JP2007149475A - 活線挿抜方式 - Google Patents

Abstract

【課題】高速信号伝送に対応した高密度実装可能な活線挿抜方式を得る。
【解決手段】活線状態において第１の装置１０に対して第２の装置２０を挿抜する活線挿抜方式であって、第１の装置１０は、抵抗Ｒ１を介して第２の装置２０に充電電圧を供給する第２の電源線１２ｂと、第２の装置２０と接続されることにより、第２の電源線１２ｂをグランドに短絡させるための第２のグランド線１１ｂとを有し、第２の装置２０は、内部回路２４に充電電圧を供給する容量性素子Ｃ１と、抵抗Ｒ２とを有し、第１の装置１０との接続時に、第１の電源線１２ａの接続よりも先に第２の電源線１２ｂの接続を優先させることにより容量性素子Ｃ１に充電を行い、第１の装置１０との接続完了時に、第２の電源線１２ｂを第２のグランド線１１ｂと接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、活線中のシステムに影響を与えないように、パッケージを挿抜するための活線挿抜方式に関する。

従来の活線挿抜を行うシステムは、挿抜部に、電源ピン・グランドピン（ＧＮＤピン）に加え、接続時に電源ピンより先に接触する１本またはそれ以上の本数のプリチャージピンと、それに付随する抵抗性素子等の突入電流制限機構を備えている。これにより、電源ピンが接触する前に回路を定常状態にして、電源ピン接触時の電源電圧変動を抑制することができ、活線挿抜が可能となる。（例えば、特許文献１参照）。

特開平３-２８３２８０号公報（第１頁、図１）

しかしながら、従来技術には次のような課題がある。近年においては、特に、信号の高速化に伴って信号が小振幅化している。これにより、コネクタ等を介して高速信号を伝送させる場合には、クロストークノイズや外部ノイズ等の対策のために、信号ピンの周りにＧＮＤピンを割り当てる必要がある。この結果、プリチャージピンを余分に割り当てる必要がある従来の活線挿抜方式では、高密度化が困難であるという問題点があった。

本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、高速信号伝送に対応した高密度実装可能な活線挿抜方式を得ることを目的とする。

本発明に係る活線挿抜方式は、電源供給用の第１の電源線および第１のグランド線と、信号線群とを有した電源供給源である第１の装置と、第１の装置と接続されることにより電源が供給され、信号線群を介して第１の装置と信号の送受信を行う内部回路を有する第２の装置とを備え、活線状態において第１の装置に対して第２の装置を挿抜する活線挿抜方式であって、第１の装置は、第１の電流制限機構を有し、第１の電流制限機構を介して第２の装置に充電電圧を供給する第２の電源線と、第２の装置と接続されることにより第２の電源線をグランドに短絡させるための第２のグランド線とをさらに有し、第２の装置は、内部回路に充電電圧を供給する容量性素子と、第２の電流制限機構とをさらに有し、第１の装置との接続時に、第１の電源線の接続よりも先に第２の電源線および第１のグランド線の接続を優先させることにより第２の電流制限機構を介して容量性素子に充電を行い、第１の装置との接続完了時に、第２の電源線を第２のグランド線と接続するものである。

本発明によれば、ＧＮＤピンとプリチャージピンを兼用可能とする接続形態を用いることにより、高速信号伝送に対応した高密度実装可能な活線挿抜方式を得ることができる。

以下、本発明の活線挿抜方式の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における活線挿抜方式の構成図である。図１の活線挿抜方式は、電源を供給するバックプレーン等に相当する第１の装置１０と、第１の装置１０に接続されるドータカード等に相当する第２の装置２０とで構成される。

第１の装置１０は、第１のグランド線１１ａ、第２のグランド線１１ｂ、第１の電源線１２ａ、第２の電源線１２ｂ、信号線群１３、抵抗性素子Ｒ１（第１の抵抗性素子に相当）、およびコネクタピン１０１ａ〜１０５ａを備えている。

