电信系统的热插拔设计:避免拼凑、支持高效设计

时间：02-15 来源：互联网点击：

浪涌峰值电流控制

更高集成度

利用一个电路限制插入板卡的浪涌电流、提供过流和负载瞬变保护、降低系统失效点，工程师可以严格控制热插拔保护板卡的长期可靠性。市场上可以找到高度集成的热插拔控制IC，有些控制器IC不需要外接检流电阻。许多IC可以简单、高效地实现热插拔保护功能，例如，在单一芯片内支持下列功能：UV和OV保护；过载时利用恒流源实现有源电流限制；电源电压跌落之前断开故障负载；利用外部驱动FET构成“理想二极管”提供反向电流保护；多电压排序；发生负载故障后自动重试。

几家模拟半导体公司已经推出了各种方案，满足不同系统的需求。新一代热插拔IC集成了全面的模拟和数字功能，例如：板卡插入并完全上电后，可连续监测电源电流。连续监测功能可以在板卡正常工作期间继续提供短路和过流保护，还可以帮助识别故障板卡，在系统完全失效或意外关闭之前撤掉故障板卡。

集成ADC的重要性

Maxim、Analog Devices和Linear Technology®均可提供热插拔方案，器件内部提供数字故障和统计数据记录。近期出现的一个新名词是“数字热插拔”IC，代表集成了电压和电流监测ADC的热插拔方案。表1给出了不同供应商所提供的热插拔IC的性能比较，表中未列出MAX5967，该器件的引脚和功能完全兼容于LTC4215。
表1. 数字热插拔控制IC对比

	LTC4215	ADM1175	MAX5961	MAX5970
ADC Resolution (bits)	2	12	10	10
Conversion Rate (Hz)	10	Not Specified	10k	10k
Automatic or Polled?	Auto	Polled	Auto	Auto
History Depth	1 sample	1 sample	50 samples	50 samples
INL	0.2 LSB, 0.5 LSB	Not Specified	0.5 LSB	0.5 LSB
Full-Scale Error (voltage, current)	±5.5 LSB, ±5.0 LSB	±60.0 LSB, ±100.0 LSB	±10 LSB, ±30.0 LSB	±10 LSB, ±30.0 LSB
Interface	I²C/SMBus™	I²C	I²C/SMBus	I²C/SMBus
High-Speed Voltage (min, max)	2.9V, 15V	3.15V, 13.2V	0V, 16V	0V, 16V
GATE Pullup Current (µA)	20	12	5	5
GATE Pulldown Current, Normal (mA)	1	2	500	500
Slow-Trip Circuit-Breaker Threshold (mV)	25	85	12.5, 25, 50 (and 8-bit programmable)	12.5, 25, 50 (and 8-bit programmable)
Fast-Trip Circuit-Breaker Threshold	—	115mV	125%, 150%, 175%, 200% of programmed slow trip	125%, 150%, 175%, 200% of programmed slow trip
Load UV Protection	Analog	—	2 each, 10-bit programmable	2 each, 10-bit programmable
Load OV Protection	—	—	2 each, 10-bit programmable	2 each, 10-bit programmable

热插拔控制IC中嵌入ADC，有助于扩展器件的监测能力并可报告电源状态以及引起故障的一些关键因素。MAX5961还可以存储几个毫秒的电压、电流测试数据，这些数据可以用于后续的故障诊断和分析。

集成ADC还为OEM厂商创造了机会，能够使其产品更具竞争力。利用先进的电路板管理技术提供系统增值功能：
信息采集：设计人员可以根据当前收集的系统关键数据构建下一代系统，优化效率。
连续监控：对于这些需要始终保持运转状态的系统，正常工作期间可能需要连续监测其供电电源的温度，以记录一些对应于功率等级的“关键统计数据”。这些数据有助于在今后对一些故障状况进行预测。
功率预算：通过读取以往或当前故障条件的数据，可以判断是否出现嵌入式板卡的功耗超出了其总功率预算的份额。这种监测对于早期识别不正常的工作条件、减缓甚至消除对系统其余电路的影响很有帮助。
通过I²C连接系统微处理器
板卡微处理器可以通过热插拔控制器的I²C接口采集一些关键的统计数据。通过该接口可以配置热插拔控制器的工作模式，工作在闭锁或连续重试状态；系统管理固件可以据此识别板卡的问题。该接口也是主板向维护人员发出报警信号的渠道，其作用与汽车仪表盘上的引擎故障指示灯类似。
结论
热插拔控制器对于那些始终保持运行状态的系统是不可或缺的保护电路。发生带电插拔事件后，跟踪浪涌电流引起的PCB故障也是非常棘手的设计任务。利用那些拼凑起来的热插拔方案解决故障问题或者只是很好地解决了其中部分问题，对于系统的长期稳定性而言存在一定隐患，也是工程师无法预测的。

目前，高度集成的热插拔方案能够确保系统在带电插拔的操作中不会引起数据传输错误或导致系统已插入板卡的复位。这种方案对于保持系统的长期可靠性很有帮助，能够满足、甚至优于“5个9”的设计目标。

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