CN208255872U - 具有多级掉电保护的固态硬盘 - Google Patents
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Abstract
针对现有技术中主流计算机存储产品市场上的固态硬盘由于意外掉电容易造成数据丢失以及固态阴沟无法识别的严重问题，本实用新型提出了一种具有多级掉电保护的固态硬盘，其通过多级掉电保护的方式对固态硬盘电源部分进行防护设计，给予固态硬盘充分的掉电延迟，保证缓存数据有效回写到存储芯片中，从而彻底解决固态硬盘因意外掉电造成影响。
Description
技术领域
本实用新型涉及固态硬盘技术领域，尤其是涉及一种能够增强固态硬盘可靠性，防止意外掉电的固态硬盘的电源设计领域。
背景技术
随着信息技术的不断发展，固态硬盘由于其高性能低延时逐渐取代传统机械硬盘成为主流计算机架构存储部件的首选。但是由于固态硬盘的特殊电子架构，里面包含的存储部件如主控制器，DDR，NAND Flash中都包含有大量的缓存数据，这些缓存数据涉及：FTL映射表，BBM坏块管理表，元数据，用户资料等大量数据。因此当发生意外掉电的时候，如果相关缓存数据无法及时保存或是保存不完整，将极易造成电子盘出现各种数据故障，严重的时候，如果元数据和FTL映射表损坏，固态硬盘将出现固件丢失无法识别问题，造成严重的数据灾难。
而目前主流的固态硬盘掉电保护技术多采用软件来实现，仅仅针对固态硬盘的FTL及BBM做保护，无法彻底的给予固态硬盘充分的掉电延迟，而常用的硬件掉电保护方式，只针对主控制器、DRAM中的数据进行保护，而忽略存储芯片中NVRAM数据的保护。因此，如何通过硬件手段大大增强了缓存器件里面的数据完整性，通过延长掉电时间，实现多级掉电保护功能，使数据回写到存储芯片中，成为业内人士筮待解决的问题。
实用新型内容
针对现有技术中主流计算机存储产品市场上的固态硬盘由于意外掉电容易造成数据丢失以及固态阴沟无法识别的严重问题，本实用新型提出了一种具有多级掉电保护的固态硬盘，其通过多级掉电保护的方式对固态硬盘电源部分进行防护设计，给予固态硬盘充分的掉电延迟，通过多级掉电保护方式，使SSD主控制器、DRAM、存储芯片中的缓存数据有效回写到存储芯片中，从而彻底解决固态硬盘因意外掉电造成影响。
为实现上述技术目的，本实用新型采用的具体技术方案如下：
一种具有多级掉电保护的固态硬盘，包括电源模块、存储模块以及SSD主控器，存储模块包括多块存储芯片，所述电源模块包括第一级掉电保护模块、第一级储能模块、电源转换模块、第二级掉电保护模块和第二级储能模块，外部供电电源与第一级掉电保护模块连接，第一级掉电保护模块与第一级储能模块相连接，第一级掉电保护模块连接多个电源转换模块，各电源转换模块分别连接SSD主控器以及各存储芯片，各电源转换模块将输入电源转换为SSD主控器以及各存储芯片的工作电源为其供电；
至少一个电源转换模块连接有第二级掉电保护模块，第二级掉电保护模块第二级储能模块连接，第二级掉电保护模块与存储芯片连接。
本实用新型中：多块存储芯片中至少包括一个动态随机存储器DRAM和一个NANDFlash，其中NAND Flash与第二级掉电保护模块连接。具体地，连接NAND Flash的电源转换模块与第二级掉电保护模块连接，第二级掉电保护模块和第二级储能模块连接，第二级掉电保护模块与NAND Flash连接。
本实用新型中第一级掉电保护模块、第二级掉电保护模块均包括升压稳压电路。
本实用新型中电源转换模块包括DC-DC降压电路。电源转换模块将输入电源转换为SSD主控器以及各存储芯片的工作电源为其供电。
本实用新型中第一级储能模块、第二级储能模块采用钽电容超级电容阵列。
本实用新型的有益效果如下：
本实用新型有别于传统的固态硬盘掉电保护的单级储能稳压，本实用新型固态硬盘的电源设计中在缓存端及存储芯片中的NVRAM端采用多级掉电设计保护来实现对数据的全面保障。具体地，通过多级钽电容超级电容与掉电保护模块构成多级掉电保护电路，增强了意外掉电下固态硬盘的供电能力，保证相关缓存数据有效的回写到存储芯片中，从而彻底解决固态硬盘因意外掉电造成影响。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2是第一级掉电保护模块电路示意图；
