FLASH异常掉电保护电路、装置及方法与流程

flash异常掉电保护电路、装置及方法
技术领域
1.本发明涉及非易失性存储器的设计领域，特别是涉及一种flash异常掉电保护电路、装置及方法。


背景技术：

2.flash闪存属于内存器件的一种。flash闪存是一种非易失性(non
‑
volatile)内存，在没有电流供应的条件下也能够长久地保持数据。现有flash厂商提供的flash通常不具备外围的保护电路，在编程过程中，如果出现意外断电事故而导致flash意外掉电，不仅会造成数据丢失，还可能会对flash造成物理伤害，严重影响flash寿命。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对flash异常掉电造成的数据丢失和影响flash寿命的问题，提供一种flash异常掉电保护电路、装置及方法。
4.一种flash异常掉电保护电路，包括：电源管理电路，与flash电源及所述flash均电连接，用于向所述flash提供直流供电信号，检测所述flash电源的实时电压值，在所述实时电压值降低至预设电压阈值的情况下生成低压状态信号；掉电保护控制电路，与所述电源管理电路及所述flash均电连接，用于向所述flash提供状态控制信号，并根据接收的所述低压状态信号改变所述状态控制信号的电平状态，以控制所述flash的编程使能信号在第一预设时间内由使能状态改变为无效状态，及控制所述直流供电信号持续供电第二预设时间；其中，所述第一预设时间与所述第二预设时间的起始时刻均为所述实时电压值达到所述预设电压阈值的时刻，且所述第一预设时间小于所述第二预设时间。
5.上述flash异常掉电保护电路，在flash电源断电或无法正常供电之后，通过电源管理电路和掉电保护控制电路的相互配合，实现对flash的延迟掉电和对flash控制信号、数据信号的妥善处理，不仅可以避免突然断电导致数据丢失，也可以避免突然断电对flash造成的物理伤害。
6.在其中一个实施例中，电源管理电路包括：整流升压单元，与所述flash电源电连接，用于根据所述flash电源的实时电压值生成初始直流供电信号；低压差线性稳压电路，与所述整流升压单元及所述掉电保护控制电路均电连接，用于根据接收的所述初始直流供电信号生成所述直流供电信号；低压检测电路，与所述整流升压单元及所述掉电保护控制电路均电连接，用于检测所述初始直流供电信号，以在所述实时电压值达到所述预设电压阈值的时刻起，第三预设时间内生成所述低压状态信号；所述第三预设时间小于所述第一预设时间。
7.在其中一个实施例中，所述电源管理电路还包括：上电复位电路，与所述整流升压单元及所述掉电保护控制电路均电连接，用于根据所述初始直流供电信号生成上电复位信号，以控制所述flash上电复位。
8.在其中一个实施例中，所述掉电保护控制电路包括：flash掉电控制器，与所述电
源管理电路电连接，用于向所述flash提供状态控制信号，并根据接收的所述低压状态信号改变其状态机的工作状态，以改变所述状态控制信号的电平状态。
9.在其中一个实施例中，掉电保护控制电路还包括：输出隔离器件，所述flash掉电控制器经由所述输出隔离器件与所述flash电连接；及/或输入隔离器件，所述flash经由所述输入隔离器件与所述flash掉电控制器电连接。
10.在其中一个实施例中，flash掉电控制器被配置为：根据接收的所述低压状态信号控制所述状态控制信号由第一电平状态改变为第二电平状态。
11.在其中一个实施例中，第一电平状态为低电平，所述第二电平状态为高电平。
12.在其中一个实施例中，整流升压单元包括备用储能元件。
13.一种flash异常掉电保护装置，包括：flash以及上述任一实施例所述的flash异常掉电保护电路；flash异常掉电保护电路与所述flash电连接，用于对所述flash进行异常掉电保护。
14.一种flash异常掉电保护方法，包括：基于flash电源提供的实时电压值向所述flash提供直流供电信号，检测所述flash电源的实时电压值，在所述实时电压值降低至预设电压阈值的情况下生成低压状态信号；根据接收的所述低压状态信号改变向所述flash提供的状态控制信号的电平状态，以控制所述flash的编程使能信号在第一预设时间内由使能状态改变为无效状态，及控制所述直流供电信号持续供电第二预设时间；其中，所述第一预设时间与所述第二预设时间的起始时刻均为所述实时电压值达到所述预设电压阈值的时刻，且所述第一预设时间小于所述第二预设时间。
15.上述flash异常掉电保护方法，在flash电源断电或无法正常供电之后，可以实现对flash的延迟掉电和对flash控制信号、数据信号的妥善处理，不仅可以避免突然断电导致数据丢失，也可以避免突然断电对flash造成的物理伤害。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
