CN112925245A - 一种基于vpx规范的智能管理接口模块 - Google Patents

一种基于vpx规范的智能管理接口模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于VPX规范的智能管理接口模块，属于电平转换、智能机箱管理技术领域。本发明从基于VPX规范的公共支持层面及管理层面出发，实现了单模块集电平转换模块、风机智能管理模块、电源模块于一体，为符合VPX规范的硬件设备提供外部1PPS秒脉冲和100MHz(及其以下频率)时钟信号接入，同时可以实现多路风机的隔离供电和基于IPMB总线的智能管理，可广泛应用于符合VPX规范的硬件设备中，简化设备的维修时长和难度，提高设备的测试性、可靠性和扩展性。

Description

一种基于VPX规范的智能管理接口模块
技术领域
本发明属于电平转换、智能机箱管理技术领域，具体涉及一种基于VPX规范的智能管理接口模块。
背景技术
近年来，为提高产品可靠性，适用于军用恶劣环境，基于VPX规范设计的高性能加固服务器机箱得到广泛的使用。但随着高带宽、大数据时代的到来，加固服务器机箱对于整机性能、机箱散热的智能管理、维修性、测试性、兼容性和扩展性等方面都提出了全新的要求。
为提升加固服务器机箱的维修性、测试性、兼容性和扩展性，同时加强机箱散热的智能管理，需要设计一种和背板独立连接的智能管理接口模块。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何设计一种集单模块集电平转换模块、风机智能管理模块及电源模块于一体的智能管理接口模块。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于VPX规范的智能管理接口模块的设计方法，将智能管理接口模块设计为：包括电平转换模块、风机智能管理模块和电源模块，其中电平转换模块包括：时钟处理电路、单端与差分转换电路；风机智能管理模块包括：MCU、风机速度反馈电路，I2C BUFFER、温度传感器；单端与差分转换电路包括差分转单端电路、单端转差分电路；
所述电平转换模块通过1:3的时钟处理电路将1路1PPS单端信号转换为3路1PPS单端信号，再利用单端转差分电路将3路1PPS单端信号转换为10路符合EIA899规范的M-LVDS电平差分信号并对外引出，为符合VPX规范的硬件设备提供外部1PPS秒脉冲接入；
同时，所述电平转换模块将1路符合EIA899规范的100MHz M-LVDS电平差分信号通过差分转单端电路转换为1路单端信号，再通过1:3的时钟处理电路将1路单端信号扩展为3路单端信号，最后通过单端转差分电路将3路单端信号转为9路相同的100MHz M-LVDS电平差分信号，并且可以保持原信号相位，为符合VPX规范的硬件设备提供100MHz及其以下频率的时钟信号接入；
所述风机智能管理模块通过两路I2C BUFFER上的IPMB信号和温度传感器将符合VPX规范的硬件设备内部各槽位板卡的工作温度和在位信息上传给MCU，MCU输出多路隔离PWM信号实时控制8路散热风机的转速，同时8路风机通过风机速度反馈电路将8路隔离速度反馈给MCU，实现8路散热风机的实时管理，所述风机智能管理模块可以在VPX硬件设备内部的交换模块在位时作为风机智能管理的备用模块，同时也可以在交换模块缺位时作为风机智能管理的主模块；
所述电源模块用于将直流输入电源隔离转换为风机所需的12V直流电源及控制电路所需的5V和3.3V电源，给外部多个直流散热风机隔离供电。
优选地，所述电平转换模块、风机智能管理模块和电源模块均基于OpenVPX/VPX规范J0/P0的公共支持层开展设计；所述电平转换模块为AUX_CLK+/-信号接口提供符合要求的1PPS信号接入，同时为REF_CLK+/-信号接口提供符合要求的100MHz信号接入，满足PCIE信号时钟接入需求，向下兼容25MHz同步时钟接入需求，为SYS_CON槽位与其他槽位时钟同步提供硬件通路；所述风机智能管理模块为SM[0:3]信号接口提供符合IPMB协议的风机控制接口，为VPX机箱IPMB主控提供8路独立可控的调速风机，同时作为IPMB备用主控提供当主控失效时接管风机控制的功能；电源模块为风机智能管理模块控制电路及电平转换模块提供5V及3.3V非隔离电源，为风机智能管理模块的风机接口提供独立的供电环境。
优选地，所述电平转换模块通过低抖动1:3LVCMOS扇出时钟缓冲器实现1路1PPS单端信号转换为3路1PPS单端信号，再利用3个125MHz 1:4M-LVDS中继器实现将3路1PPS单端信号转换为12路符合EIA899规范的M-LVDS电平差分信号并对外引出。