图3是第一级储能模块的电路示意图；
图4是NAND Flash供电示意图；
图5是第二级储能模块的电路示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
参照图1，为本实用新型一具体实施例的结构示意图。该具有多级掉电保护的固态硬盘，包括电源模块、存储模块以及SSD主控器。存储模块包括动态随机存储器DRAM和NANDFlash。存储模块还可以包括EMMC闪存、UFS闪存等。
所述电源模块包括第一级掉电保护模块、第一级储能模块、1#电源转换模块、2#电源转换模块、3#电源转换模块、第二级掉电保护模块和第二级储能模块。1#电源转换模块、2#电源转换模块、3#电源转换模块用于电压的转换，主要包括DC-DC电压转换芯片。第一级储能模块、第二级储能模块，实现能量的储存和释放，主要包括钽电容超级电容阵列。
外部供电电源与第一级掉电保护模块连接，第一级掉电保护模块与第一级储能模块相连接，第一级掉电保护模块连接1#电源转换模块、2#电源转换模块、3#电源转换模块，1#电源转换模块、2#电源转换模块、3#电源转换模块分别连接动态随机存储器DRAM、SSD主控器以及NAND Flash，各电源转换模块将各自的输入电源分别转换为动态随机存储器DRAM、SSD主控器以及NAND Flash的工作电源为其供电。
连接NAND Flash的3#电源转换模块与第二级掉电保护模块连接，第二级掉电保护模块和第二级储能模块连接，第二级掉电保护模块与NAND Flash连接。
本实施例中：第一级掉电保护模块包括升压稳压电路，将主机端提供的5V输入电压升压至12V对第一级储能模块进行充电储能工作。第二级掉电保护模块包括升压稳压电路，将3.3V输入电压的升压至12V对第二级储能模块进行充电储能工作。所述1#电源转换模块包括DC-DC降压电路，将第一级掉电保护模块输出的5V供电电压降压成1.5V供动态随机存储器DRAM工作。所述2#电源转换模块包括DC-DC降压电路，将第一级掉电保护模块输出的5V供电电压降压成1.8V供SSD主控制器工作。所述3#电源转换模块包括DC-DC降压电路，将第一级掉电保护模块输出的5V供电电压降压成3.3V供NAND Flash和第二级掉电保护模块工作。
当固态硬盘正常上电工作时，通过外部供电电源(如主机端)提供的5V的供电电压，第一级掉电保护模块对第一级储能模块进行升压至12V充电储能工作，第一级储能模块完成储能工作后，构建一个稳定的电源池，可再次通过第一级掉电保护模块输出与外部供电电源(如主机端)一致的5V稳定的供电电压，此供电电压通过1#电源转换模块降压成1.5V供动态随机存储器DRAM工作，通过2#电源转换模块降压成1.8V供SSD主控制器工作，通过3#电源转换模块降压成3.3V供NAND Flash和第二级掉电保护模块工作，与此同时，第二级掉电保护模块通过升压至12V对第二级储能模块进行充电储能工作，第二级储能模块完成储能工作后，同样构建一个稳定的电源池。通过以上步骤完成了固态硬盘多级掉电保护的储能工作。
当外部供电电源(如主机端)发生意外掉电的时候，固态硬盘的工作电压瞬间跌落，SSD主控器侦测到掉电后，切断与主机的通信，此时第一级掉电保护模块侦测到电源意外掉电后，从而释放第一级储能模块中的电量，继续为1#电源转换模块、2#电源转换模块和3#电源转换模块提供供电电压，从而让SSD主控器将动态随机存储器DRAM中的缓存数据提出回写到NAND Flash中，直至第一级储能模块中的电量耗尽，SSD主控器及动态随机存储器DRAM中的数据回写成功，第一级掉电保护结束。与此同时，第二级掉电保护模块侦测到3#电源转换模块中的电压跌落，为保护NAND Flash中的内部的NVRAM会将数据写入到Flash页page中，第二级掉电保护模块启动，释放第二级储能模块中的电量，继续维持NAND Flash的供电电压，直至电量耗尽，对数据完成保护。