それぞれの線は、コネクタピン１０１ａ〜１０５ａに代表される接続用の機構につながれ、第２の装置２０と接続される。具体的には、グランド線である第１のグランド線１１ａは、コネクタピン１０１ａに接続され、第２のグランド線１１ｂは、コネクタピン１０２ａに接続されている。また、電源線である第１の電源線１２ａは、コネクタピン１０３ａに接続され、第２の電源線１２ｂは、抵抗性素子Ｒ１を介してコネクタピン１０５ａに接続されている。さらに、信号線群１３は、コネクタピン１０４ａに接続されている。

一方、第２の装置２０は、第１の装置１０のコネクタピン１０１ａ〜１０５ａのそれぞれと接続されるコネクタピン１０１ｂ〜１０５ｂ、抵抗性素子Ｒ２（第２の抵抗性素子に相当）、容量性素子Ｃ１（第１の容量性素子に相当）、グランド線２１、電源線２２、信号線群２３、および内部回路２４で構成される。

第１の装置１０のコネクタピン１０１ａ〜１０５ａと、第２の装置２０のコネクタピン１０１ｂ〜１０５ｂとを接続することにより、内部回路２４は、グランド線２１および電源線２２を介して電源が供給され、信号線群２３より信号線の接続が確立される。

ここで、コネクタ同士の接続は、ピンの長短や回転勘合等の機構により、以下の順序で挿入接続される構成を有している。すなわち、第１の装置１０のコネクタピン１０１ａ〜１０５ａと第２の装置のコネクタピン１０１ｂ〜１０５ｂとの接続順序としては、まず始めに、コネクタピン１０１ａとコネクタピン１０１ｂとが接続され、次に、コネクタピン１０５ａとコネクタピン１０５ｂとが接続され、その後、コネクタピン１０２ａ〜１０４ａのそれぞれとコネクタピン１０２ｂ〜１０４ｂのそれぞれとが接続される。

図１においては、このような接続順序を、第２の装置２０のコネクタピン１０１ｂ〜１０５ｂの位置によって模式的に示している。

次に、このような順序で接続された際の動作について説明する。電源を供給する側である第１の装置１０に対して、活線中に接続すべき第２の装置２０を接続する場合には、まず始めに、第１のグランド線１１ａと接続されているコネクタピン１０１ａが、コネクタピン１０１ｂと接触する。

次いで、抵抗性素子Ｒ１を介して第２の電源線１２ｂとつながっているコネクタピン１０５ａが、コネクタピン１０５ｂと接触し、抵抗性素子Ｒ２を通して容量性素子Ｃ１に充電（プリチャージ）が行われる。これにより、その後にコネクタピン１０３ａとコネクタピン１０３ｂとが接触したときの突入電流が防止される。

コネクタピン１０３ａとコネクタピン１０３ｂとが接触することにより、内部回路２４が動作を開始し、信号線群１３用のコネクタピン１０４ａとコネクタピン１０４ｂとが接触することで通信が可能な状態となる。このとき、第２の電源線１２ｂによるプリチャージ用のコネクタピン１０５ａとコネクタピン１０５ｂとは、第２のグランド線１１ｂに接続されたコネクタピン１０２ａとコネクタピン１０２ｂとが接触することで、電位がグランドに落ち、安定的なグランドシールドとして動作する。

すなわち、上述のような接続構造を有することにより、コネクタピン１０５ａとコネクタピン１０５ｂとが接続される過程ではプリチャージピンとして機能させることができ、その後に、コネクタピン１０２ａとコネクタピン１０２ｂとが接続されてからは、グランドピンとして機能させることができる。

