CN107085559A - 一种热插拔逻辑电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热插拔逻辑电路。所述电路包括：DSP芯片电源监控单元，RS触发器电路，控制板电源监控单元，电源状态信号处理单元，控制板信号输出单元，热插拔通讯信号逻辑单元。电路通过控制逻辑电路，使得设备在进行热插拔的过程中，其控制单元受状态信号限制，只有电路状态完全正常时，系统运行并完成并机等操作，解决了上电时序紊乱导致的系统控制部分误操作。
Description
技术领域
本发明涉及热插拔技术领域，尤其涉及一种基于热插拔功能的逻辑电路。
背景技术
热插拔技术是指系统在上电工作的情况下，插入或拔出子模块，使其脱离工作状态或并入系统工作而不影响整个系统的正常运行。对于带电插拔单板上的接口，主机发送的信号需要存在于总线，当从机接入时，能够及时的传到子模块的接收端，目前，热插拔电路均能及时的传输通讯信号，并且能较好的抑制插拔时带来的高频振荡脉冲，避免较为敏感的系统出现问题，但是，对于刚插入的模块，其内部电源是按照一定的顺序产生的，如果不考虑系统上电时序，总线信号会发生幅值紊乱的情况，从而产生大量的不稳定信号，导致系统崩溃，同时，DSP复位需要200MS，其在进行初始化的时候， I/O口信号未被定义，处于不可控状态，一方面，DSP可能会将错误的信号发送到总线，系统从总线读取到错误的信号，会做出相应的误操作，影响系统稳定；另一方面，热插拔设备自身在上电瞬间产生较多错误的控制信号，轻微造成开不了机，严重可能会导致炸机；目前常用的方法是通过软件处理（加入延时以及识别误发信号的程序，进行适当的过滤），但是此方法并不能完全避免误操作的发生，程序比较繁琐会占用较多的运行资源，并且由于需要考虑的情况较多，很容易忽略某些特殊状况，存在风险。
可见，现有技术中仍然存在一定的问题，需要进一步改进。
发明内容
本发明提供一种热插拔逻辑电路，能够克服现有的上电逻辑时序问题，保证了系统总线信号的真实稳定性，同时，设计的电路还解决了热插拔电路因电源紊乱导致系统崩溃的难题。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种热插拔逻辑电路，连接核心控制芯片和总线，配合热插拔端子及外部连接电路工作，实现模块化UPS系统各个模块的热插拔正常工作，其特征在于包括DSP芯片电源监控电路，电源电压检测电路，电源状态信号处理电路，控制单元信号输出电路，热插拔通讯信号逻辑电路。
优选的，所述DSP芯片电源监控电路是由电源监控芯片U1构成，1脚和8脚接3.3V电源， DSP输入电压+3.3V串联两个分压电阻R1和R2到LGND，R2电压上端接芯片2脚,3脚接DSP内核电压输入电压+1.9V，4脚接LGND，5脚接到DSP芯片的80引脚（XRSN），6脚接到U6的22脚（OE端），7脚悬空。
优选的，所述电源电压检测电路包括电阻R3，由+12V和电阻R4～R5构成的基准电压电路，由电阻R7、对接二极管D1和运算放大器U2构成的信号比较电路，所述信号比较电路输入端为辅助电源电压采样信号，以获得控制板上各个芯片的电源电压；通过比较电路，得到电源故障信号，检测电路工作状态。
优选的，所述电源状态信号处理电路包括电阻R8～14和电容C1,输入端接控制板各个部分电源检测电路故障信号，当控制板各路电源准备就绪时，该信号输出为高电平，同看门狗信号共同作用使能输出信号；当某一电源存在问题，该信号输出为低电平，输出电源状态信号POW_GOOD被强制拉低，输出电路输出被锁定而输出无效信号。
优选的， DSP输出的看门狗信号，与RS触发器U10的1脚相连，其15脚和2脚分别通过电阻R22和R23连接至3.3V，其3脚CLR接电阻R24至3.3V，二极管D7阳极与D8阴极连接并与U10的3脚相连，D7的阴极与3.3V连接；与门U13的1脚输入接所述电源状态信号处理电路的输出电源状态信号POW_GOOD,2脚接DSP的看门狗状态输出信号DSP_WD_OUT，U10的14脚接LGND，与门U3的4和5脚输入短接至一点并与U13的3脚输出连接，与门U4的1脚接DSP定义的输出信号DSP_OUT0，与门U4的2脚接U3的6脚，U13的3脚与发光二极管D1的阳极连接，发光二极管D1的阴极连接R15至LGND，当电路的各个状态信号正常输出时，该电路输出正常时序，且D1管被点亮；当DSP的看门狗程序初始化完成之后，输出低电平，RS触发器U10翻转得到DSP_WD为高电平，使能与门U13。
