CN110572334B - 一种本安型万兆三层交换机分步式上电方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于万兆三层交换机技术领域，公开了一种本安型万兆三层交换机分步式上电方法，包括：电源缓启动电路上电，经过本安型DC‑DC电源及本安二次保护电路给本安分步上电管理系统及万兆交换核心电路供电；万兆交换核心电路上电完成初始化之后，本安分步上电管理系统分别进行分步上电。此外，还公开了相应的上电系统。本发明能够实现分步式上电，减小冲击电流。

Description

一种本安型万兆三层交换机分步式上电方法及系统

技术领域

本发明属于万兆三层交换机技术领域，尤其涉及一种本安型万兆三层交换机分步式上电方法及系统。

背景技术

煤矿综合自动化是煤矿高产、高效和安全生产的保证，而煤矿井下网络平台是实现煤矿综合自动化的基础。目前，我国的许多煤矿都建立了工业以太网，用于井下采煤装备以及井下环境参数的监控；但主要是采用百兆+千兆混合网络方式(百兆下行+千兆上行组环)。

目前井下以太网交换机的不足之处主要体现在以下几点：

1、数据交换普遍主要处于数据链路层，随着井下通信监测技术的发展和设备的增多，所要传输的数据量也在急剧上升，传统的二层转发技术已经不能满足现代化井下通信的需求。

2、出于防爆本安的要求，井下所使用的本安电源，对整机功耗和启动冲击电流有明确要求(GB3836.4本安防爆标准)。传统的二层交换芯片，功耗普遍较低(5-10W左右)配上外围电路，功耗一般不会超过15W,即本安电源单路输出功率。

3、随着通信技术的发展，单交换芯片集成功能越来越多，功耗也越来越大，目前市面上主流万兆三层交换芯片功耗普遍大于8W，加上系统启动时SDK初始化的功耗，以及外围电路和PHY芯片及光模块功耗等，系统启动功耗普遍超过本安国标要求，直接导致外部供电的本安电源触发本安保护。此问题严重制约了大部分万兆三层交换机在井下的使用。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种本安型万兆三层交换机分步式上电方法及系统，能够实现分步式上电，减小冲击电流。

本发明实施例是这样实现的：

一种本安型万兆三层交换机分步式上电方法，包括：

电源缓启动电路上电，经过本安型DC-DC电源及本安二次保护电路给本安分步上电管理系统及万兆交换核心电路供电；

万兆交换核心电路上电完成初始化之后，本安分步上电管理系统分别进行分步上电：

本安分步上电管理系统给PHY电源上电，PHY电源在上电后，给RJ45群组上电；之后，本安分步上电管理系统给SFP电源上电，SFP电源在上电后，给SFP分步上电电路上电，SFP分步上电电路分别给SFP群组内的各个SFP光模块进行分步上电；最后，本安分步上电管理系统给功耗器件电源上电，功耗器件电源在上电后，给本安分步上电管理系统内的功耗器件上电；

或者，本安分步上电管理系统给SFP电源上电，SFP电源在上电后，给SFP分步上电电路上电，SFP分步上电电路分别给SFP群组内的各个SFP光模块进行分步上电；之后，本安分步上电管理系统给PHY电源上电，PHY电源在上电后，给RJ45群组上电；最后，本安分步上电管理系统给功耗器件电源上电，功耗器件电源在上电后，给本安分步上电管理系统内的功耗器件上电。

一种本安型万兆三层交换机分步式上电系统，包括：电源缓启动电路、本安型DC-DC电源、本安二次保护电路、万兆交换核心电路、本安分步上电管理系统、SFP分步上电电路、SFP电源、PHY电源、功耗器件电源、SFP群组和RJ45群组；电源缓启动电路通过本安型DC-DC电源与本安二次保护电路连接，本安二次保护电路分别与万兆交换核心电路和本安分步上电管理系统连接，万兆交换核心电路和本安分步上电管理系统连接，万兆交换核心电路和SFP群组连接，本安分步上电管理系统分别与SFP电源、PHY电源和功耗器件电源连接，PHY电源与RJ45群组连接，SFP电源通过SFP分步上电电路与SFP群组连接；