17.图1为本技术一实施例中一种flash异常掉电保护电路的结构框图。
18.图2为本技术一实施例中的flash异常掉电时部分信号的状态变化时序图。
19.图3
‑
图8为本技术其他实施例中的几种flash异常掉电保护电路的结构框图。
20.图9为本技术一实施例中掉电保护控制电路的结构框图。
21.图10为本技术一实施例中一种flash异常掉电保护方法的流程框图。
22.附图标号说明：1、电源管理电路；11、整流升压单元；111、备用储能元件；d1、二极管；12、低压差线性稳压电路；13、低压检测电路；14、上电复位电路；2、掉电保护控制电路；21、flash掉电控制器；22、输出隔离器件；23、输入隔离器件；3、flash电源；4、flash电源开关。
具体实施方式
23.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
24.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
25.在描述位置关系时，除非另有规定，否则当一元件例如层、膜或基板被指为在另一膜层“上”时，其能直接在其他膜层上或亦可存在中间膜层。进一步说，当层被指为在另一层“下”时，其可直接在下方，亦可存在一或多个中间层。亦可以理解的是，当层被指为在两层“之间”时，其可为两层之间的唯一层，或亦可存在一或多个中间层。
26.在使用本文中描述的“包括”、“具有”、和“包含”的情况下，除非使用了明确的限定用语，例如“仅”、“由
……
组成”等，否则还可以添加另一部件。除非相反地提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式，并不能理解为其数量为一个。
27.如图1所示，本技术的一个实施例提供了一种flash异常掉电保护电路，包括：电源管理电路1，与flash电源3及flash均电连接，用于向flash提供直流供电信号，检测flash电源3的实时电压值，在实时电压值降低至预设电压阈值的情况下生成低压状态信号；掉电保护控制电路2，与电源管理电路1及flash均电连接，用于向flash提供状态控制信号，并根据接收的低压状态信号改变状态控制信号的电平状态，以控制flash的编程使能信号在第一预设时间t1内由使能状态改变为无效状态，及控制直流供电信号持续供电第二预设时间t2；其中，第一预设时间t1与第二预设时间t2的起始时刻均为实时电压值达到预设电压阈值的时刻，且第一预设时间t1小于第二预设时间t2。
28.具体地，请结合图2进行理解，flash电源3提供的实时电压值记为vdd，低压状态信号记为low
‑
det，web信号是写使能信号，prog为编程使能信号，web信号和prog均属于掉电保护控制电路2向flash提供的状态控制信号，直接向flash供电的直流供电信号记为vdd
‑
flash。
29.当flash电源3提供的实时电压值vdd由高电平变为低电平时，电源管理电路1可以及时检测到flash电源3的电压变化，并在实时电压值vdd达到预设电压阈值(例如，从高电平变为低电平的)的时刻起的第三预设时间t3内生成低压状态信号low
‑
det。掉电保护控制电路2在接收到low
‑
det信号之后，有序调整各状态控制信号的电平状态，使其从使能状态改变为无效状态。其中，控制状态信号是指掉电保护控制电路2发送至flash对其进行状态调整的信号，例如片选信号、写使能信号、擦除信号和编程使能信号等等。作为示例，对于低电平有效的写使能信号web，掉电保护控制电路2在接收到low
‑
det信号后将web信号从低电平调整至高电平状态。对于高电平有效的编程使能信号prog，掉电保护控制电路2在vdd从高电平变为低电平后的第一预设时间t1内将prog信号从高电平变为低电平，其中，第一预设时间t1大于第三预设时间t3。作为示例，第一预设时间t1大于等于50微秒，例如可以是50微秒、55微秒、60微秒或70微秒。可选地，掉电保护控制电路2在接收到低压状态信号low
‑
det之后，除了可以调整状态控制信号的电平状态，还可以对flash的数据总线和地址总线进行清零。
30.flash电源3提供的实时电压vdd经过电源管理电路1处理后，得到可直接向flash供电的直流供电信号vdd
‑
flash。vdd
‑
flash在vdd变为低电平之后不会立刻变为低电平，而是持续向flash供电至少第二预设时间t2。作为示例，第二预设时间t2大于等于100微秒，例如可以是100微秒、110微秒或120微秒。
