當快閃記憶體損壞時，其具有資料無法修復的先天缺陷，如何預防資料毀損已經成了一個必須具備的功能。特別在固態硬碟的使用上，如何預防硬碟故障所造成資料毀損已是一個重要的設計議題。本論文設計實現一個可以使用在固態硬碟(Solid State Drives,SSD)的高效能電源救援系統。本系統藉由高效能的能量儲存管理控制電路及搭配常見的鉭質電容來儲存電源，此方式可以改善早期使用超級電容之體積大與價格昂貴的缺點，並且以一個最簡化的單一充電與放電路徑來保護資料傳輸。在硬碟故障或異常斷電之無預警的狀況下，所提方法可以防止資料毀損或硬碟故障。

The flash memories have congenital defects that the data cannot be repaired when they are damaged. Thus, how to prevent data destruction has become a must-have feature. Especially when using the Solid State Drives (SSD), how to prevent the data destruction caused by a hard disk failure is an important design issue. In this thesis, a high-performance power rescue system used in solid state drives is designed and implemented. A high-performance energy storage management control circuit with some common tantalum capacitors is designed to store power. It can improve the drawbacks of the previously used super capacitors, such as bulky and expensive. Moreover, a most simplified charge and discharge system with a single path in the power bus is designed in the high-performance power rescue system to protect data transmission. In the hard drives failure or an unexpected power shutdown without warning status, the proposed method can prevent data damage or hard drive failure.

中文摘要..........................................Ⅰ
英文摘要..........................................Ⅱ
目錄..............................................III
圖目錄............................................VI
表目錄............................................IIX
第一章 緒論.......................................1
1.1 研究動機......................................1
1.2 應用與發展....................................2
1.3 研究目的與解決方法............................5
1.4 本論文研究之貢獻..............................6
1.5 論文大網......................................8
第二章 固態硬碟...................................9
2.1 固態硬碟(Solid State Drives, SSD).............9
  2.1.1 主控制器(Controller).....................10
  2.1.2 快閃記憶體(Flash Memory).................11
  2.1.3 動態存取記憶體(DDR)......................14
2.2 固態硬碟發展瓶頸.............................15
  2.2.1 成本.....................................16
  2.2.2 壽命.....................................16
  2.2.3 檔案救援.................................17
  2.2.4 掉速.....................................17
2.3 傳統硬碟與固態硬碟...........................19
  2.3.1 傳統硬碟.................................19
  2.3.2 固態硬碟.................................20
  2.3.3 傳統硬碟與固態硬碟比較...................21
2.4 快閃記憶體(Flash Memory).....................22
  2.4.1 單層式儲存(SLC：Single Layer Cell).......23
  2.4.2 雙層式儲存(MLC：Multi Layer Cell)........24
  2.4.3 三層式儲存(TLC：Triple Layer Cell).......26
2.5 最新製程15奈米快閃記憶體.....................27
第三章 電源儲存保護..............................31
3.1 電源儲存控制單元.............................31
  3.1.1 應用架構.................................32
  3.1.2 應用線路.................................33
  3.1.3 實驗板...................................33
3.2 設定儲存電壓DC12V............................36
3.3 設定放電電壓DC4.2V...........................38
3.4 電容儲存電荷	.................................40
3.4.1 鉭質電容...................................40
3.4.2 電容器特點比較.............................41
3.4.3 儲存能量...................................42
第四章 實現電路及實驗結果........................43
4.1 電源故障.....................................43
4.2 電源保護架構	.................................45
4.3 實驗結果.....................................46
  4.3.1 電源開啟.................................47
  4.3.2 電源關閉.................................49
第五章 結論與未來展望............................59
5.1 結論.........................................59
5.2 未來展望.....................................59
參考文獻.........................................61
 

