一种用于SSD固态硬盘的上电回路的制作方法

本技术属于ssd固态硬盘电源，具体涉及一种ssd固态硬盘的三个关键器件（主控、ddr、nand）的各级电源及器件之间电源的上电控制回路。

背景技术：

1、在大数据时代，数据存储在整个计算机系统生态中起着越来越重要的作用，由于ssd固态硬盘速度快、容量大、功耗低、抗震防摔、尺寸小等优势，ssd固态硬盘已大量应用于存储领域。

2、ssd固态硬盘主要架构为：主控+ddr缓存+ nand闪存，根据ssd的应用场合的不同，接口、ssd的主控型号、ddr的型号及数量、nand的型号及数量均会有所不同，且三种核心器件各自包含若干电源，如：核电源、数字电源、模拟电源、参考电源等，且对各电源有特殊的上电时序要求，导致ssd固态硬盘的整个系统供电电源上电复杂，不良的电源回路设计会影响整个ssd固态硬盘的稳定性和可靠性。

3、在现有的技术中，ssd固态硬盘的供电方案主要以下两种：第一种是采用集成电源芯片，优点是集成度高、使用简单，缺点是适用性不强、不够灵活，难以满足不同主控、ddr、nand的应用需求；第二种是采用分立式电源芯片，优点是设计灵活，可以根据实际需求设计电源电路，但是设计难度大，设计人员水平参差不齐，未系统考虑上电启动、各级电源时序、功耗控制、电源质量、换型和扩容等问题，导致系统可正常工作，但是影响长期稳定性和可靠性。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种ssd固态硬盘的上电回路，系统的解决基于分立式的电源芯片的各种问题，包括上电启动、时序控制、功耗、电源质量、电源监测等，提供稳定可靠的ssd固态硬盘电源方案。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种用于ssd固态硬盘的上电回路，包括：上电启动电路、主控电源电路、ddr缓存电路和nand闪存电路；上电启动电路包括rc延时电路和通用输入/输出接口gpio使能；设置r和c的参数，配置上电启动时间，待外部电源稳定后，dc/dc电源转换器再开始工作；

4、主控电源电路ssd controller，包含多组主控电源，主控电源电路ssdcontroller包括电压幅值、功耗、上电时序等，采用多级dc/dc电源转换器开关电源，多级dc/dc电源转换器开关电源具备高电平使能的en和集电极开路的pg；

5、ddr缓存电路采用dc/dc电源转换器开关电源给ddr缓存电源供电，ddr缓存电源包含多组ddr电源，采用终端稳压器给匹配电压vtt和参考电源vref供电，具备高电平使能的en和集电极开路的pg；

6、nand闪存电路采用dc/dc电源转换器开关电源给nand主电源供电，采用终端稳压器给参考电压vref供电，采用主控gpio控制mosfet开关实现nand闪存的上电控制，且电路也具备高电平使能的en和集电极开路的pg，用以实现系统时序控制。

7、进一步地，基于主控电源+4片ddr4缓存+ 16片nand闪存的ssd固态硬盘，以主控电源上电时序为例，主控电源电压有7个，包括核电压vdd 0.9v、核电源常开域电压vdd_aon0.9v、模拟电压a-vdd 1.8v、数字io口电压vddo_misc 1.8v、数字io口电源常开域电压vddpio_aon 1.8v、ddr数字io接口电压vddqmio 1.2v、nand数字io接口电压vddofio 1.2v；

8、按照主控制器推荐的上电时序，分为两步：第一步，vdd 0.9v和vdd_aon 0.9v上电；第二步a-vdd 1.8v、vddo_misc 1.8v、vddpio_aon 1.8v 、vddqmio 1.2v、vddofio 1.2v上电；

9、主控电源采用4个电源芯片实现：ssd第一电源，输出0.9v/6a，给vdd和vdd_aon供电；ssd第二电源，输出1.8v/2a，给a-dd、ddo_misc和ddpio_aon供电；ssd第三电源，输出1.2v/4a，给vddqmio供电；ssd第四电源，输出1.2v/4a，给vddofio供电。

10、进一步地，t1时刻为系统上电时刻，主控电源电路的主控第一电源开始工作，系统的启动时间由以下3点来控制：

11、①en引脚的rc延时电路，通过设置r和c的参数，配置上电启动时间，待外部电源稳定后，dc/dc电源转换器再开始工作；

12、②输入电压超过主控电源欠压保护阈值uvlo，dc/dc电源转换器再开始工作；en引脚同时由主控的gpio控制，主控第一电源输出电压按照设置的缓启时间，以buck-boost电路缓启减少电流surge尖峰，在启动过程中主控第一电源的pg引脚pg1持续拉低，当达到输出电压范围时，pg管脚释放，通过外部上拉输出高电平，此时主控第一电源已工作正常，pg1为高。

13、进一步地，系统进入t2时刻，主控第二电源和ddr第一电源的使能en引脚拉高，主控第二电源和ddr第一电源开始工作，两个电源的输出电压按照缓启时间缓慢上升，为了满足ddr的时序要求，以ddr第一电源的输出为参考，当ddr的输出电压达到预定范围时，其pg管脚被释放，被外部上拉到高电平，ddr第一电源已正常输出，pg2为高。

14、进一步地，系统进入t3时刻，pg2高电平将主控第三电源，亦即ddr第二电源、主控第四电源，亦即nand第一电源、和nand第二电源的使能en引脚拉高，这三个电源开始工作并按照预设的缓启速度缓慢上升，最终达到预设电压，释放其pg管脚；在所述ddr第二电源缓慢输出的时候，输出电压幅值超过ddr第一稳压器的欠压保护阈值时，ddr第一稳压器的输出电压vtt和vref跟随ddr的vdd电压，按照0.5*vdd的速度同步输出；此时主控和ddr的各电源已全部上电，进入系统稳定状态。

15、进一步地，用主控的两个gpio控制第一开关控制nand闪存芯片的核电压和io电压，给nand闪存供电，系统进入t4时刻，nand闪存芯片的核电压和io电压按照预设的缓启时间开始缓慢上升，当vcc电压幅值超过nand第一稳压器的欠压保护阈值时，nand第一稳压器输出vref，按照0.5*vcc的速度同步输出，此时nand的各电源全部上电。

16、进一步地，pg脚为集电极开路输出，将电源未使用的pg连接在一起，通过外部电阻上拉，作为整个电源系统的电源质量监测信号pgout，该信号可通过gpio进入主控；在t5时刻，主控电源、ddr电源、nand电源，均按照要求的时序完成上电，整个系统完成电源的上电。

17、本发明申请提供的用于ssd固态硬盘的上电回路，具有以下优点：通过rc延时电路和电源芯片的欠电压保护电路，控制电源的上电启动时间，保证上电过程中不发生不稳定性震荡；通过gpio控制系统启动，满足调试和重启需求；通过gpio控制nand电源上电时间，待主控和ddr完成上电后在启动，使nand芯片的工作更稳定可靠；通过电源的缓启功能，对输出电压的上升速度进行控制，避免启动过程中的大电流尖峰；通过电源芯片的en使能输入引脚和pg输出引脚控制时序，多电源协同工作用以满足模块内部和模块之间的时序要求；选择不同电流等级的电源芯片满足ddr和nand不同数量的功耗需求；使用精密终端稳压器提供快瞬态响应和低噪声基准电源；具有电源质量监测信号pgout，实现电源的故障实时监测；兼容5v和12v的电压值，满足不同ssd固态硬盘的接口电压的要求。该上电回路具有长期稳定和可靠的显著优点。