CN1540890A - 功能板热插拔方法及其系统 - Google Patents

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本发明公开了一种功能板热插拔方法，其中插入功能板包括步骤：将功能板部分插入母板接插件，使功能板与母板的电源线电连通且信号线非电连通的状态保持一定时间；将功能板完全插入母板接插件，使功能板的信号线与母板信号线连通；拔出功能板包括步骤：将功能板与母板的信号线断开；以及间隔一定时间后将功能板与母板的电源线断开。同时，本发明还公开了一种实现功能板热插拔的系统。

Description

功能板热插拔方法及其系统
技术领域
本发明涉及通信领域中的功能板热插拔方法及系统。
背景技术
功能板(或称单板)热插拔主要是指功能板带电插拔，即机框在上电状态下，将单板插入机框或从机框中拔下单板，与热插拔、热交换具有相同的意义。单板热插拔作为一项技术广泛用于各种电子设备中，如在电信设备的测试、维护过程中，由于系统不能中断，单板的带电插拔情况普遍存在。通过热插拔使用户不需要切断电源就可灵活更改设备的配置，从而最大程度的减少因切断电源造成的业务损失。
具有高等级防护需求的单板要求带电插拔和数据交换可同步进行，即在任何情况下进行插、拔操作都不会破坏数据，当然更不会损坏器件。为了达到这些要求，防护设计要同时满足三项要求：
第一、阻断电流(IOFF)，即要求芯片的信号引脚电压为4.5V，而电源电压为0V时，从信号引脚上流过的电流必须小于规定数值，在规定数值内可保证芯片不受电气损伤。
第二、器件上电三态(PU3S)。
第三、器件具有预充电I/O功能。
现有的热插拔实现方案一般采用抗热插拔电气冲击的器件、保护电路以及电源缓上电电路等技术。但是这种结构却造成了单板成本高等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简便易行的功能板热插拔方法，从而降低单板的成本。
本发明的另一目的在于及提供一种采用上述的功能板系统。
本发明的技术方案是：
一种功能板热插拔方法：
插入功能板包括步骤：A、将功能板部分插入母板接插件，使功能板与母板的电源线电连通且信号线非电连通的状态保持一定时间，以便功能板利用该时间完成上电过程；B、将功能板完全插入母板接插件，使功能板的信号线与母板信号线连通；
拔出功能板包括步骤：将功能板与母板的信号线断开；然后间隔一定时间后将功能板与母板的电源线断开。
根据上述方法：
步骤A是指将功能板插入母板一预定位置后停顿一预定时间，使功能板利用该预定时间完成上电过程。
步骤A是指将功能板缓慢地插入母板接插件中，使电源线电连通先于信号线电连通并具有一定延时，功能板利用该延时完成上电过程。
一种可进行功能板热插拔的系统，包括机框，设置在机框内的功能板和母板，以及连接功能板与母板的接插件；其结构特点是：所述接插件的插针一部分为长插针，另一部分为短插针，所述长插针定义为电源线，所述短插针定义为信号线；所述功能板和机框上或者接插件上还设置有控制长插针和短插针与相应插槽接触的先后顺序的控制部件。
根据上述的系统：
所述控制部件为螺钉、机械销或钢珠等。
本发明通过简单方法，即采用长短插针和控制部件控制单板电源、地线、信号线的先后接触顺序和时间间隔，达到采用高防护等级器件和电路相同的带电插拔防护目的，大大节约了单板的成本，并拓展了非热插拔器件的应用范围。
附图说明
图1长短针接插件的结构示意图；
图2本发明热插拔单板的结构示意图；
图3器件损伤原理图；
图4芯片I/O模型示意图；
图5定位钢珠安装位置示意图；
图6单板热插拔过程示意图；
具体实施方式
本发明使用简便的机械方法满足单板热插拔防护的以下三项要求：
第一、阻断电流(IOFF)，即要求芯片的信号引脚电压为4.5V，而电源电压为0V时，从信号引脚上流过的电流必须小于规定数值，在规定数值内可保证芯片不受电气损伤。第二、器件上电三态(PU3S)。第三、器件具有预充电I/O功能。
本发明的热插拔方法是：在将单板插入母板的过程中，先让功能板与母板的电源线先电连通(即信号线处于非电连通)并保持一定时间，功能板利用该时间完成上电过程；然后再将功能板完全插入母板接插件，使功能板的信号线与母板信号线连通。
以下结合附图对本发明作详细说明：
参阅图1所示，用于连接单板和母板的接插件包括插头1和插座2，插头1固定在单板上，插座2固定在母板3上。插头1上设置有长针5和短针4，插座2上有与长针5和短针4配合的插槽6。长针和短针的数量可根据需要设置。