优选的，该热插拔通讯信号逻辑电路原理图包括U9主控制芯片DSP引脚1输出看门狗信号DSP_WD，U9主控制芯片DSP引脚25输出输出发送信号DSP_TX连接至与门U5的1脚，电源检测电路与看门狗电路输出信号DSP_OUT连接至与门U5的2脚，与门U5的3脚与双电平转换芯片U6的21脚连接，所述DSP芯片电源监控电路的输出状态信号DSP_RST与U6的使能端22脚连接、U6的电源端23、24电容与C2～3连接至一点并与+3.3V连接， C2～3的另一端连接LGND，U6的1脚接+5V，并与R16和C3组成的滤波电路公共端连接，U6的输出端3脚串接R18至二极管D3的阳极，D3的阴极与D4的阳极连接，并与电感L1、L2串接至总线，D4的阴极与电阻R19串接，R19的另一端与R20和C4组成的滤波电路连接，其公共端串接两个带有施密特触发器功能的与非门U7和U8组成的电平转换电路，输出端与DSP的接收引脚连接。
优选的，所述电源监控芯片U1选用TPS3307型号。
优选的，所述双电平转换芯片U6选用74LVC4245型号。
本发明相比现有技术具有以下优点：设备进行热插时，在满足正常上电时序时保证了设备在各电源正常且DSP最小系统完成初始化之后才会进行上电操作，对于保护核心芯片进行正常控制逻辑具有重要贡献，解决了由于芯片初始化带来的I/O口输入输出不稳定的问题，逻辑电路完全由硬件电路完成，避免了存在软件BUG的风险，抗干扰能力较强，使得系统更加可靠，且硬件电路简单，通讯速度较快，成本较低，应用范围广，容易实现。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明的热插拔逻辑电路结构示意图；
图2是本发明的DSP芯片电源监控电路原理图；
图3是本发明的电源电压检测电路原理图；
图4是本发明的电源状态信号处理电路原理图；
图5是本发明的控制单元信号输出电路原理图；
图6是本发明的热插拔通讯信号逻辑电路原理图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
图1所示为热插拔逻辑电路结构示意图，当设备进行热插过程时，一方面，DSP电源监控系统监测DSP最小系统上电情况，此时DSP最小系统进行初始化，此时DSP最小系统不会发送错误信号进入总线，同时，由于电路中有二极管单元，DSP只能接受来自总线的信号，400ms后，DSP最小系统完成初始化，监控芯片输出使能信号使能电平转换电路，模块化的UPS通过热插拔逻辑电路实现和从机之间的通讯，完成并机工作；另一方面，对于热插拔设备自身，当上通电瞬间，由于DSP芯片内部存在上拉和下拉两种接口，其内部DSP芯片的I/O口输出特性不确定，此时，通过控制板电源检测单元输出控制信号，当各控制板各电源未准备完善时，该电路锁定各信号输出电路，使得DSP输出的各个信号无效，当DSP完成初始化，各部分电路电源均达到要求时，该电路使能信号输出电路，电路正常开机。当有新的从机模块插入或者某个模块出现问题退出系统，剩余的模块可以通过总线进行交流。通过热插拔逻辑电路，任何时候插入或者拔出模块，均能保证系统稳定的工作，不会对总线信号和整个系统造成影响。
如图2所示，所述DSP芯片电源监控电路是由U1电源监控芯片TPS3307芯片构成，1脚和8脚接3.3V电源， DSP输入电压+3.3V串联两个分压电阻R1和R2到LGND，R2电压上端接芯片2脚,3脚接DSP内核电压输入电压+1.9V，4脚接LGND，5脚接到DSP芯片的80引脚（XRSN），6脚接到U6(选用芯片74LVC4245)的22脚（OE端），7脚悬空。
如图3所示，所述电源电压检测电路包括电阻R3，由+12V和电阻R4～R5构成的基准电压电路，由电阻R7、对接二极管D1和运算放大器U2构成的信号比较电路，所述信号比较电路输入端为辅助电源电压采样信号，以获得控制板上各个芯片的电源电压；通过比较电路，得到电源故障信号，检测电路工作状态。