优选地，所述差分转单端电路采用单个M-LVDS接收器实现，所述单端转差分电路采用3个125MHz 1:4M-LVDS中继器实现，电平转换模块通过单个M-LVDS接收器将1路符合EIA899规范的100MHz M-LVDS电平差分信号转换为1路单端信号，再通过低抖动1:3LVCMOS扇出时钟缓冲器实现将1路单端信号扩展为3路单端信号，最后通过3个125MHz 1:4M-LVDS中继器实现将3路单端信号转为9路相同的100MHz M-LVDS电平差分信号，并且可以保持原信号相位。
优选地，风机智能管理模块将2路来自于VPX机箱的IPMB总线数据通过I2C BUFFER接入MCU，MCU通过高速光耦隔离芯片输出多路隔离PWM信号实时控制8路散热风机的转速，8路散热风机通过缓冲器芯片反馈风机转速给MCU，实现8路散热风机的实时独立管理，同时，风机智能管理模块通过温度传感器采集环境温度返给MCU，为VPX机箱中的主控提供环境温度参数；风机智能管理模块还包括调试端口，调试端口为用户提供MCU控制程序更新接口。
优选地，VPX机箱为智能管理接口模块提供不小于65W的12V直流电源，电源模块将输入的12V直流电源利用2个12V隔离电源模块输出额定功率30W的12V隔离电源，为8个额定功率小于7.5W的12V风机供电，每个风机供电接口均放置自恢复保险丝，同时电源模块将输入的12V直流电源利用2个非同步降压转换器输出5V和3.3V非隔离电源供控制电路使用。
本发明还提供了一种利用所述方法设计得到的智能管理接口模块。
本发明还提供了一种所述的智能管理接口模块的工作方法。
本发明还提供了一种所述的智能管理接口模块在电平转换技术领域中的应用。
本发明还提供了一种所述的智能管理接口模块在智能机箱管理技术领域中的应用。
(三)有益效果
本发明从基于VPX规范的公共支持层面及管理层面出发，实现了单模块集电平转换模块、风机智能管理模块、电源模块于一体，为符合VPX规范的硬件设备提供外部1PPS秒脉冲和100MHz(及其以下频率)时钟信号接入，同时可以实现多路风机的隔离供电和基于IPMB总线的智能管理，可广泛应用于符合VPX规范的硬件设备中，简化设备的维修时长和难度，提高设备的测试性、可靠性和扩展性。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于VPX规范的智能管理接口模块的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1所示，本发明提供的一种基于VPX规范的智能管理接口模块，包括电平转换模块、风机智能管理模块和电源模块，其中电平转换模块主要包括：时钟处理电路、单端与差分转换电路；风机智能管理模块主要包括：MCU、风机速度反馈电路，I2C BUFFER、温度传感器、调试端口；电源模块主要包括：12V隔离电源、5V和3.3V非隔离电源。
电平转换模块通过1:3的时钟处理电路将1路1PPS单端信号转换为3路1PPS单端信号，再利用单端转差分电路将3路1PPS单端信号转换为10路符合EIA899规范的M-LVDS电平差分信号并对外引出，可以用来实现为符合VPX规范的硬件设备提供外部1PPS秒脉冲接入或其他用户需要的用途。
同时，电平转换模块可以将1路符合EIA899规范的100MHz M-LVDS电平差分信号通过差分转单端电路转换为1路单端信号，再通过1:3的时钟处理电路将1路单端信号扩展为3路单端信号，最后通过单端转差分电路将3路单端信号转为9路相同的100MHz M-LVDS电平差分信号，并且可以保持原信号相位，可以用来实现为符合VPX规范的硬件设备提供100MHz(及其以下频率)的时钟信号接入或其他用户需要的用途。
风机智能管理模块可以通过两路I2C BUFFER上的IPMB信号和温度传感器将符合VPX规范的硬件设备内部各槽位板卡的工作温度和在位信息上传给MCU，MCU输出多路隔离PWM信号实时控制8路散热风机的转速，同时8路风机通过风机速度反馈电路可以将8路隔离速度反馈给MCU，实现8路散热风机的实时管理。该风机智能管理模块可以在VPX硬件设备内部的交换模块在位时作为风机智能管理的备用模块，同时也可以在交换模块缺位时作为风机智能管理的主模块。
电源模块将直流输入电源隔离转换为风机所需的12V直流电源及控制电路所需的5V和3.3V电源，可以给外部多个直流散热风机隔离供电，最大程度减小风机工作时对系统电路产生的干扰影响，避免单个风机损坏对整个电路产生影响。
