schmitt-Trigger selbst weist vorteilhafterweise einen ersten und einen zum ersten Transistor komplementären zweiten Transistor auf, von denen der erste Transistor mit seinem Basisanschluß den Steuereingang des Schmitt-Triggers darstellt und mit seinem Emitter mit Bezugspotential in Verbindung steht. Der zweite Transistor ist dabei basisseitig an den Abgriff eines Spannungsteilers im Kollektorzweig des ersten Transistors angeschaltet und steht mit seinem Emitter mit dem Anschluß für die Versorgungsspannung in Verbindung.
Außerdem ist der Kollektor des zweiten Transistors mit der Basis des ersten Transistors über einen Mitkopplungswiderstand verbunden.
An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeutet, F i g. 1 das Blockschaltbild einer Speichereinrichtung, die mittels einer Spannungsüberwachungsschaltung gegen den Verlust ihres Informationsinhaltes bei Ausfall der Versorgungsspannung gesichert ist, F i g. 2 das Schaltbild der Spannungsüberwachungsschaltung nach F i g. 1, F i g. 3 die Spannungsüberwachungsschaltung nach F i g. 2 erläuternde Spannungsdiagramme.
Beim Blockschaltbild nach Fig. 1 bedeutet SÜ die Spannungsüberwachungsschaltung, SS die Speichersteuerung und SP die Speichereinrichtung. Alle drei Baugruppen liegen gegen Bezugspotential an der Versorgungsspannung Un. In die Zuleitung der Versorgungsspannung zur Speichereinrichtung SP ist eine hinsichtlich der Versorgungsspannung Un in Durchlaßrichtung geschaltete Schaltdiode Ds angeordnet Weiterhin steht der Versorgungsspannungsanschluß der Speichereinrichtung SP mit der Batteriespannung Ub über eine für die Batteriespannung in Durchlaßrichtung geschaltete Schaltdiode Ds in Verbindung. Da die Versorgungsspannung Un wesentlich größer als die Batteriespannung Ub ist, bleibt die Batteriespannung hinsichtlich der Speichereinrichtung SP so lange unwirksam, wie die Versorgungsspannung Un einen ausreichenden Wert, der größer ist als die Batteriespannung Ub, aufweist Sinkt die Versorgungsspannung Un unter die Batteriespannung Ub, dann übernimmt die Batteriespannung anstelle der Versorgungsspannung die Stromversorgung der Speichereinrichtung. Der mit s bezeichnete Ausgang der Spannungsüberwachungsschaltung ist mit einem nicht näher bezeichneten Eingang für die Speichereinrichtung SPverbunden, über den bei Anliegen einer vorgegebenen Sperrspannung, die beim noch näher zu erläuternden Ausführungsbeispiel nach den F i g. 2 und 3 das Bezugspotential ist, die Speichereinrichtung von der Speichersteuerung SS abgetrennt und auf diese Weise unerwünschte Einschreibvorgänge verhindert werden.
Die Spannungsüberwachungsschaltung nach F i g. 2 weist einen ersten npn-Transistor Tr 1, und einen hierzu komplementären pnp-Transistor Tr2 auf. Der Transistor Trl liegt emitterseitig auf Bezugspotential und bildet mit seiner Basis den Steuereingang für den Schmitt-Trigger. Kollektorseitig ist der Transistor Tr 1 über die Reihenschaltung der Widerstände RC 1 und Rb mit der Versorgungsspannung Un verbunden. An dem gemeinsamen Verbindungspunkt der beiden Widerstände Rb und RC ist der Transistor Tr2 mit seiner Basis angeschlossen. Sein Emitter ist mit der Versorgungsspannung Un und sein Kollektor über den Widerstand RC2 mit Bezugspotential verbunden. Die für einen Schmitt-Trigger wesentliche Mitkopplung wird durch den Mitkopplungswiderstand Rm herbeigeführt, der den Kollektor des Transistors Tr2 mit der Basis des Transistors Tr 1 verbindet Die Ausgangsspannung des Schmitt-Triggers wird am Kollektorwiderstand RC2 abgenommen.