31.其中，第一预设时间t1和第二预设时间t2的起始时刻相同，均为实时电压值降低至预设电压阈值的时刻，例如，vdd从高电平变为低电平的时刻。并且，第一预设时间t1被设置为小于第二预设时间t2。
32.上述flash异常掉电保护电路，在flash电源3断电或无法正常供电之后，通过电源管理电路1和掉电保护控制电路2的相互配合，实现对flash的延迟掉电和对flash控制信号、数据信号的妥善处理，不仅可以避免突然断电导致数据丢失，也可以避免突然断电对flash造成的物理伤害。
33.在一个实施例中，如图3所示，电源管理电路1包括：整流升压单元11，与flash电源3电连接，用于根据flash电源3的实时电压值生成初始直流供电信号；低压差线性稳压电路12，与整流升压单元11及掉电保护控制电路2均电连接，用于根据接收的初始直流供电信号生成直流供电信号；低压检测电路13，与整流升压单元11及掉电保护控制电路2均电连接，用于检测初始直流供电信号，以在实时电压值达到预设电压阈值的时刻起，第三预设时间t3内生成低压状态信号；第三预设时间t3小于第一预设时间t1。
34.作为示例，当flash电源3提供直流电时，整流升压单元11可以包括二极管d1和备用储能元件111，如图4所示。其中，备用储能元件111可以为大电容储能元件，用于存储备用电能，当flash电源3出现故障而突然断电时，备用储能元件111可以向flash和掉电保护控制电路2继续供电，以实现flash有序的下电过程，避免出现数据丢失和物理损害。其中，二极管d1具有单向导向性，电流仅可从flash电源3流向电源管理电路1，因此，当启用备用储能元件111进行供电时，二极管d1可以防止电流回流至flash电源3，避免对flash电源3造成损害。
35.低压检测电路13与整流升压单元11及掉电保护控制电路2均电连接，用于检测初始直流供电信号，通过初始直流供电信号可以获得flash电源3实时电压值的变化。当实时电压值降至预设电压阈值的时刻起，低压检测电路13在第三预设时间t3内生成低压状态信号，并将其发送至掉电保护控制电路2。其中，第三预设时间t3小于第一预设时间t1和第二预设时间t2。
36.可选地，当flash电源3提供的电压为交流电时，可以在整流升压单元11中设置多个二极管d1构建整流电路，从而实现交流变直流，得到初始直流供电信号。初始直流供电信号经过低压差线性稳压电路12处理后，即可得到能够输入flash的直流供电信号。可先地，当flash电源3提供的电压不足，无法维持flash的正常工作状态时，可以启用备用储能元件111进行辅助供电，以提高供初始直流供电信号的电压，确保flash的正常工作。
37.在一个实施例中，如图5所示，flash异常掉电保护电路还包括flash电源开关4，与低压差线性稳压电路12和flash相连接。低压差线性稳压电路12输出的直流供电信号经过flash电源开关4后输入flash。flash电源开关4可以控制直流供电信号是否可以到达
flash。当flash电源开关4处于关断状态，任何电源信号无法传输至flash，则flash处于断电状态，外界无法对其进行数据读写和/或状态控制。当flash电源开关4处于接通状态时，外界才能够对其进行数据读写和/或状态控制。
38.在一个实施例中，如图6所示，电源管理电路1还包括上电复位电路14。上电复位电路14与整流升压单元11及掉电保护控制电路2均电连接，用于根据初始直流供电信号生成上电复位信号，以控制flash上电复位。
39.具体地，当flash电源3恢复正常供电后，上电复位电路14可以及时检测到初始直流供电信号的变化，并生成上电复位信号发送至掉电保护控制电路2，由掉电保护控制电路2依次恢复flash各信号端口的电平状态。
40.在一个实施例中，如图7所示，掉电保护控制电路2包括：flash掉电控制器21，与电源管理电路1和flash电连接，用于向flash提供状态控制信号，并根据接收的低压状态信号改变其状态机的工作状态，以改变状态控制信号的电平状态。
41.具体地，flash掉电控制器21内部设置有状态机(图中未示出)，状态机用于控制上/下电时序。当flash掉电控制器21接收到低压状态信号low
‑
det后，可采用如图2所示的时序顺序，控制状态机改变各状态控制信号的电平状态，将flash的各状态信号从使能状态调整至无效状态。
42.在一个实施例中，如图8所示，掉电保护控制电路2还包括：输出隔离器件22，flash掉电控制器21经由输出隔离器件22与flash电连接；及/或输入隔离器件23，flash经由输入隔离器件23与flash掉电控制器21电连接。