电平转换模块、风机智能管理模块和电源模块均基于OpenVPX/VPX规范J0/P0的公共支持层开展设计，目的在于为符合VPX规范的整机提供更好地硬件支撑。电平转换模块为AUX_CLK+/-信号接口提供符合要求的1PPS信号接入，同时为REF_CLK+/-信号接口提供符合要求的100MHz信号接入，满足PCIE信号时钟接入需求，向下兼容25MHz同步时钟接入需求，为SYS_CON槽位与其他槽位时钟同步提供硬件通路；风机智能管理模块为SM[0:3]信号接口提供符合IPMB协议的风机控制接口，为VPX机箱IPMB主控提供8路独立可控的调速风机，同时可以作为IPMB备用主控提供当主控失效时接管风机控制的功能；电源模块为风机智能管理模块控制电路及电平转换模块提供5V及3.3V非隔离电源，为风机智能管理模块的风机接口提供独立的供电环境，保证所有风机供电与VPX主机箱隔离，实现单个风机失效不影响整机正常工作，同时将风机工作对主机产生的电磁干扰降到最低。
电平转换模块通过低抖动1:3LVCMOS扇出时钟缓冲器实现1路1PPS单端信号转换为3路1PPS单端信号，再利用3个125MHz 1:4M-LVDS中继器实现将3路1PPS单端信号转换为12路(使用前10路)符合EIA899规范的M-LVDS电平差分信号并对外引出，可以用来实现为符合VPX规范的硬件设备提供外部1PPS秒脉冲接入或其他用户需要的用途。
同时，所述差分转单端电路采用单个M-LVDS接收器实现，所述单端转差分电路采用3个125MHz 1:4M-LVDS中继器实现，电平转换模块通过单个M-LVDS接收器将1路符合EIA899规范的100MHz M-LVDS电平差分信号转换为1路单端信号，再通过低抖动1:3LVCMOS扇出时钟缓冲器实现将1路单端信号扩展为3路单端信号，最后通过3个125MHz 1:4M-LVDS中继器实现将3路单端信号转为9路(使用每个芯片的前3路)相同的100MHz M-LVDS电平差分信号，并且可以保持原信号相位，可以用来实现为符合VPX规范的硬件设备提供100MHz(及其以下频率)的时钟信号接入或其他用户需要的用途。
风机智能管理模块将2路来自于VPX机箱的IPMB总线数据(主控模块发送的控制风机转速的指令)通过I2C BUFFER接入MCU，MCU通过高速光耦隔离芯片输出多路隔离PWM信号实时控制8路散热风机的转速，8路散热风机通过缓冲器芯片反馈风机转速给MCU，实现8路散热风机的实时独立管理。同时，风机智能管理模块通过温度传感器采集环境温度返给MCU，为VPX机箱中的主控提供准确的环境温度参数；调试端口为用户提供MCU控制程序更新接口；该风机智能管理模块在VPX硬件设备内部的IPMB主设备在位时作为风机智能管理的备用模块，当IPMB主设备不在位时作为风机智能管理的主模块。
VPX机箱为智能管理接口模块提供不小于65W的12V直流电源，电源模块将输入的12V直流电源利用2个12V隔离电源模块输出额定功率30W的12V隔离电源，为8个(各4个)额定功率小于7.5W的12V风机供电，每个风机供电接口均放置自恢复保险丝，避免单个风机损坏对整个电路产生影响，最大程度减小风机工作时对系统电路产生干扰影响，同时电源模块将输入的12V直流电源利用2个非同步降压转换器输出5V和3.3V非隔离电源供控制电路使用。
本发明设计一种基于VPX规范的智能管理接口模块，集电平转换模块、风机智能管理模块、电源模块于一体，可广泛应用于符合VPX规范的硬件设备中，简化设备的维修时长和难度，提高设备的测试性、可靠性和扩展性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于VPX规范的智能管理接口模块的设计方法，其特征在于，将智能管理接口模块设计为：包括电平转换模块、风机智能管理模块和电源模块，其中电平转换模块包括：时钟处理电路、单端与差分转换电路；风机智能管理模块包括：MCU、风机速度反馈电路，I2CBUFFER、温度传感器；单端与差分转换电路包括差分转单端电路、单端转差分电路；
所述电平转换模块通过1:3的时钟处理电路将1路1PPS单端信号转换为3路1PPS单端信号，再利用单端转差分电路将3路1PPS单端信号转换为10路符合EIA899规范的M-LVDS电平差分信号并对外引出，为符合VPX规范的硬件设备提供外部1PPS秒脉冲接入；