参阅图2所示一种系统，该系统包括机框10，设置在机框内的功能板9和母板3，以及连接功能板与母板的接插件(如图1所示结构)，该接插件包括插头1和插座2。其中：插头1中的长插针5定义为电源线(包括正、负极导线)，短插针4定义为信号线(即除电源线以外的其他信号线)。功能板9的面板8的两对端分别设置螺钉12，在机框10上相应位置设置螺孔7，该螺钉用于控制长插针和短插针与相应插槽接触的先后顺序并将功能板9固定在机框10上。
当将功能板9插入母板3的插座2时，功能板9沿导向滑道11进行入机框，由于螺钉12触碰机框10的阻碍作用使功能板9不能直接插到母板3上，功能板9的插头1上的信号线、电源线(包括正、负极导线)不能与带电的母板3相连，必须旋转螺钉12才能将其插入插座2并电气接触。在单板插入过程长插针5先于短插针4接触。也就是说，在功能板9缓慢插入母板3的过程中，功能板9的电源线(包括正、负极线)先接触母板3上的电源线，单板被充电，相当于功能板9独立上电，在上电完成后信号线才接触而电连通。
相应地，在功能板拔出过程中长插针5晚于短插针4脱离，即先断开功能板9和母板3的信号线，然后间隔一定时间后再断开电源线。
如果功能板没有完成上电过程，就发生信号线解除，必然会发生从信号线到电源大电流涌入，导致功能板接口器件损伤或闩锁。参考图3所示，功能板上电源VCC电压小于母板电源电压，而信号引脚与母板信号接触。如果使用电气防护方法，则必须要求单板上器件具有IOFF功能。而本发明则是利用电源线先接触，而手动旋转螺钉使电源线接触到信号线接触之间间隔较长的时间来达到同样目的的。假设单板的长插针与短插针长度差为2mm，螺钉的螺距为0.5mm，手动旋转螺钉最快为0.5秒一圈，则从长针接触到短针接触至少需要2秒的时间，此时单板已经完成上电过程，即单板电源电压与母板电源电压相同。
单板热插拔防护的第二项要求是接口器件上电三态。即信号引脚在电源电压上升到指定值之前保持高阻状态，在电源电压超过这个指定值后会按照设置状态输出。单板断电时，在电源电压下降到预定电压值之前输出保持为驱动逻辑电平，然后变成高阻状态。由于本发明的方法使单板电源上电完成之前，信号线尚未接触，即接插件两端信号处于隔断状态(为理想的高阻状态)；同样在单板拔出过程中，由于电源和地线晚于信号线断开，符合上述电源电压下降预定电压值之前信号线保持逻辑电平，然后变成高阻状态的要求。因此本发明方法符合上电三态的要求。
单板热插拔防护的第三项要求使器件具有预充电I/O功能。由于单板插入时接口芯片的引脚的寄生电容，以及接插件两端信号电平存在差异，使插入过程中产生对I/O引脚的充电和振荡过程，这种瞬态充电电流还会在相应总线信号上产生一个瞬间干扰。因此单板带电插拔期间总线上的数据传输可能会被打断。所谓预充电I/O就是在带电插拔时信号线接触之前，先对插拔模块的I/O引脚充电到某个电平，这样当信号线接触时能减小干扰。由于本发明的方法使单板电源上电先于信号线接触，且之间的间隔时间较长，并且芯片电源与信号引脚之间总是存在一定的等效电阻。如图4所示，电源通过该电阻向信号引脚上的寄生电容充电。假设电阻R为100MΩ，寄生电容C为10pF，则只需要3ms的时间I/O引脚的寄生电容就可充电到电源电压。因此，本发明的方法同样可以达到并符合预充电I/O的目的和要求。
采用上述方法完全能满足单板热插拔防护的三项要求，因此，可以实现热插拔功能。
在本发明中，也可采用机械销或钢珠等控制部件使功能板先插入母板接插件中一预定位置，在该位置因机械阻力而略有停顿，在该预定位置仅使功能板的电源线与母板连通，即完成上电过程，然后才能将功能板完全插入母板连接件，使信号线电连通，即延长单板电源、地线、信号线先后接触的时间间隔。
采用钢珠延长单板电源、地线、信号线先后接触时间间隔的结构参考图5所示。钢珠14、弹簧16以及套桶13安装在机框导向滑道15一侧，导向滑道15相应位置设置开口，使钢珠14的一部分隆起并高于导向滑道15。
参考图6，在单板上9安装定位凹槽18，并且当定位钢珠14落入定位凹槽18时，电源和地针接触，而信号针未接触。这样在单板9插入或拔出过程中，由于钢珠14落入定位凹槽18产生的阻力使插入或拔出产生停顿，从而延长电源、地线和信号线先后接触的时间间隔。
采用机械销延长单板电源、地线、信号线先后接触时间间隔的结构参考图7所示。一个V形滑块18、弹簧16以及套桶13安装在导向滑道15一侧，而机械销17安装在单板上，当机械销17落入V形滑块的V形凹槽时，电源和地线针接触，而信号针未接触。这样，在单板插入或拔出过程中，同样会产生阻力，从而使插入和拔出产生停顿，进而延长电源、地线和信号线先后接触的时间间隔。
对于本发明，用于控制长插针和短插针与相应插槽接触的先后顺序的控制部件也可设置在插头和插座上。如：用软线将插头和单板连接，在插头上设置螺钉，而在插座上设置相应的螺孔，直接控制插头进行热插拔。

