2024年3月31日发(作者：诺基亚直板手机)

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新型笔记本电脑硬盘主动式保护电路工作原

理

作者：廖吾清

来源：《硅谷》2010年第06期

摘要: 为保护硬盘数据,新型笔记本电脑增加硬盘主动式保护系统APS电路。叙述该电路工

作原理,介绍常用加速度计芯片,并剖析联想T400系列笔记本APS电路,分析具有一般借鉴意

义。

关键词: 主动式保护系统;加速度传感器;APS监控软件;微处理器

中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1671-7597(2-01

为防止猛烈碰撞、意外跌落损坏数据,电脑厂商采取了很多硬盘保护方法,常有被动式和主

动式两种。被动式方法常在硬盘外包裹海绵、橡胶,或在笔记本底部安装减震垫,缓冲跌落撞击

力;保护作用有限,对剧烈震动、1米以上跌落无能为力。主动式方法是利用加速度传感器判断

硬盘是否剧烈震动、跌落,及时调整硬盘读写磁头到安全区,达到保护目的。下面对硬盘主动式

保护系统APS电路进行分析。

1 APS基本工作原理

笔记本电路中安装一个双轴或三轴加速度传感器芯片,又称加速度计,对笔记本倾斜角度、

震动、撞击进行检测,再用专用监控软件判断;若判断运动有害,会在不到半秒时间、发生撞击前,

控制磁头快速回到安全区,保护硬盘数据;还可识别如车厢震动等规律性运动,以防影响正常使

用。

经分析和计算,笔记本从桌上意外坠落,经历静止、翻转、自由落体和撞击四个连续过程,静

止和自由落体期间,加速度计X、Y、或Z轴电压输出对时间导数平方和都很小,在翻转期间平

方和却很大;利用这一特点可以判断翻转发生时刻,这种利用导数平方和判断坠落的方法称为微

分加速度算法。优点很明显,通过对翻转发生的检测,提前判断跌落的发生,使笔记本有更多时间

采取保护措施。目前,监控软件主要采用这种算法,其流程图见图一,简单说明:双轴或三轴加速度

计X、Y、Z轴输出模拟电压,经A/D转换,变成数字信号;经电路求导数平方和

(dGx/dt)2+(dGy/dt)2=Gsum或(dGx/dt)2+(dGy/dt)2+(dGz/dt)2=Gsum,与阀值GTH比较;如果Gsum

高于GTH,判定笔记本意外翻转,保护电路动作,使磁头迅速退回到安全区,防止硬盘受损。采用

微分加速度保护算法的APS电路,可用三轴加速度计,也可用二轴加速度计。

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2 常用加速度传感器芯片介绍

2.1 双轴ADXL322芯片

ADXL322是低功耗、双轴加速度测量芯片,加速度测量范围±2g;LFCSP塑料封装,16个引

脚,图二是功能方框图;芯片由一个传感器、交流放大器、解调器和两个输出放大器组成。

工作过程:传感器内固定板由相差180°方波驱动,受到加速力作用时,固定板间活动横梁偏移,

交流放大器输出幅度与加速度成正比两个方波电压,通过解调器整流和输出放大器放大,经

32KΩ电阻分别输出X、Y轴模拟电压。

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主要引脚功能:⑵ST脚:自检脚;接电源时处于自检状态,静电力加到传感器内活动横梁,活动

横梁偏移,⑿和⑽脚有自检输出,以判断加速度计功能是否正常;芯片正常工作时,应开路或接地。

⑽Yout脚:输出Y轴方向模拟电压。⑿Xout脚:输出X轴方向模拟电压。⑽、⑿脚分别外接电

容,构成低通滤波器,抑制噪声干扰。⒂Vs脚:接2V-6V电压。

2.2 三轴LIS302ALB芯片

LIS302ALB是低功耗3轴线性加速度计芯片,测量范围±2g,有3轴输出和多路选择输

出;TLGA塑料封装,14个引脚;工作原理与双轴加速度计基本相同。主要引脚功能:⑺Voutx、

⑻Vouty、⑼Voutz脚:输出X、Y、Z轴模拟电压。⑾Vout脚:多路选择输出。⑶S0、⑷S1脚:多

路选择控制输入。⑹PD脚:正常工作接地;低功耗关闭电源接高电平。⑸ST脚:自检脚,与双轴加

速度计相同。⑾Vdd脚:接3V-3.6V。

3 联想T400机型APS电路分析

图三是联想T400机型APS电路。U65是双轴加速度计;某些笔记本安装的是虚线部分三轴

加速度计U9;U23是16位微处理器H8S2116,负责加速度计输出处理、键盘及其它外设控制,通

过低脚位数LPC总线与南桥芯片相连。

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APS电路工作过程依次为:① 笔记本启用APS监控软件,该软件的部分功能及参数通过南桥

芯片,经LPC总线传入U23,U23就具有监控双轴或三轴加速度计功能。② U23(48)输出-

GSENSE_ON低电平,使Q105导通,输出3V电压,经1Ω电阻R885限流,供给U65或U9。③

U23(47)GSENSE_TST高电平,Q105集电极3V经R62送到U65⑵或U9⑸自检脚,使之处于自检

状态,U65⑿、⑽或U9⑺、⑻、⑼脚输出自检模拟电压,分别送到U23,判断是否正常自检;若不

正常,则经LPC总线,通过南桥芯片送到CPU,由APS监控软件报警;若自检正常,U23(47)脚输出

低电平,D97正极低电平,U65⑵或U9⑸脚低电平,加速度计就处于正常监控工作状态。④ 如果笔

记本不小心坠落,U23检测这种异常情况,通过南桥芯片,送到CPU,在APS监控软件控制下,保证

笔记本碰撞前,迅速将磁头收回到安全区,达到保护数据目的。

目前,IBM、联想、东芝等主流笔记本安装了硬盘主动式保护系统,虽然加速度计芯片安装

位置不同,有的在主板上,有的在硬盘排线上,但电路结构、工作原理基本相同。

参考文献:

[1],Analog Devices公司,June 2005.

[2],STMicroelectronics公司,October 2006.

[3]联想T400笔记本电脑电路图LENOVO ,联想集团,September 2007.

作者简介:

廖吾清(1965-),计算机主任,高级讲师,从事计算机硬件和软件方面的教学和研究工作。