如图4所示，所述电源状态信号处理电路包括电阻R8～14和电容C1,输入端接控制板各个部分电源检测电路故障信号，当控制板各路电源准备就绪时，该信号输出为高电平，同看门狗信号共同作用使能输出信号；当某一电源存在问题，该信号输出为低电平，输出电源状态信号POW_GOOD被强制拉低，输出电路输出被锁定而输出无效信号。
如图5所示， DSP输出的看门狗信号，与RS触发器U10的1脚相连，其15脚和2脚分别通过电阻R22和R23连接至3.3V，其3脚CLR接电阻R24至3.3V，二极管D7阳极与D8阴极连接并与U10的3脚相连，D7的阴极与3.3V连接；与门U13的1脚输入接所述电源状态信号处理电路的输出电源状态信号POW_GOOD,2脚接DSP的看门狗状态输出信号DSP_WD_OUT，U10的14脚接LGND，与门U3的4和5脚输入短接至一点并与U13的3脚输出连接，与门U4的1脚接DSP定义的输出信号DSP_OUT0，与门U4的2脚接U3的6脚，U13的3脚与发光二极管D1的阳极连接，发光二极管D1的阴极连接R15至LGND，当电路的各个状态信号正常输出时，该电路输出正常时序，且D1管被点亮；当DSP的看门狗程序初始化完成之后，输出低电平，RS触发器U10翻转得到DSP_WD为高电平，使能与门U13。
如图6所示，该热插拔通讯信号逻辑电路原理图包括U9主控制芯片DSP引脚1输出看门狗信号DSP_WD，U9主控制芯片DSP引脚25输出输出发送信号DSP_TX连接至与门U5的1脚，电源检测电路与看门狗电路输出信号DSP_OUT连接至与门U5的2脚，与门U5的3脚与双电平转换芯片U6(选用芯片74LVC4245)的21脚连接，所述DSP芯片电源监控电路的输出状态信号DSP_RST与U6的使能端22脚连接、U6的电源端23、24电容与C2～3连接至一点并与+3.3V连接， C2～3的另一端连接LGND，U6的1脚接+5V，并与R16和C3组成的滤波电路公共端连接，U6的输出端3脚串接R18至二极管D3的阳极，D3的阴极与D4的阳极连接，并与电感L1、L2串接至总线，D4的阴极与电阻R19串接，R19的另一端与R20和C4组成的滤波电路连接，其公共端串接两个带有施密特触发器功能的与非门U7和U8组成的电平转换电路，输出端与DSP的接收引脚连接。当模块热插时，从机上电瞬间进行初始化，在200ms以内均输出无效信号，此时，RST信号控制U6使能端，禁止DSP向总线发出信息，由于DSP还未工作，此时接受到来自在总线的信息，不会有任何动作，对系统无影响。当电路准备完毕，DSP初始化完成，RST使能U6参与总线通信工作，有效避免了热插拔带来的干扰。
本实施例设计原理，电源监控芯片TPS3307组成了DSP电源检测电路（+3V和+1.9V），将其输出引脚RST~与由电平转换芯片74LVC4245的使能端连接，当DSP的电源和内核电源输出正常时，RST输出高电平，使能74LVC4245电平转换电路；当子模块通过热插加入系统进行并机行为时，DSP芯片已经初始化完成，各个引脚已经定义完毕，此电路保证了子模块输入到总线的信号是真实有效的；当子模块通过热拔退出系统时，总线信号由于滤波电路不会受到干扰，系统正常工作。
看门狗电路的输出信号在初次上电时一般为800ms左右，断电后快速上电一般也在500ms左右，可以覆盖DSP初始化所需的200ms时间，当看门狗电路输出使能信号时，DSP已经完全使能完毕，可以正常工作。
由比较器组成的电源监测电路为系统提供了POW_GOOD信号，通过与门电路配合将该信号与DSP所有的输出引脚进行“与”操作，然后输出到UPS的各个工作单元。当一个新的子模块热插加入系统时，电路检测各个部分电源是否正常，当某路电源不正常时，该电路输出信号POW_GOOD为低，通过与门强制锁死各个输出信号，使得系统不工作；当控制板电源准备就绪，POW_GOOD变为高电平，各个输出信号被使能，系统完成相应的并机行为；电路保证了子模块内部CPU各个I/O口初始化完成后的状态，使系统一直工作在电源稳定的状态下。