圖目錄
圖1.1、電壓偵測元件...............................2
圖1.2、斷電防設示意圖.............................3
圖1.3、固態硬碟斷電警訊示意圖.....................3
圖1.4、進階版斷電防護示意圖.......................4
圖1.5、超級電容設計的固態硬碟.....................6
圖1.6、高效能電源儲存控制的固態硬碟...............7
圖2.1、固態硬碟基礎架構..........................10
圖2.2、八通道存取架構............................11
圖2.3、單層式儲存架構............................12
圖2.4、雙層式儲存架構............................12
圖2.5、三層式儲存架構............................13
圖2.6、SATA Express主控端的連接器示意圖..........18
圖2.7、傳統硬碟結構圖............................19
圖2.8、固態硬碟結構圖............................21
圖2.9、快閃記憶體結構............................23
圖2.10、東芝Toshiba 15奈米快閃記憶體方塊圖.......28
圖3.1、電源儲存架構..............................32
圖3.2、應用線路架構..............................33
圖3.3、實驗板....................................34
圖3.4、充電曲線..................................35
圖3.5、放電曲線..................................36
圖3.6、儲存電壓回授電路..........................37
圖3.7、放電電壓回授電路..........................39
圖3.8、導電性高分子鉭質電容......................40
圖3.9、標準品鉭質電容............................41
圖4.1、固態硬碟電源分配..........................44
圖4.2、充放電指示圖..............................45
圖4.3、電源控制線路..............................47
圖4.4、無電容儲存電荷的電源曲線..................48
圖4.5、電容2200uF儲存電荷的電源曲線..............49
圖4.6、無電容斷電有負載曲線......................50
圖4.7、無電容斷電無負載曲線......................51
圖4.8、電容量150uF放電曲線.......................53
圖4.9、電容量300uF放電曲線.......................53
圖4.10、電容量450uF放電曲線......................54
圖4.11、電容量600uF放電曲線......................54
圖4.12、電容量750uF放電曲線......................55
圖4.13、電容量900uF放電曲線......................55
圖4.14、電容量1050uF放電曲線.....................56
圖4.15、電容量1200uF放電曲線.....................56
圖4.16、電容量1350uF放電曲線.....................57
圖4.17、電容量1500uF放電曲線.....................57
圖4.18、電容量2200uF放電曲線.....................58

 
表目錄
表2.1、固態硬碟容量搭配的記憶體大小..............15
表2.2、固態硬碟與傳統硬碟比較....................22
表2.3、SLC與MLC比較..............................25
表2.4、SLC與MLC與TLC比較.........................27
表3.1、儲存電壓電阻匹配值........................38
表3.2、放電電壓電阻匹配值........................39
表3.3、各式電容比較..............................41
表4.1、不同電容量測試時間........................52
 

[1]Monolithic Power System Company. 7V,4A,High-Efficiency energy storage and management unit, Datasheet 
[2]陳韻竹  ”使用超級電容來避免固態硬碟失效”，私立大同大學電機工程學系(所)，2009研究所碩士論文
[3]Micron Technology,Inc. MLC NAND FLASH MT29F256G08CECABH6-10:A, Datasheet.
[4]Wikipedia Website. Solid-state drive, http://en.wikipedia.org/wiki/Solid-state_drive
[5]Chun-Wei Li “Client/Server Management Scheme for PCIe-based SSD's “，國立台灣科技大學資訊工程系，2013研究所碩士論文
[6]PCI SIG, PCI Express Standard Specifications, http://www.pcisig.com/
[7]Toshiba semicon-storage. Toshiba 15nm MLC NAND FLASH Tx58TEGxDDLTA_TSOP, Datasheet.
[8]Toshiba semicon-storage. Toshiba 15nm MLC NAND FLASH Tx58TFXXDDLBA_132BGA, Datasheet
[9]洪啟強,”電子學,”，全華出版社
[10] 卓煜盛  ”應用於超大型積體電路之氧化鉭電容器其電性與可靠性的研究”，國立清華大學電子工程研究所，1999研究所碩士論文