同时，所述电平转换模块将1路符合EIA899规范的100MHz M-LVDS电平差分信号通过差分转单端电路转换为1路单端信号，再通过1:3的时钟处理电路将1路单端信号扩展为3路单端信号，最后通过单端转差分电路将3路单端信号转为9路相同的100MHz M-LVDS电平差分信号，并且可以保持原信号相位，为符合VPX规范的硬件设备提供100MHz及其以下频率的时钟信号接入；
所述风机智能管理模块通过两路I2C BUFFER上的IPMB信号和温度传感器将符合VPX规范的硬件设备内部各槽位板卡的工作温度和在位信息上传给MCU，MCU输出多路隔离PWM信号实时控制8路散热风机的转速，同时8路风机通过风机速度反馈电路将8路隔离速度反馈给MCU，实现8路散热风机的实时管理，所述风机智能管理模块可以在VPX硬件设备内部的交换模块在位时作为风机智能管理的备用模块，同时也可以在交换模块缺位时作为风机智能管理的主模块；
所述电源模块用于将直流输入电源隔离转换为风机所需的12V直流电源及控制电路所需的5V和3.3V电源，给外部多个直流散热风机隔离供电。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电平转换模块、风机智能管理模块和电源模块均基于OpenVPX/VPX规范J0/P0的公共支持层开展设计；所述电平转换模块为AUX_CLK+/-信号接口提供符合要求的1PPS信号接入，同时为REF_CLK+/-信号接口提供符合要求的100MHz信号接入，满足PCIE信号时钟接入需求，向下兼容25MHz同步时钟接入需求，为SYS_CON槽位与其他槽位时钟同步提供硬件通路；所述风机智能管理模块为SM[0:3]信号接口提供符合IPMB协议的风机控制接口，为VPX机箱IPMB主控提供8路独立可控的调速风机，同时作为IPMB备用主控提供当主控失效时接管风机控制的功能；电源模块为风机智能管理模块控制电路及电平转换模块提供5V及3.3V非隔离电源，为风机智能管理模块的风机接口提供独立的供电环境。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电平转换模块通过低抖动1:3LVCMOS扇出时钟缓冲器实现1路1PPS单端信号转换为3路1PPS单端信号，再利用3个125MHz 1:4M-LVDS中继器实现将3路1PPS单端信号转换为12路符合EIA899规范的M-LVDS电平差分信号并对外引出。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述差分转单端电路采用单个M-LVDS接收器实现，所述单端转差分电路采用3个125MHz1:4M-LVDS中继器实现，电平转换模块通过单个M-LVDS接收器将1路符合EIA899规范的100MHz M-LVDS电平差分信号转换为1路单端信号，再通过低抖动1:3LVCMOS扇出时钟缓冲器实现将1路单端信号扩展为3路单端信号，最后通过3个125MHz 1:4M-LVDS中继器实现将3路单端信号转为9路相同的100MHz M-LVDS电平差分信号，并且可以保持原信号相位。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，风机智能管理模块将2路来自于VPX机箱的IPMB总线数据通过I2C BUFFER接入MCU，MCU通过高速光耦隔离芯片输出多路隔离PWM信号实时控制8路散热风机的转速，8路散热风机通过缓冲器芯片反馈风机转速给MCU，实现8路散热风机的实时独立管理，同时，风机智能管理模块通过温度传感器采集环境温度返给MCU，为VPX机箱中的主控提供环境温度参数；风机智能管理模块还包括调试端口，调试端口为用户提供MCU控制程序更新接口。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，VPX机箱为智能管理接口模块提供不小于65W的12V直流电源，电源模块将输入的12V直流电源利用2个12V隔离电源模块输出额定功率30W的12V隔离电源，为8个额定功率小于7.5W的12V风机供电，每个风机供电接口均放置自恢复保险丝，同时电源模块将输入的12V直流电源利用2个非同步降压转换器输出5V和3.3V非隔离电源供控制电路使用。
7.一种利用权利要求1至6中任一项所述方法设计得到的智能管理接口模块。
8.一种如权利要求7所述的智能管理接口模块的工作方法。
9.一种如权利要求7所述的智能管理接口模块在电平转换技术领域中的应用。
10.一种如权利要求7所述的智能管理接口模块在智能机箱管理技术领域中的应用。
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