CN202058060U - uTCA硬件通用平台系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种uTCA硬件通用平台系统，其特征在于：主体是机箱，在机箱内部包含有两个电源模块，将电源冗余配置的Oring电路模块，一个背板，以及并列安装在背板上的MCH模块、AMC模块和风扇散热单元，其中，所述电源模块为普通常用电源模块，安装在背板外部。所述AMC模块1～12块，12块全高尺寸AMC板卡可同时并列运行，背板上设有热插拔控制电路，与MCH板块、AMC板块和风扇散热单元分别形成一一对应控制关系。不采用标准的uTCA电源板卡，而改成比较常见的模块电源，使得电源管理更加简单，降低了系统关联不大的管理层面开发难度及成本，支持双MCH模块主从备份，增强可靠性，支持12个满配置的全高尺寸的AMC模块，提高了系统容量。

Description

uTCA硬件通用平台系统

技术领域：

本实用新型涉及一种电信级的通用硬件平台，该平台基于uTCA标准，能够兼容标准的AMC板卡，降低了硬件成本增加了容量，使其实用性大大加强的uTCA硬件通用平台系统。 

背景技术：

作为当今业界流行的模块化硬件平台标准--AdvanedTCA标准的补充，uTCA硬件技术标准主要针对的是网络通信、医疗影像处理、嵌入式控制和军工等的应用，其高带宽、模块化、灵活性及高性价比等方面的优势，已被运用到更为广泛的应用领域，成为当今构建高性价比模块化标准硬件平台的优选标准。 

一个典型的uTCA系统包括：10块AMC(Advanced Mezzanine Card)模块、1或2个MCH(uTCA Carrier Hub)、互连背板以及电源和散热等模块。AMC板卡按照其物理尺寸不同有四种形式：单宽全高、单宽半高、双宽全高、双宽半高，不过实际上因为器件高度空间散热等因素影响，以单宽全高最为常见，其它三种形式的板卡在市面上难觅踪迹，一般在开发产品的时候也不采用这三种方式。虽然uTCA标准对机箱的机械结构并未作出具体的规定，但是19英寸的机架已经是电信机房的结构标准，所以一般的电信设备都是19英寸宽度。市面上的19英寸uTCA机箱也有一些，但是这些产品都使用的是标准的uTCA电源模块，由于电源模块占用了槽位，所以使得这些机箱只能支持10个全高尺寸的AMC板卡，虽然使用4个半高尺寸的AMC板卡在这些机箱上面也能达到12个AMC板卡的容量。但是因为AMC 板卡本身就非常紧凑，板上元器件密度非常高，如果要做成半高尺寸的话一方面元器件高度很难符合要求，另外半高尺寸的AMC板卡散热非常困难，所以半高尺寸的AMC板卡市面上非常稀少基本见不到。所以前期我们购买的标准uTCA平台只能使用10个AMC板卡，有两个半高尺寸的槽位就这样白白浪费了不说，而且也达不到标准规定的12个AMC板卡容量。在标准的uTCA里面AMC板卡供电都要由电源模块来控制，这个特点使得uTCA系统使用起来特别麻烦，一般来说电源只负责供电就行了，而在uTCA系统里面，需要电源模块与MCH、AMC板卡通讯以后才由电源模块来给功能模块供电，这里面涉及到一些比较繁琐的IPMI通讯协议，使得电源模块非常复杂，一般的厂家难于开发；所以有时候拿来一个电源板卡需要较长时间的调试才能让AMC板卡供上电；而且不同厂家的电源模块协议会有些不一样，相互之间兼容性不好，调试完一家的电源板卡再用另外一家的电源模块还得重新调试，虽然有标准，可实际的产品各家并不能完全兼容。 

发明内容：

本实用新型解决的技术问题是提供一种降低uTCA系统成本提高系统容量，增强稳定性和可靠性，提供一种实用能兼容标准AMC板卡的高带宽配置灵活的uTCA硬件通用平台系统。 

本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：一种uTCA硬件通用平台系统，主体是机箱，在机箱内部包含有两个电源模块，将电源冗余配置的Oring电路模块，一个背板，以及并列安装在背板上的MCH模块、AMC模块和风扇散热单元，其中，所述电源模块为普通常用电源模块，安装在背板外部。 

为了提高系统容量，所述AMC模块1～12块，12块全高尺寸AMC板卡可同 时并列运行。 

为了实现热插拔功能，所述背板上设有热插拔控制电路，与MCH模块、AMC模块和风扇散热单元分别形成一一对应控制关系。所述热插拔控制电路包括管理电源热插拔控制电路和负载电源热插拔控制电路。其中，管理电源热插拔控制电路中，热插拔控制器的1极接地；2极接3.3V电压；3极通过第四电阻R4接3.3V电压；4极通过第三电阻R3接3.3V电压；5极通过第二电阻R2接3.3V电压；6极连接两路，一路连接管理电源输出口2，另一路通过第二电容C2接地；7极连接两路，一路连接管理电源输出口1，另一路通过第一电容C1接地；8极通过第一电阻R1接3.3V电压；负载电源热插拔控制电路中，热插拔控制器的1极通过第九电阻R9分为两路，一路接负载电源输出口，另一路经过并联的第三电容C3、第四电容C4后接地；2极连接两路，一路通过第七电阻R7接负载电源输出口，另一路经过三极管Q1后接12V电压；3极连接两路，一路通过三极管Q1后接12V电压，另一路通过串联的第八电阻R8和第五电容C5后接地；4极接地；5极接12V电压；6极通过第六电容C6后接地；7极通过第十一电阻R11后接3.3V电压；8极连接两路，一路通过第十电阻R10后接地，另一路通过第十二电阻R12后连接热插拔控制电路。 