电源缓启动电路上电，经过本安型DC-DC电源及本安二次保护电路给本安分步上电管理系统及万兆交换核心电路供电；

万兆交换核心电路上电完成初始化之后，本安分步上电管理系统分别进行分步上电：

本安分步上电管理系统给PHY电源上电，PHY电源在上电后，给RJ45群组上电；之后，本安分步上电管理系统给SFP电源上电，SFP电源在上电后，给SFP分步上电电路上电，SFP分步上电电路分别给SFP群组内的各个SFP光模块进行分步上电；最后，本安分步上电管理系统给功耗器件电源上电，功耗器件电源在上电后，给本安分步上电管理系统内的功耗器件上电；

或者，本安分步上电管理系统给SFP电源上电，SFP电源在上电后，给SFP分步上电电路上电，SFP分步上电电路分别给SFP群组内的各个SFP光模块进行分步上电；之后，本安分步上电管理系统给PHY电源上电，PHY电源在上电后，给RJ45群组上电；最后，本安分步上电管理系统给功耗器件电源上电，功耗器件电源在上电后，给本安分步上电管理系统内的功耗器件上电。

本发明实施例通过一种本安分分步上电管理系统和对应的管控电路，提供了一种满足GB3836.4本安防爆标准的本安万兆三层交换机的设计方法，解决了万兆交换机因为自身功耗过大，启动时冲击电流超过本安范围导致的本安电源过流保护的问题。本发明可广泛应用于万兆交换芯片在本安环境下的设计，或多光口大功率交换机的分步式上电设计，或用于矿山煤炭通信设备厂家做二次开发使用。通过本安分步上电管理系统，解决万兆三层交换机启动功耗过大导致的本安电源过流保护问题；通过负载可控的上电时序，减少交换机光模块群组和PHY群组等功率负载上电器件时产生的冲击电流。

附图说明

图1是本发明的本安型万兆三层交换机分步式上电系统原理图；

图2是本发明的万兆交换核心电路的原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明涉及一种万兆三层交换机，尤其涉及一种用于煤矿井下机电装备的工况信息传输的本安型万兆三层交换机，通过本安分步上电管理系统，解决万兆三层交换机启动功耗过大导致的本安电源过流保护问题；通过负载可控的上电时序，减少交换机光模块群组和PHY群组等功率负载上电器件时产生的冲击电流。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：

如图1和图2所示，一种本安型万兆三层交换机分步式上电方法，包括：

电源缓启动电路上电，经过本安型DC-DC电源及本安二次保护电路给本安分步上电管理系统及万兆交换核心电路供电；

万兆交换核心电路上电完成初始化之后，本安分步上电管理系统分别进行分步上电：

本安分步上电管理系统给PHY电源上电，PHY电源在上电后，给RJ45群组上电；之后，本安分步上电管理系统给SFP电源上电，SFP电源在上电后，给SFP分步上电电路上电，SFP分步上电电路分别给SFP群组内的各个SFP光模块进行分步上电；最后，本安分步上电管理系统给功耗器件电源上电，功耗器件电源在上电后，给本安分步上电管理系统内的功耗器件上电；

或者，本安分步上电管理系统给SFP电源上电，SFP电源在上电后，给SFP分步上电电路上电，SFP分步上电电路分别给SFP群组内的各个SFP光模块进行分步上电；之后，本安分步上电管理系统给PHY电源上电，PHY电源在上电后，给RJ45群组上电；最后，本安分步上电管理系统给功耗器件电源上电，功耗器件电源在上电后，给本安分步上电管理系统内的功耗器件上电。