43.当发生突然断电情况时，对于flash掉电控制器21未能进行状态调整的信号，输出隔离器件22可以将这些信号的状态强制拉低或者拉高，以使其属于可知状态，而非未知状态，避免flash上电恢复时出现未知错误。可选地，输出隔离器件22还可用于对发送至flash的各状态控制信号和数据进行锁存，输入隔离器件23可用于对从flash输出的数据进出锁存，当电源供应恢复正常时，flash可以快速地恢复数据和各状态控制信号的电平状态，也可以快速确定断电前输出的数据，使得flash在重新上电后可以从断电前的状态开始运行。
44.作为示例，掉电保护控制电路2的内部结构和信号处理过程如图9所示。其中，porb是上电复位信号，prog_pre是预编程使能信号，erase_pre是预擦除使能信号，addr_pre是预地址信号，datain_pre是预数据输入信号，web_pre是预写使能信号，ceb_pre是预片选信号，low
‑
det是低压状态信号，dout是数据输出信号。当flash掉电控制器21接收到低压状态信号low
‑
det后，控制状态机调整擦除信号erase、地址信号addr、数据输入信号datain、写使能信号web和片选信号ceb的电平状态。作为示例，部分信号的调整时序图参考图2。经过状态调整后的各状态控制信号通过输出隔离器件22传输至flash，输出隔离器件22记录各状态控制信号的电平状态。flash输出的数据信号dout通过输入隔离器件传输至flash掉电控制器。输入隔离器件23对dout进行备份。
45.在一个实施例中，flash掉电控制器21被配置为根据接收的低压状态信号控制状态控制信号由第一电平状态改变为第二电平状态。其中，第一电平状态为低电平，第二电平状态为高电平；或者，第一电平为高电平状态，第二电平为低电平状态。
46.本技术还公开了一种flash异常掉电保护装置，包括：flash以及上述任一实施例的flash异常掉电保护电路。其中，flash异常掉电保护电路与flash电连接，用于对flash进
行异常掉电保护。
47.本技术还公开了一种flash异常掉电保护方法，包括：
48.s10：基于flash电源3提供的实时电压值向flash提供直流供电信号，检测flash电源3的实时电压值，在实时电压值降低至预设电压阈值的情况下生成低压状态信号。
49.s20：根据接收的低压状态信号改变向flash提供的状态控制信号的电平状态，以控制flash的编程使能信号在第一预设时间t1内由使能状态改变为无效状态，及控制直流供电信号持续供电第二预设时间t2；其中，第一预设时间t1与第二预设时间t2的起始时刻均为实时电压值达到预设电压阈值的时刻，且第一预设时间t1小于第二预设时间t2。
50.具体地，可以结合图1和图2对上述方法进行理解。flash电源3提供的实时电压值记为vdd，低压状态信号记为low
‑
det，web信号为用于控制flash的状态控制信号之一，prog为编程使能信号，可直接对flash进行供电的直流供电信号记为vdd
‑
flash。
51.当flash电源3提供的实时电压值vdd由高电平变为低电平时，低压状态信号low
‑
det由低电平变为高电平，即，低压状态信号low
‑
det从无效状态变为使能状态，将电源电压异常(断电或电压低于预设电压阈值)的信息传递给掉电保护控制电路2。
52.掉电保护控制电路2接收到low
‑
det信号之后，有序调整各状态控制信号的电平状态，使其从使能状态改变为无效状态。控制状态信号是指发送至flash对其进行状态调整的信号，例如擦除信号、编程使能信号。作为示例，对于低电平有效的web信号，掉电保护控制电路2在接收到low
‑
det信号后将web信号从低电平调整至高电平状态。对于高电平有效的编程使能信号prog，掉电保护控制电路2在接收到low
‑
det信号后的第一预设时间t1，将prog信号从高电平变为低电平。作为示例，第一预设时间t1大于50微秒，例如可以是50微秒、55微秒、60微秒或70微秒。可选地，掉电保护控制电路2在接收到low
‑
det信号之后，除了可以调整状态控制信号的电平状态，还可以对flash的数据总线和地址总线进行清零。
53.flash电源3提供的实时电压vdd经过电源管理电路1处理后，得到可直接向flash供电的直流供电信号vdd
‑
flash。vdd
‑
flash在vdd变为低电平之后不会立刻变为低电平，而是持续向flash供电至少第二预设时间t2。作为示例，第二预设时间t2可以是100微秒、110微秒或120微秒。
54.其中，第一预设时间t1和第二预设时间t2的起始时刻相同，均为实时电压值降低至预设电压阈值的时刻，例如，vdd从高电平变为低电平的时刻。并且，第一预设时间t1的长度被设置为小于第二预设时间t2的长度。
55.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
56.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。