Das Einschalt-Steuernetzwerk besteht aus dem Kondensator Cl, dem Widerstand R 1, der Ladediode D la und der Entladediode D le. Das Ausschalt-Steuernetzwerk besteht seinerseits aus dem Kondensator C2, dem Widerstand R2, der Entladediode D2e und der Ladediode D2a Ferner weist die Spannungsüberwachungsschaltung nach F i g. 2 noch die Zenerdiode Zauf, über die das Einschalt-Steuernetzwerk mit dem Eingang des Schmitt-Triggers in Verbindung steht Die Entladediode D 1 e des Einschalt-Steuernetzwerkes ermöglicht bei Ausfall der Versorgungsspannung ein praktisch verzögerungsfreies Entladen des Kondensators Cl. In gleicher Weise ermöglicht die Ladediode D 2a des Ausschalt-Steuernetzwerkes eine praktisch verzögerungsfreie Aufladung des Kondensators C2. Die Ladezeitkonstante des Einschalt-Steuernetzwerkes ergibt sich praktisch aus der Bemessung des Widerstandes R 1 und des Kondensators Cl. In gleicher Weise bemißt sich die Entladezeitkonstante des Ausschalt-Steuernetzwerkes durch den Widerstand R 2 und den Kondensator C2. Die Bemessung der Zeitkonstanten der Steuernetzwerke ist so vorgenommen, daß die Ladezeitkonstante des Einschalt-Steuernetzwerkes groß gewählt ist gegenüber der Entladezeitkonstante des Ausschalt-Steuernetzwerkes.
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 D 1 a und D 1 e des Einschalt-Steuernetzwerkes, der Spannungsverlauf am gemeinsamen Verbindungspunkt B der Lade- und der Entladediode DA 2 und D2e des Ausschalt-Steuernetzwerkes und der Spannungsverlauf am Ausgang S des Schmitt-Triggers aufgetragen. Die einzelnen Spannungsdiagramme sind in entsprechender Weise mit Un, A, Bund Sbezeichnet In F i g. 3 ist angenommen, daß die Versorgungsspannung 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 D2a 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 Einschalt-Steuernetzwerkes einen verzögerten Anstieg, so daß erst nach der Zeit tv am Punkt A die Zenerspannung Vz 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 Tr2 im Sperrzustand befunden hat Mit dem Fließen des Basistroms wird der Transistor Tr 1 leitend und durch den damit verbundenen Spannungsabfall am Kollektorwiderstand ARC 1 auch der Transistor Tr2 vom gesperrten in den leitenden Zustand übergeführt Über den Mitkopplungswiderstand Rin wird entsprechend dem Trigger-Prinzip die Einschaltflanke versteilert Die Ausgangsspannung des Schmitt-Triggers wird also in diesem Zeitpunkt schlagartig vom Verzugspotential auf ein vorgegebenes positives Potential geschaltet. Die Zeitverzögerung tv ist, wie bereits ausgeführt worden ist, erforderlich, um sicher zustellen, daß die beim Auftreten der Versorgungsspannung Un in der Speichersteuerung SS in F i g. 1 auftretenden Einschwingvorgänge keine Änderung des Informationsinhaltes der Speichereinrichtung SP bewirken. Beim Abschalten der Versorgungsspannung Un bzw. bei einer Schwankung nach abwärts über einen vorgegebenen Wert hinaus entlädt sich der Kondensator C2 über die Entladediode D2e. Dadurch wird der in die Basis des Transistors Tr 1 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 Tr2 gesperrt wird. Die Flanke dieses Sperrvorgangs wird wiederum durch den Mitkopplungswiderstand Rin versteilert.
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 Cl über die Entladediode D 1 e praktisch trägheitslos entlädt Die Entladezeitkonstante des Abschalt-Steuernetzwerkes ist so gewählt, daß während der gesamten Abschaltphase der Transistor Tor 1 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.