采用上述结构后，其特点是：本实用新型不采用标准uTCA电源模块，而采用普通常用电源模块，降低系统供电的复杂性，同时也降低了成本，使得开发uTCA系统的技术难度大大降低；可以支持12个全高尺寸的AMC板卡，提高了系统容量；背板拓扑可灵活定制。 

附图说明：

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。 

图1是本实用新型实施例uTCA系统背板的电源供电功能框图； 

图2是本实用新型实施例负载电源部分热插拔以及控制框图； 

图3是本实用新型实施例管理电源部分热插拔以及控制框图； 

图4是本实用新型实施例管理电源控制说明框图； 

图5是本实用新型实施例负载电源控制说明框图； 

图6是本实用新型实施例管理电源热插拔控制电路及其控制原理图； 

图7是本实用新型实施例负载电源热插拔控制电路及其控制原理图。 

具体实施方式：

图1所示一种uTCA硬件通用平台系统，主体是机箱，在机箱内部包含有两个电源模块，将电源冗余配置的Oring电路模块(即操作电路模块)，一个背板，以及并列安装在背板上的MCH模块、AMC模块和风扇散热单元，其中，所述电源模块为普通常用电源模块，安装在背板外部，AMC模块1～12块，12块全高尺寸AMC板卡可同时并列运行。该系统对电源模块的要求为220VAC或者-48VDC输入，+12V单路输出，功率为650W，这样的电源模块技术要求比标准的uTCA电源模块简单很多，市面上也较容易采购到，价格也相对便宜许多，大大降低了系统成本。AC或者DC输入电源经过两个电源模块转换后分别输出12V_1、12V_2，然后这两种电源经过Oring电路混合成一路12V输出，该12V为整个系统的基础供电。由图可以看出由于Oring电路的存在，2个电源模块互为冗余备份，其中任何一个故障并不影响整个系统的供电。而且，依据系统所采用的电源模块的不同可以使用AC或者DC供电，甚至可以采用AC、DC混合供电，使用非常方便。 

图2所示在经过Oring电路混合以后，背板上设有热插拔控制电路，与MCH模块、AMC模块和风扇散热单元分别形成一一对应控制关系，12V电 源直接提供到16个热插拔控制器，该16个热插拔控制器分别给2个MCH模块、12个AMC模块以及前后风扇散热单元提供电源，这样该系统的每个模块都可以热插拔，方便更换和维护。而且该热插拔控制器都具有ON/OFF控制，由图可以看出每个模块的12V供电都可以由主MCH进行ON/OFF控制，这样做的好处是当主MCH检测到某一个模块出现故障可以将其电源关闭，进行下电后上电复位，也可以直接将其电源关闭，让故障模块停止工作。 

图3所示12V电压经过背板的DC-DC电源模块，产生+3.3V，该+3.3V为整个系统的管理平面提供电源。其原理与12V供电基本一致，每路都支持热插拔和ON/OFF控制。由图可以看出该电源方案非常灵活，而且每个模块都支持热插拔。 

图4是本实施例uTCA系统硬件平台管理电源部分控制框图，当MCH模块或者AMC模块插入底板以后，该槽位PS#信号被拉低，经过反向电路，控制该槽位的热插拔控制电路打开，这样该槽位的管理电源就可以上电了，管理平面开始工作。另外，当某功能模块管理层面出现故障时，主MCH模块可以通过IO扩展将该槽位的管理电源关闭或者复位。 

图5是本实施例uTCA系统硬件平台负载电源部分控制框图，主MCH模块上电以后，轮询查询各槽位的在位信号PS#，当检测到该槽位的PS#被拉低以后，就通过I PMB总线与该槽位进行通讯，通讯完成以后就通过IO扩展器将该槽位的热插拔控制电路设置为ON，该槽位负载电源就可以上电，业务层面就可以开始工作了。当业务层面出现故障时，主MCH可以通过IO扩展电路将该槽位的负载电源关闭。 