以上のように、実施の形態１によれば、接続順序と接続構成を工夫して、ＧＮＤピンとプリチャージピンを兼用可能とする接続形態を用いることにより、コネクタの接続中にはプリチャージ機構として働かせ、接続完了後は接地として働かせることができる。これにより、高速信号伝送において、各種ノイズ抑制のために、信号ピンの周りをグランドピンで囲む必要があるような場合でも、それらのグランドピンをプリチャージピンとして動作させることができ、ピン数の増加を抑制しつつ、安定的な高速伝送と活線挿抜とを同時に実現できる。

さらに、このような構成を有することにより、プリチャージピン近傍に信号ピンを割り振ることが可能となり、設計の自由度を向上させることが可能となる。

実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態１における活線挿抜方式の構成図である。実施の形態１における図１の構成図と比較すると、図２の構成は、第２の電源線に相当する線を複数有し、接触タイミングの異なる複数のコネクタピンを介して接続する点が異なっている。

具体的には、第１の装置１０内において、第２の電源線に相当する１２ｂ〜１２ｄは、抵抗性素子Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ、Ｒ１ｃ（第１の抵抗性素子に相当）を介してそれぞれコネクタピン１０５ａ、１０６ａ、１０７ａに接続されている。一方、第２の装置２０内において、第２の電源線１２ｂ〜１２ｄの受け側として設けられた３つのコネクタピン１０５ｂ、１０６ｂ、１０７ｂは、ともにコネクタピン１０２ｂに接続されるとともに、それぞれ抵抗性素子Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ、Ｒ２ｃ（第２の抵抗素子に相当）に接続され、容量性素子Ｃ１をプリチャージできる構成を備えている。

ここで、コネクタ同士の接続は、実施の形態１と同様に、ピンの長短や回転勘合等の機構により、以下の順序で挿入接続される構成を有している。すなわち、第１の装置１０のコネクタピン１０１ａ〜１０７ａと第２の装置のコネクタピン１０１ｂ〜１０７ｂとの接続順序としては、まず始めに、コネクタピン１０１ａとコネクタピン１０１ｂとが接続され、次に、第２の電源線１２ｂ〜１２ｄに関連するコネクタピン１０５ａ、１０６ａ、１０７ａとコネクタピン１０５ｂ、１０６ｂ、１０７ｂとが接続され、その後、コネクタピン１０２ａ〜１０４ａのそれぞれとコネクタピン１０２ｂ〜１０４ｂのそれぞれとが接続される。

そして、本実施の形態２においては、上述した第２の電源線１２ｂ〜１２ｄに対応する複数のコネクタピン１０５ａ、１０６ａ、１０７ａと複数のコネクタピン１０５ｂ、１０６ｂ、１０７ｂとの接続が、さらに、以下の順序で挿入接続される構成を有している点を特徴としている。

すなわち、第２の電源線１２ｂ〜１２ｄに関しては、まず始めに、第２の電源線１２ｄに対応するコネクタピン１０７ａとコネクタピン１０７ｂとが接続され、その次に、第２の電源線１２ｃに対応するコネクタピン１０６ａとコネクタピン１０６ｂとが接続され、最後に、第２の電源線１２ｂに対応するコネクタピン１０５ａとコネクタピン１０５ｂとが接続される。

また、この第２の電源線１２ｂ〜１２ｄに関連するコネクタピン１０５ａ、１０６ａ、１０７ａおよびコネクタピン１０５ｂ、１０６ｂ、１０７ｂは、それぞれ信号線群１３用のコネクタピン１０４ａ、１０４ｂの近傍に配置されているとする。

図２においては、このような接続順序および接続構成を、第２の装置２０のコネクタピン１０１ｂ〜１０７ｂの位置によって模式的に示している。

次に、このような順序で接続された際の動作について説明する。電源を供給する側である第１の装置１０に対して、活線中に接続すべき第２の装置２０を接続する場合には、まず始めに、第１のグランド線１１ａと接続されているコネクタピン１０１ａが、コネクタピン１０１ｂと接触する。次いで、抵抗性素子Ｒ１ｃを介して第２の電源線１２ｄとつながっているコネクタピン１０７ａが、コネクタピン１０７ｂと接触し、抵抗性素子Ｒ２ｃを通して容量性素子Ｃ１に充電（プリチャージ）が行われる。

