浅谈热插拔单板的结构、连接过程及实现电气设计

在一般的运用电子控制系统中，若发生线路板硬件配置无效或APP常见故障，通常全是先关闭程序开关电源再维修或拆换常见故障机器设备，那样通常必须较长的关机時间。在一些稳定性规定十分高的高靠谱系统软件中，不允许关机维修和关机拆换常见故障板或只容许很短的关机時间。比如在高靠谱通信、国防运用电子控制系统中，一旦发生双板常见故障，规定在全部系统软件不关机的情形下容许通电拔出来常见故障板及插进备份数据板，这类系统软件通常称为适用热插拔系统软件或高靠谱系统软件。热插拔系统软件第一步必须有一个适用热插拔的系统软件服务平台，还必须有适用热插拔的双板。热插拔系统软件全是选用微波感应器侧板系统总线服务平台，在许多的微波感应器侧板系统总线系统软件中，CompactPCI总线具备完善的适用热插拔的标准，CompactPCI总线热插拔系统应用最普遍。文中关键详细介绍CompactPCI热插拔双板的配电设计技术性关键点。

1、 热插拔技术性概述

热插拔即容许通电拔插工作中双板，其最主要的效果是规定通电拔插双板而不危害操作系统运作，便于检修常见故障板或重新部署系统软件；热插拔技术性可以给予有准备地浏览热插拔机器设备，容许不关机或非常少必须实际操作员工参加的情形下，完成常见故障修复和系统软件重新部署；热插拔技术性可以给予高靠谱运用，当双板发生故障时，系统软件在无间断运作的情形下全自动防护常见故障板。热插拔系统软件的等级由低到高分成三种：基本上热插拔系统软件，它具备基本上热插拔规定的特性；彻底热插拔系统软件，它可以对热插拔双板开展动态性配备；高靠谱系统软件，它运用高靠谱服务平台完成对硬件配置的更高級其他操纵。

插下有三个全过程：物理学联接全过程，包含热插进（在体系运作中插进双板）和热拔出来（在体系运作中拔出来双板）；硬件配置联接方式中，即系统软件在硬件配置层上的联接与断掉；APP联接全过程，即系统软件在APP层上的联接与断掉。这种全过程可以用一组情况进一步叙述，这种情况虽归属于系统软件的不一样联接层但彼此之间关系，如下图1所显示。比如，当物理学联接层未找到时，硬件配置联接层就无法造成保护接地；当双板从运作中的系统软件拔出来时，APP联接和硬件配置联接全自动断掉。在图1中：

P0：双板未安裝到系统软件，处在系统软件防护情况。

P1/H0：双板早已插进槽位，全部的针都联接上，但沒有通电，CompactPCI总线沒有激话。在这里一点，mac层处在P1情况，硬件配置层处在H0情况。

H1：双板通电复位后联接到CompactPCI总线。

H1F：双板被指令通电、复位，可是不成功，或是双板检验到常见故障从CompactPCI总线断掉。这方面双板不适宜插进从CompactPCI总线。

H2/S0：双板通电，但CompactPCI总线只有浏览配备室内空间。这时，配备存储器都还没配备好。在这里一点，硬件配置层处在H2情况，APP层处在S0情况。

S1：系统软件早已配备好双板。

S2：必不可少的APP（控制器，等）载入进行，双板可被电脑操作系统和系统软件应用。但全部的实际操作也没有逐渐。

S2Q：此情况同S2，但不允许开展新的实际操作，双板处在静止不动情况。

S3：双板添加系统软件，早已一切正常工作中。

S3Q：APP进行当今实际操作，但不允许运行新的实际操作，这时双板处在静止不动情况。

2、 CompactPCI热插拔双板的典型性构造

CompactPCI双板务必包含一个CompactPCI总线插口元器件，CompactPCI总线与PCI总线的插口逻辑性和时钟频率彻底相。PCI总线插口元器件常见的有AMCC企业的S5920、S5933，PLX企业的PCI9052等，或是应用FPGA內部的PCI逻辑性核（core）。自然，还可以是插口元器件和运用逻辑性元器件合二为一。CompactPCI热插拔双板的典型性构造如下图2所显示。J1、J2是规范的2mm HM型连接器，这也是CompactPCI热插拔标准要求的，CompactPCI双板便是根据这两个连接器联接到CompactPCI系统软件服务平台的。在其中，联接CompactPCI总线的J1连接器的针是长度等级分类的（staged pin），即分成短针、短针、中长针。短针是一些开关电源针，最少的针是BD_SEL#和IDSEL，其他系统总线数据信号是中长针，而J2全是中长针。

3、 CompactPCI热插拔双板的物理性联接全过程

CompactPCI热插拔双板的物理性联接全过程全是同样的，如下图3所显示。物理学联接全过程是以双板插进滑轨逐渐，到最少的针BD_SEL#联接上才行；拔出来全过程则反过来。

物理学联接全过程是一个机械设备联接全过程。在套筒连接的环节中，插进双板，最先开展静电放电，随后开展预充电，等预充电进行后系统总线数据信号针才可以联接，最终是BD_SEL#联接上；拔出来全过程则反过来。

静电放电条是为了更好地维护热插拔双板在通电拔插全过程中免受静电感应毁坏。预充电全过程是因为减少热插拔双板在拔插双板全过程中对系统总线数据的冲击性（电容器效用）。

4、 热插拔双板的配电设计技术性关键点

CompactPCI热插拔双板的配电设计务必达到热插拔标准《CompactPCI Host Swap Specificaiton》的规定。要确保在拔插双板时，不可以对CompactPCI总线造成很大的冲击性，不可以危害CompactPCI总线上传输数据的恰当，务必从如下所示几层面开展考虑到。