图6是本实用新型实施例管理电源热插拔控制电路及其控制原理图。热插拔控制器的1极接地；2极接3.3V电压3极通过第四电阻R4 接3.3V电压；4极通过第三电阻R3接3.3V电压；5极通过第二电阻R2接3.3V电压；6极连接两路，一路连接管理电源输出口2，另一路通过第二电容C2接地；7极连接两路，一路连接管理电源输出口1，另一路通过第一电容C1接地；8极通过第一电阻R1接3.3V电压，管理电源统一为3.3V，热插拔控制器可以处理2路热插拔，所以在该系统中一共需要7个这样的电路来给2个MCH模块以及12个AMC模块提供管理电源。 

图7是本实用新型实施例负载电源热插拔控制电路及其控制原理图，热插拔控制器的1极通过第九电阻R9分为两路，一路接负载电源输出口，另一路经过并联的第三电容C3、第四电容C4后接地2极连接两路，一路通过第七电阻R7接负载电源输出口，另一路经过三极管Q1后接12V电压；3极连接两路，一路通过三极管Q1后接12V电压，另一路通过串联的第八电阻R8和第五电容C5后接地；4极接地；5极接12V电压；6极通过第六电容C6后接地；7极通过第十一电阻R11后接3.3V电压；8极连接两路，一路通过第十电阻R10后接地，另一路通过第十二电阻R12后连接热插拔控制电路。负载电源统一为12V，只能处理单路电源，所以在系统中一共需要16个这样的电路来给2个MCH模块、12个AMC模块以及2个风扇散热单元提供负载电源。 

业务层面的板间信号拓扑结构，该背板完全支持PCIMG uTCA.0Specification1.0RC2规范中推荐的12个AMC模块容量的要求，而且不需要使用4个半高尺寸的AMC模块来达到此要求，该系统完全支持12个全高尺寸的AMC模块。 

AMC模块的Port0接到左边的MCH模块，AMC模块的Port1接到右边的MCH模块，这样构成了一个双星型的拓扑结构。在实际使用中这两个Port的SerDes信号为千兆以太网，这样就构成了一个完整的基于千兆以太网的高速互联硬件平台，12个AMC模块可以通过千兆以太网进行相互之间的数据传输。另外，对于AMC模块的Fat pipe端口也以4路SerDes为一组，连接到了MCH模块上面，这里可以用于RapidIO或者PCIe等高速数据传输用途。对Fat pipe拓扑的处理不一定也是双星结构，如果系统不需要这样的拓扑结构，可以进行自定义互联拓扑以实现不同的功能。 

对于需要时钟同步的系统，12个AMC模块也可以通过双星型的拓扑结构从MCH获取时钟，保证各AMC模块功能模块能够做到精确的时钟同步。本实用新型不采用标准的uTCA电源板卡，而改成比较常见的模块电源，使得电源管理更加简单，降低了系统关联不大的管理层面开发难度及成本，支持双MCH模块主从备份，增强可靠性，支持12个满配置的全高尺寸的AMC模块，提高了系统容量。 

Claims (6)

1.一种uTCA硬件通用平台系统，其特征在于：主体是机箱，在机箱内部包含有两个电源模块，将电源冗余配置的Oring电路模块，一个背板，以及并列安装在背板上的MCH模块、AMC模块和风扇散热单元，其中，所述电源模块为普通常用电源模块，安装在背板外部；所述Oring电路模块为操作电路模块。

2.根据权利要求1所述的uTCA硬件通用平台系统，其特征是：所述AMC模块1～12块，12块全高尺寸AMC板卡可同时并列运行。

3.根据权利要求1所述的uTCA硬件通用平台系统，其特征是：所述背板上设有热插拔控制电路，与MCH模块、AMC模块和风扇散热单元分别形成一一对应控制关系。

4.根据权利要求3所述的uTC硬件通用平台系统，其特征是：所述热插拔控制电路包括管理电源热插拔控制电路和负载电源热插拔控制电路。

5.根据权利要求4所述的uTCA硬件通用平台系统，其特征是：所述管理电源热插拔控制电路中，热插拔控制器的1极接地；2极接3.3V电压；3极通过第四电阻(R4)接3.3V电压；4极通过第三电阻(R3)接3.3V电压；5极通过第二电阻(R2)接3.3V电压；6极连接两路，一路连接管理电源输出口2，另一路通过第二电容(C2)接地；7极连接两路，一路连接管理电源输出口1，另一路通过第一电容(C1)接地；8极通过第一电阻(R1)接3.3V电压。

6.根据权利要求4所述的uTCA硬件通用平台系统，其特征是：所述负载电源热插拔控制电路中，热插拔控制器的1极通过第九电阻(R9)分为两路，一路接负载电源输出口，另一路经过并联的第三电容(C3)、第四电容(C4)后接地；2极连接两路，一路通过第七电阻(R7)接负载电源输出口，另 一路经过三极管(Q1)后接12V电压；3极连接两路，一路通过三极管(Q1)后接12V电压，另一路通过串联的第八电阻(R8)和第五电容(C5)后接地；4极接地；5极接12V电压；6极通过第六电容(C6)后接地；7极通过第十一电阻(R11)后接3.3V电压；8极连接两路，一路通过第十电阻(R10)后接地，另一路通过第十二电阻(R12)后连接热插拔控制电路。 

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