一种本安型万兆三层交换机分步式上电系统，包括：电源缓启动电路、本安型DC-DC电源、本安二次保护电路、万兆交换核心电路、本安分步上电管理系统、SFP分步上电电路、SFP电源、PHY电源、功耗器件电源、SFP群组和RJ45群组；电源缓启动电路通过本安型DC-DC电源与本安二次保护电路连接，本安二次保护电路分别与万兆交换核心电路和本安分步上电管理系统连接，万兆交换核心电路和本安分步上电管理系统连接，万兆交换核心电路和SFP群组连接，本安分步上电管理系统分别与SFP电源、PHY电源和功耗器件电源连接，PHY电源与RJ45群组连接，SFP电源通过SFP分步上电电路与SFP群组连接；

电源缓启动电路上电，经过本安型DC-DC电源及本安二次保护电路给本安分步上电管理系统及万兆交换核心电路供电；

万兆交换核心电路上电完成初始化之后，本安分步上电管理系统分别进行分步上电：

本安分步上电管理系统给PHY电源上电，PHY电源在上电后，给RJ45群组上电；之后，本安分步上电管理系统给SFP电源上电，SFP电源在上电后，给SFP分步上电电路上电，SFP分步上电电路分别给SFP群组内的各个SFP光模块进行分步上电；最后，本安分步上电管理系统给功耗器件电源上电，功耗器件电源在上电后，给本安分步上电管理系统内的功耗器件上电；

或者，本安分步上电管理系统给SFP电源上电，SFP电源在上电后，给SFP分步上电电路上电，SFP分步上电电路分别给SFP群组内的各个SFP光模块进行分步上电；之后，本安分步上电管理系统给PHY电源上电，PHY电源在上电后，给RJ45群组上电；最后，本安分步上电管理系统给功耗器件电源上电，功耗器件电源在上电后，给本安分步上电管理系统内的功耗器件上电。

其中，PHY：Port Physical Layer即端口物理层，SFP：SMALL FORM PLUGGABLE或Small Form-factor Pluggable,即:小型可热插拔光收发一体模块，系统内的功耗器件单元包括但不限于LED灯群组电路、串口及其他辅助功能电路、I2C扩展电路等。

图2中，万兆交换核心电路包括万兆交换芯片、处理器单元、CLK(时钟)、SDRAM(存储器)、FLASH(闪存)、RESET(复位)和CORE POWER(核心电源)，其中，RESET用于提供处理器单元及万兆交换芯片的复位功能，CLK提供计时功能,SDRAM和FLASH都用于提供存储功能，CORE POWER用于给万兆交换芯片和处理器单元供电，万兆交换芯片用于数据交换传输功能，处理器单元用于数据处理功能。

本发明的本安型万兆三层交换机分步式上电系统包括电源缓启动电路、本安型DC-DC电源、本安二次保护电路、万兆三层交换核心电路(万兆交换核心电路)、本安分步上电管理系统、SFP分步上电电路、SFP电源、PHY电源管控电路(PHY电源)、大功耗器件上电管控电路(功耗器件电源)、光模块群组(SFP群组)、RJ45群组等，原理如下：

1、本安电源经由电源缓启动电路，由本安型DC-DC降压电路和本安二次保护电路给系统供电。

2、本安分步上电管理系统，将整个电源网络依次分割为万兆三层交换核心电路、SFP群组、PHY群组、功耗器件群组等。万兆三层交换核心电路，指的是万兆三层交换电路及其启动所必须的功能单元，见图2所示。

3、万兆三层交换核心电路上电初始化完成后，通过分步上电管理系统依次给PHY群组、SFP群组、及功耗器件等功耗群组供电，如图1所示。此管控电路包含但不限于一个或多个功耗群组。同时不限于一个或多个扩展出来的可控IO。

4、PHY上电后，万兆三层交换核心电路通过对PHY上电信息的读取，对PHY进行初始化配置操作。

5、SFP电源管控电路打开后，通过SFP分步上电电路，逐一给SFP光模块上电，尽量减少光模块上电对本安电源的冲击电流影响。

6、记录并保存配置好的端口信息，对外围电路进行自检，自检无问题后开启交换机的三层交换转发功能。

总而言之，通过本分步式上电管理系统，将整机电源网络划分为万兆三层交换核心电路、光模块群组、PHY群组等，包含但不限于以上功耗功能单元；通过本分步式上电管理系统，优先使万兆三层交换核心电路启动，系统初始化完成后通过CPU控制给外围功耗单元电路供电；通过SFP分步上电技术，对管控后的多个SFP光模块进行分步上电，有效减少冲击电流对本安电源的影响。