在进行设备热插拔时，电源监测电路和看门狗电路共同保障了设备的不受干扰性，使得系统能够在较为稳定的状况下运行，并且保障了系统不受热插设备的影响。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种热插拔逻辑电路，连接核心控制芯片和总线，配合热插拔端子及外部连接电路工作，实现模块化UPS系统各个模块的热插拔正常工作，其特征在于包括DSP芯片电源监控电路，电源电压检测电路，电源状态信号处理电路，控制单元信号输出电路，热插拔通讯信号逻辑电路。
2.根据权利要求1所述的一种热插拔逻辑电路，其特征在于：所述DSP芯片电源监控电路是由电源监控芯片U1构成，1脚和8脚接3.3V电源， DSP输入电压+3.3V串联两个分压电阻R1和R2到LGND，R2电压上端接芯片2脚,3脚接DSP内核电压输入电压+1.9V，4脚接LGND，5脚接到DSP芯片的80引脚（XRSN），6脚接到U6的22脚（OE端），7脚悬空。
3.根据权利要求1所述的一种热插拔逻辑电路，其特征在于：所述电源电压检测电路包括电阻R3，由+12V和电阻R4～R5构成的基准电压电路，由电阻R7、对接二极管D1和运算放大器U2构成的信号比较电路，所述信号比较电路输入端为辅助电源电压采样信号，以获得控制板上各个芯片的电源电压；通过比较电路，得到电源故障信号，检测电路工作状态。
4.根据权利要求1所述的一种热插拔逻辑电路，其特征在于：所述电源状态信号处理电路包括电阻R8～14和电容C1,输入端接控制板各个部分电源检测电路故障信号，当控制板各路电源准备就绪时，该信号输出为高电平，同看门狗信号共同作用使能输出信号；当某一电源存在问题，该信号输出为低电平，输出电源状态信号POW_GOOD被强制拉低，输出电路输出被锁定而输出无效信号。
5.根据权利要求1所述的一种热插拔逻辑电路，其特征在于： DSP输出的看门狗信号，与RS触发器U10的1脚相连，其15脚和2脚分别通过电阻R22和R23连接至3.3V，其3脚CLR接电阻R24至3.3V，二极管D7阳极与D8阴极连接并与U10的3脚相连，D7的阴极与3.3V连接；与门U13的1脚输入接所述电源状态信号处理电路的输出电源状态信号POW_GOOD,2脚接DSP的看门狗状态输出信号DSP_WD_OUT，U10的14脚接LGND，与门U3的4和5脚输入短接至一点并与U13的3脚输出连接，与门U4的1脚接DSP定义的输出信号DSP_OUT0，与门U4的2脚接U3的6脚，U13的3脚与发光二极管D1的阳极连接，发光二极管D1的阴极连接R15至LGND，当电路的各个状态信号正常输出时，该电路输出正常时序，且D1管被点亮；当DSP的看门狗程序初始化完成之后，输出低电平，RS触发器U10翻转得到DSP_WD为高电平，使能与门U13。
6.根据权利要求1所述的一种热插拔逻辑电路，其特征在于：该热插拔通讯信号逻辑电路原理图包括U9主控制芯片DSP引脚1输出看门狗信号DSP_WD，U9主控制芯片DSP引脚25输出输出发送信号DSP_TX连接至与门U5的1脚，电源检测电路与看门狗电路输出信号DSP_OUT连接至与门U5的2脚，与门U5的3脚与双电平转换芯片U6的21脚连接，所述DSP芯片电源监控电路的输出状态信号DSP_RST与U6的使能端22脚连接、U6的电源端23、24电容与C2～3连接至一点并与+3.3V连接， C2～3的另一端连接LGND，U6的1脚接+5V，并与R16和C3组成的滤波电路公共端连接，U6的输出端3脚串接R18至二极管D3的阳极，D3的阴极与D4的阳极连接，并与电感L1、L2串接至总线，D4的阴极与电阻R19串接，R19的另一端与R20和C4组成的滤波电路连接，其公共端串接两个带有施密特触发器功能的与非门U7和U8组成的电平转换电路，输出端与DSP的接收引脚连接。
7.根据权利要求1所述的一种热插拔逻辑电路，其特征在于：所述电源监控芯片U1选用TPS3307型号。
8.根据权利要求1所述的一种热插拔逻辑电路，其特征在于：所述双电平转换芯片U6选用74LVC4245型号。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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