Claims

Patentansprüche: 1. Spannungsüberwachungsschaltung mit einem Schmitt-Trigger zur Sicherung des Informationsinhaltes eines digitalen Speichersystems bei Ausfall oder stärkeren Schwankungen der Versorgungsspannung, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmitt-Trigger zwei Steuernetzwerke, und zwar ein Einschalt-Steuernetzwerk und ein Ausschalt-Steuernetzwerk aufweist, die hinsichtlich ihrer Funktion voneinander unabhängig sind, daß ferner die Ladezeitkonstante des wenigstens einen Kondensator (cit) aufweisenden Einschalt-Steuernetzwerkes groß gegenüber seiner Entladezeitkonstante und die Entladezeitkonstante des wenigstens einen Kondensator (C2) aufweisenden Ausschalt-Steuernetzwerks groß gegenüber seiner Ladezeitkonstante ist und daß die Ladezeitkonstante des Einschalt-Steuernetzwerks groß gegenüber der Entladezeitkonstante des Ausschalt-Steuernetzwerks ist 2. Spannungsüberwachungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschalt-Steuernetzwerk zwischen dem Anschluß für die Versorgungsspannung (Un) und Bezugspotential die Reihenschaltung eines Ladewiderstandes (R 1), einer ersten Ladediode (D la) und eines ersten Kondensators (C1) aufweist und hierbei die erste Ladediode auf seiten des ersten Kondensators über eine erste Entladediode (D 1 e) mit dem Anschluß für die Versorgungsspannung und auf seiten des Ladewiderstandes über eine Zenerdiode (Z) mit dem Steuereingang des Schmitt-Triggers in Verbindung steht und daß das Ausschalt-Steuernetzwerk zwischen Bezugspotential und dem Anschluß für die Versorgungsspannung die Reihenschaltung eines Entladewiderstandes (R 2) mit einer zweiten Entladediode (D2e) und einem zweiten Kondensator (C2) aufweist und hierbei die zweite Entladediode auf seiten des zweiten Kondensators über eine zweite Ladediode (D2a) mit Bezugspotential und auf seiten des Entladewiderstandes mit dem Steuereingang des Schmitt-Triggers in Verbindung steht.

3. Spannungsüberwachungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmitt-Trigger einen ersten und einen zum ersten Transistor (Tr 1) komplementären zweiten Transistor (Tr2) 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 (tor2) basisseitig an den Abgriff eines Spannungsteilers (Rb, RC 1) im Kollektorzweig des ersten Transistors (tut) angeschaltet ist und mit seinem Emitter mit dem Anschluß für die Versorgungsspannung (Un) in Verbindung steht und daß der Kollektor des zweiten Transistors mit der Basis des ersten Transistors über einen Mitkopplungswiderstand (Rm)verbunden ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sparinungsüberwachungsschaltung mit einem Schmitt-Trigger zur Sicherung des Informationsinhaltes eines digitalen Speichersystems bei Ausfall oder stärkeren Schwankungen der Versorgungsspannung.

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 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 eines einzigen Steuersignals, 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.

Durch die DE-OS 14 63 592 ist es bekannt, die schnelle und exakte Ansteuerung des Speichers bei Abfall der Versorgungsspannung mittels eines Schmitt-Triggers herbeizuführen, dessen Ausgangssignal einer weiteren Schaltung als Steuersignal dient.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Spannungsüberwachungsschaltung mit einem Schmitt-Trigger eine weitere Lösung anzugeben, die bei geringem technischem Aufwand zusätzlich eine definierte, von der Ansteuerung bei Spannungsabfall unabhängige Ansteuerung des Speichers bei Einschalten bzw. erneuten Ansteigen der Versorgungsspannung ermöglicht Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Schmitt-Trigger zwei Steuernetzwerke, und zwar ein Einschalt-Steuernetzwerk und ein Ausschalt-Steuernetzwerk aufweist, die hinsichtlich ihrer Funktion voneinander unabhängig sind, daß ferner die Ladezeitkonstante des wenigstens einen Kondensator aufweisenden Einschalt-Steuernetzwerkes groß gegenüber seiner Entladezeitkonstante und die Entladezeitkonstante des wenigstens einen Kondensator aufweisenden Ausschalt-Steuernetzwerkes groß gegenüber seiner Ladezeitkonstante ist und daß die Ladezeitkonstante des Einschalt-Steuernetzwerkes groß gegenüber der Entladezeitkonstante des Ausschalt-Steuernetzwerks ist.