本发明的实施例中，本发明通过本安分步上电管理系统，将万兆三层交换机电路分解为万兆交换核心电路、SFP光模块群组、PHY群组、功耗器件群组等，并通过一定的上电次序，优先给万兆交换电路供电，确保万兆交换电路初始化完成后才依次给光模块群组和PHY群组等外围功耗电路上电，最大程度上减少系统启动冲击电流对本安电源的影响，确保本系统启动时不会因为冲击电流过大导致本安保护。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，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 (2)

1.一种本安型万兆三层交换机分步式上电方法，其特征在于，包括：

电源缓启动电路上电，经过本安型DC-DC电源及本安二次保护电路给本安分步上电管理系统及万兆交换核心电路供电；

万兆交换核心电路上电完成初始化之后，本安分步上电管理系统分别进行分步上电：

本安分步上电管理系统给PHY电源上电，PHY电源在上电后，给RJ45群组上电；之后，本安分步上电管理系统给SFP电源上电，SFP电源在上电后，给SFP分步上电电路上电，SFP分步上电电路分别给SFP群组内的各个SFP光模块进行分步上电；最后，本安分步上电管理系统给功耗器件电源上电，功耗器件电源在上电后，给本安分步上电管理系统内的功耗器件上电；

或者，本安分步上电管理系统给SFP电源上电，SFP电源在上电后，给SFP分步上电电路上电，SFP分步上电电路分别给SFP群组内的各个SFP光模块进行分步上电；之后，本安分步上电管理系统给PHY电源上电，PHY电源在上电后，给RJ45群组上电；最后，本安分步上电管理系统给功耗器件电源上电，功耗器件电源在上电后，给本安分步上电管理系统内的功耗器件上电。

2.一种本安型万兆三层交换机分步式上电系统，其特征在于，包括：电源缓启动电路、本安型DC-DC电源、本安二次保护电路、万兆交换核心电路、本安分步上电管理系统、SFP分步上电电路、SFP电源、PHY电源、功耗器件电源、SFP群组和RJ45群组；电源缓启动电路通过本安型DC-DC电源与本安二次保护电路连接，本安二次保护电路分别与万兆交换核心电路和本安分步上电管理系统连接，万兆交换核心电路和本安分步上电管理系统连接，万兆交换核心电路和SFP群组连接，本安分步上电管理系统分别与SFP电源、PHY电源和功耗器件电源连接，PHY电源与RJ45群组连接，SFP电源通过SFP分步上电电路与SFP群组连接；

电源缓启动电路上电，经过本安型DC-DC电源及本安二次保护电路给本安分步上电管理系统及万兆交换核心电路供电；

万兆交换核心电路上电完成初始化之后，本安分步上电管理系统分别进行分步上电：

本安分步上电管理系统给PHY电源上电，PHY电源在上电后，给RJ45群组上电；之后，本安分步上电管理系统给SFP电源上电，SFP电源在上电后，给SFP分步上电电路上电，SFP分步上电电路分别给SFP群组内的各个SFP光模块进行分步上电；最后，本安分步上电管理系统给功耗器件电源上电，功耗器件电源在上电后，给本安分步上电管理系统内的功耗器件上电；

或者，本安分步上电管理系统给SFP电源上电，SFP电源在上电后，给SFP分步上电电路上电，SFP分步上电电路分别给SFP群组内的各个SFP光模块进行分步上电；之后，本安分步上电管理系统给PHY电源上电，PHY电源在上电后，给RJ45群组上电；最后，本安分步上电管理系统给功耗器件电源上电，功耗器件电源在上电后，给本安分步上电管理系统内的功耗器件上电。

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