4.1 静电放电

热插拔双板，在通电拔插全过程中，为了更好地维护双板免受静电感应毁坏，务必开展静电放电。因而务必在双板上设计方案充放电条，在CompactPCI主机箱的内存插槽上面有充放电滑轨。那样，在插进前，先开展静电放电；在拔出来前，也先开展静电放电。

在热插拔双板的PCB的最表层的下方设计方案三个充放电条：strip1、strip2、strip3。比如，针对标的CompactPCI后控制面板软件（相对高度233.5mm，长短80mm），应设计方案的三个充放电条的长短各自为20mm、27.5mm、20mm，相对高度为1.5mm。在其中，strip3与外壳立即相接，strip1与strip3中间跨接线10MΩ电阻器，strip2与数据地根据10MΩ电阻器联接，如下图4所显示。插进时，Strip1最先与充放电滑轨触碰，次之是strip2，最终是strip3；拔出来的时候反过来。

4.2 预充电

热插拔标准《CompactPCI Hot Swap Specification 2.1》要求，热插拔双板在拔插双板全过程中，为了更好地减少对系统总线的冲击性（电容器效用），务必对滑雪板的系统总线数据信号开展预充电，使CompactPCI连接器的针插点的预充电工作电压做到1.0V（±0.2V）。插进双板时，在CompactPCI总线电源线联接上以前，使双板上的CompactPCI总线数据信号预充电至1.0V上下，那样在系统总线电源线联接上的一瞬间，冲击性不大；拔出来双板时，在CompactPCI总线电源线断掉以前，使双板上的CompactPCI总线数据信号预充电至1.0V上下，那样，在系统总线电源线断掉的一瞬间，冲击性不大。

双板上要开展预充电的CompactPCI总线数据信号，即连接器J1、J2与CompactPCI插口元器件联接的数据信号，包含：AD0～AD31、C/BE0#～C/BE3#、PAR、FRAME#、IRDY#、TRDY#、STOP#、LOCK#、IDSEL、DEVSEL#、PERR#、SERR#、RST#，AD32～AD63、C/BE4#～C/BE7#、REQ64E、ACK64K、PAR64，必须预充电至1.0V上下。

双板的预充电是以短针5V开关电源取电，再通过工作电压变换获得预充电工作电压Vps。

必须预充电的数据信号，通过比较大的电阻器Rp上拉至Vps 预充电工作电压（见图5）。挑选Rp电阻值的基本原则是，Rp的最高值应当确保Vps在5ms内，使必须预充电的数据信号在连接器软件处做到理想化电池充电工作电压1.0V的80%；Rp的极小值应当确保PCI机器设备的引脚在多少电平常的漏时流不至于过大，上拉电阻Rp一般不可以低于10kΩ。

INTA#、INTB#、INTC#、INTD#/REQ#/PCI_RST#等数据信号根据10kΩ电阻器上拉至PCI插口机器设备的使用电源电压（5V或3.3V）。BD_SEL#通过10kΩ电阻器往下拉。

4.3 串连配对

为了更好地减少双板上的CompactPCI总线的电源线支系（stub）对系统总线的危害，务必对系统总线数据信号开展串联电阻配对。PCB的走线特点特性阻抗应设计方案为65Ω±10%，匹配电阻电阻值为10Ω。必须加串连匹配电阻的数据信号包含：AD0～AD31、C/BE0#～C/BE3#、PAR、FRAME#、IRDY#、TRDY#、STOP#、LOCK#、IDSEL、DEVSEL#、PERR#、SERR#、RST#、AD32～AD63、C/DE4#～C/BE7#、REQ64#、ACK64#、PAR64及其INTA#、INTB#、INTC#、INTD#。

4.4 电源线长短限制

依据CompactPCI标准的规定，双板的预充电、串联电阻的Stub的长短务必按图5所显示开展限定（PCB的走线特点特性阻抗应设计方案为65Ω±10%）。Stub的长短越少，对CompactPCI总线的冲击性越小。在双板上，对预充电的数据信号，从连接器J1或J2到CompactPCI插口元器件引脚，总的电源线长短应低于38.1mm，在其中，从连接器针插到串联电阻的PCB连线长短应低于15.2mm。

预充电电阻器的Stub长短最好零，最多不可以超出2.5mm。

4.5 耦合电容尺寸的明确

热插拔双板的事先开关电源（early power，不可控开关电源），在拔插双板时一直存有。在热插拔双板上，立即联接在电池管理的未电池充电电容器，在双板插进全过程中，会造成较在的浪涌保护器电流量，若电流量过大，会造成连接器的烧蚀。为了更好地过滤，通常在开关电源的连接器处都接有一耦合电容。因而，为了更好地降低拔插全过程的浪涌电压，务必限定耦合电容总产量。依据热插拔标准的要求，对事先电源层电容器总产量的限定规定如下所示：

5V、3.3V、V（I/O）的电源层，电容器总产量不可以超出8.8μF。

12V、-12V的电源层，电容器系统总线不可以超出1.5μF。

CompactPCI热插拔双板的配电设计务必达到热插拔标准《CompactPCI Host Swap SpecificaTIon》的规定。要确保在拔插双板时，不可以对CompactPCI总线造成很大的冲击性，不可以危害CompactPCI总线上传输数据的恰当，在开展热插拔双板的电气设备设记时，务必充分考虑静电放电、预充电、数据信号串连配对、电源线长短限制及其耦合电容尺寸的限定等多个层面。小编曾组织开发过16槽位CompactPCI高靠谱服务平台，在热插拔双板的配电设计时，遵循文中探讨的好多个设计原理，所制定的双板和系统软件均达到热插拔的各类技术标准。

责编：gt

该文章内容提高散播新技术应用新闻资讯，很有可能有转截/引入之状况，若有侵权行为请联络删掉。