如何確保異常掉電引發(fā)的數(shù)據(jù)安全

可靠性是每一個(gè)產(chǎn)品的靈魂，如果一個(gè)產(chǎn)品可靠性不好，那它就是一個(gè)失敗的產(chǎn)品，因?yàn)榭蛻舨粫?huì)使用存在風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)品，然而產(chǎn)品的可靠性不僅受到上下電、復(fù)位等內(nèi)部因素影響，還會(huì)被供電的突然關(guān)斷、工作環(huán)境等外部因素干擾。產(chǎn)品的控制系統(tǒng)對突然斷電的反應(yīng)和保護(hù)措施是判斷產(chǎn)品可靠性的重要標(biāo)準(zhǔn)。

1. 系統(tǒng)掉電保護(hù)的重要性和可行性

嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品在使用或者調(diào)試中，會(huì)經(jīng)常遇到系統(tǒng)電源突然掉電的情況，這種突發(fā)情況會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)丟失重要的數(shù)據(jù)且不能恢復(fù)，還有系統(tǒng)在運(yùn)行中突然中斷，會(huì)對SD卡或者SDRAM等運(yùn)行內(nèi)存造成損壞，這種情況往往會(huì)影響產(chǎn)品的可靠性，為了盡量的避免這種不穩(wěn)定性情況的出現(xiàn)，產(chǎn)品需要增加掉電檢測和保護(hù)電路。

掉電檢測和保護(hù)電路就是對系統(tǒng)電壓進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)系統(tǒng)電壓值下降到低壓警戒值時(shí)，電路會(huì)發(fā)現(xiàn)并做出反應(yīng)，發(fā)出一個(gè)警告信號(hào)，處理器接收到警告信號(hào)之后馬上進(jìn)行數(shù)據(jù)保存等操作，防止系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失。

2. 掉電檢測保護(hù)電路功能框圖

圖1是一種典型掉電檢測保護(hù)電路，此功能框圖可以讓大家更好的了解掉電檢測保護(hù)電路的工作原理。

掉電電路為四個(gè)部分：超級電容電路(含三極管開關(guān)電路)、DC-DC升壓電路、LM393比較器電路、DC-DC降壓電路。這四部分電路和處理器組成一個(gè)完整的掉電檢測和保護(hù)電路。

圖1 掉電檢測電路框架圖

3. LM393比較器電路運(yùn)用

LM393比較器電路如圖2所示，圖中比較器IN-輸入端VCC_4V4是MP1542升壓電路的輸出，IN+輸入端是系統(tǒng)的5V電壓，當(dāng)VIN-> VIN+時(shí)，比較器輸出低電平;當(dāng)VIN-< VIN+時(shí)，比較器輸出高電平。

圖2 LM393比較器電路

4. MP1542升壓電路運(yùn)用

MP1542升壓電路如圖3所示，系統(tǒng)通過LM393的比較器電路控制著升壓電路的使能：

系統(tǒng)上電后，比較器兩端輸入大小如下：VIN- < VIN+，因此比較器輸出高電平信號(hào)，其中V_DET信號(hào)接入MP1542的負(fù)反饋端，V_DET為高電平時(shí)拉低電路的輸出，達(dá)到不使能升壓電路的效果;

系統(tǒng)斷電后，5V系統(tǒng)電壓快速下降，比較器兩端輸入大小如下：VIN- > VIN+，因此比較器輸出低電平信號(hào)，V_DET為低電平時(shí)，根據(jù)公式：Vout= [(12/5)+1]*1.25，MP1542的電路輸出4.25V，達(dá)到使能升壓電路的效果。

圖3 MP1452電路

5. 掉電檢測保護(hù)電路的電源波形和工作過程

為了更直觀的理解掉電檢測保護(hù)電路的作用，我們繪制了系統(tǒng)工作的電源波形圖，如圖4所示，掉電電路的四個(gè)部分電路分別在不同的時(shí)間發(fā)揮著不同的作用。

圖4 系統(tǒng)電源波形圖

當(dāng)5V電源供電時(shí)，5V電壓促使三極管開關(guān)電路導(dǎo)通，LM393比較器的高電平輸出讓MP1542升壓不工作，為超級電容提供只進(jìn)不出的充電環(huán)境(電容充滿后兩端電壓為4V)，系統(tǒng)的常用4.2V電源是5V通過MP2315降壓電路獲得。

當(dāng)系統(tǒng)斷電時(shí)，LM393比較器的低電平信號(hào)使能MP1542電路，為超級電容提供放電回路(電容電壓有8-10S時(shí)間穩(wěn)定在2.5-4V，MP1542最低輸出電壓2.5V)，電容電壓通過MP1452電路升到4.2V，作為處理器的備用供電電源，在開啟備用電源之時(shí)，LM393比較器也給處理器發(fā)出了一個(gè)低電平報(bào)警信號(hào)，如圖2所示，PD_DETC信號(hào)直接輸出給處理器，處理器檢測到此信號(hào)馬上做出保存數(shù)據(jù)等一系列關(guān)閉系統(tǒng)的應(yīng)急操作。

此電路使用時(shí)需要注意：超級電容兩端電壓未達(dá)到2.5V之前，掉電檢測保護(hù)電路不能正常工作，所以電容充電的時(shí)間需要把控，超級電容的充電公式：t =(C * V)/I，C為超級電容的額定容量，V為超級電容工作電壓，I為充電電流，超級電容充電所需時(shí)間不能太長，會(huì)影響系統(tǒng)的性能。

上述文章闡述的電路就是一種非常實(shí)用的系統(tǒng)掉電檢測和保護(hù)電路，此電路可以讓嵌入式系統(tǒng)避免突然掉電時(shí)丟失數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，有效的提高了產(chǎn)品的可靠性。