Claims (7)

1、一种功能板热插拔方法，其特征在于：
插入功能板包括步骤：
A、将功能板部分插入母板接插件，使功能板与母板的电源线电连通且信号线非电连通的状态保持一定时间，以便功能板利用该时间完成上电过程；
B、将功能板完全插入母板接插件，使功能板的信号线与母板信号线连通；
拔出功能板包括步骤：
将功能板与母板的信号线断开；以及
间隔一定时间后将功能板与母板的电源线断开。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤A是指将功能板插入母板一预定位置后停顿一预定时间，使功能板利用该预定时间完成上电过程。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤A是指将功能板缓慢地插入母板接插件中，使电源线电连通先于信号线电连通并具有一定延时，功能板利用该延时完成上电过程。
4、一种可进行功能板热插拔的系统，包括机框，设置在机框内的功能板和母板，以及连接功能板与母板的接插件；其特征在于所述接插件的插针一部分为长插针，另一部分为短插针，所述长插针定义为电源线，所述短插针定义为信号线；所述功能板和机框上或者接插件上还设置有控制长插针和短插针与相应插槽接触的先后顺序的控制部件。
5、如权利要求4所述的系统，其特征在于：所述控制部件为螺钉或与螺钉功能类似的部件。
6、如权利要求4所述的系统，其特征在于：所述控制部件为机械销。
7、如权利要求4所述的系统，其特征在于：所述控制部件为钢珠。
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