参照图2，为一实施例中的第一级掉电保护模块电路示意图；其包括主芯片(电源储能芯片)以及其***电路，第一级掉电保护模块将外部输入电压VCC5I通过电源储能芯片管理，储备到VCAP_MP端，通过VCAP_MP输入到第一级储能模块中。如图3所示，图3是第一级储能模块的电路示意图，第一级储能模块由钽电容或超级电容组成储能阵列，当出现意外掉电的时候，掉电保护模块启动保护机制，释放VCAP_MP端的电能，继续维持VCC5I电压直至缓存数据彻底写入到NAND Flash中。
在第二级掉电保护模块的电路设计中，重点保护的是在NAND FLASH芯片中的缓存数据，同理，采用第一级掉电保护模块相同的设计原理。参照图4是第二级掉电保护模块的电路示意图，其包括主芯片(电源储能芯片)以及其***电路，对于图4所示的NAND FlashCORE电压进行VCCFQ进行储能保护，通过与第一级掉电保护模块相同的电源管理，将VCCFQ储存在第二级储能模块中(如图5所示，图5是第一级储能模块的电路示意图)，通过钽电容或超级电容组成储能阵列，在意外掉电的时候继续维持VCCFQ，保证数据回写成功。
综上所述，借助于本实用新型的上述技术方案，通过多级掉电保护机制，对SSD主控器、缓存芯片，NAND Flash中的NVRAM在意外掉电后进行附加的掉电保护处理，从而有效的解决意外掉电导致的各种缓存数据丢失，让缓存临时数据通过附加的持续供电，从而完整的写入到NAND Flash中，为固态硬盘的设计提出了一种高可靠性的技术方法。
综上所述，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视权利要求书界定的范围为准。
Claims (8)
1.一种具有多级掉电保护的固态硬盘，包括电源模块、存储模块以及SSD主控器，其特征在于：存储模块包括多块存储芯片，所述电源模块包括第一级掉电保护模块、第一级储能模块、电源转换模块、第二级掉电保护模块和第二级储能模块，外部供电电源与第一级掉电保护模块连接，第一级掉电保护模块与第一级储能模块相连接，第一级掉电保护模块连接多个电源转换模块，各电源转换模块分别连接SSD主控器以及各存储芯片，各电源转换模块将输入电源转换为SSD主控器以及各存储芯片的工作电源为其供电；
至少一个电源转换模块连接有第二级掉电保护模块，第二级掉电保护模块第二级储能模块连接，第二级掉电保护模块与存储芯片连接。
2.根据权利要求1所述的具有多级掉电保护的固态硬盘，其特征在于：多块存储芯片中至少包括一个动态随机存储器DRAM和一个NAND Flash，其中NAND Flash与第二级掉电保护模块连接。
3.根据权利要求2所述的具有多级掉电保护的固态硬盘，其特征在于：连接NAND Flash的电源转换模块与第二级掉电保护模块连接，第二级掉电保护模块和第二级储能模块连接，第二级掉电保护模块与NAND Flash连接。
4.根据权利要求1、2或3所述的具有多级掉电保护的固态硬盘，其特征在于：第一级掉电保护模块、第二级掉电保护模块均包括升压稳压电路。
5.根据权利要求4所述的具有多级掉电保护的固态硬盘，其特征在于：第一级掉电保护模块包括升压稳压电路，将主机端提供的5V输入电压升压至12V对第一级储能模块进行充电储能工作；
第二级掉电保护模块包括升压稳压电路，将3.3V输入电压的升压至12V对第二级储能模块进行充电储能工作。
6.根据权利要求5所述的具有多级掉电保护的固态硬盘，其特征在于：电源转换模块包括DC-DC降压电路。
7.根据权利要求6所述的具有多级掉电保护的固态硬盘，其特征在于：所述1#电源转换模块包括DC-DC降压电路，将第一级掉电保护模块输出的5V供电电压降压成1.5V供动态随机存储器DRAM工作；
所述2#电源转换模块包括DC-DC降压电路，将第一级掉电保护模块输出的5V供电电压降压成1.8V供SSD主控制器工作；
所述3#电源转换模块包括DC-DC降压电路，将第一级掉电保护模块输出的5V供电电压降压成3.3V供NAND Flash和第二级掉电保护模块工作。
8.根据权利要求1、2或3所述的具有多级掉电保护的固态硬盘，其特征在于：第一级储能模块、第二级储能模块采用钽电容超级电容阵列。
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