次いで、残りの第２の電源線１２ｃおよび１２ｂに対応するコネクタピンに関して、コネクタピン１０６ａと１０６ｂ、そして１０５ａと１０５ｂと順次接触していく。このようにして、第２の電源線１２ｂ〜１２ｄに関しても順次接続を行うことにより、電源から見た抵抗が徐々に並列化されて合成抵抗が低下していくこととなり、短時間で効率よく容量性素子Ｃ１に充電（プリチャージ）される。

これにより、接続が短時間で行われた場合でも、容量性素子Ｃ１に十分な充電を行うことができ、その後にコネクタピン１０３ａとコネクタピン１０３ｂとが接触した時の突入電流が防止される。

コネクタピン１０３ａとコネクタピン１０３ｂとが接触することにより、内部回路２４が動作を開始し、信号線群１３用のコネクタピン１０４ａとコネクタピン１０４ｂとが接触することで通信が可能な状態となる。このとき、第２の電源線１２ｂ〜１２ｄによるプリチャージ用のコネクタピン１０５ａ、１０６ａ、１０７ａとコネクタピン１０５ｂ、１０６ｂ、１０７ｂとは、第２のグランド線１１ｂに接続されたコネクタピン１０２ａとコネクタピン１０２ｂとが接触することで、電位がグランドに落ち、安定的なグランドシールドとして動作する。

すなわち、上述のような接続構造を有することにより、コネクタピン１０５ａ、１０６ａ、１０７ａとコネクタピン１０５ｂ、１０６ｂ、１０７ｂとが接続される過程ではプリチャージピンとして機能させることができ、その後に、コネクタピン１０２ａとコネクタピン１０２ｂとが接続されてからは、グランドピンとして機能させることができる。

以上のように、実施の形態２によれば、接続順序と接続構成を工夫して、ＧＮＤピンとプリチャージピンを兼用可能とする接続形態を用いることにより、コネクタの接続中にはプリチャージ機構として働かせ、接続完了後は接地として働かせることができる。これにより、高速信号伝送において、各種ノイズ抑制のために、信号ピンの周りをグランドピンで囲む必要があるような場合でも、それらのグランドピンをプリチャージピンとして動作させることができ、ピン数の増加を抑制しつつ、安定的な高速伝送と活線挿抜とを同時に実現できる。

さらに、長さの異なる複数のプリチャージピンを用いることにより、本来なら大量に必要となるプリチャージピンを信号ピン近傍のグランドピンで代用できるので、ピン数の増加を抑制しつつ、安定的な高速伝送が実現できるとともに、接続が短時間で行われた場合にも対応可能な活線挿抜を実現できる。さらに、このような構成を有することにより、プリチャージピン近傍に信号ピンを割り振ることが可能となり、設計の自由度を向上させることが可能となる。

実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３における活線挿抜方式の構成図である。実施の形態１における図１の構成図と比較すると、図３の構成は、第２の電源線１２ｂに接続された抵抗性素子Ｒ１に、他端がグランドにつながれた容量性素子Ｃ２（第２の容量性素子に相当）が接続されている点が異なっている。

次に、図３の構成における動作について説明する。電源を供給する側である第１の装置１０に対して、活線中に接続すべき第２の装置２０を接続する場合には、まず始めに、第１のグランド線１１ａと接続されているコネクタピン１０１ａが、コネクタピン１０１ｂと接触する。次いで、抵抗性素子Ｒ１を介して第２の電源線１２ｂとつながっているコネクタピン１０５ａが、コネクタピン１０５ｂと接触し、抵抗性素子Ｒ２を通して容量性素子Ｃ１に充電（プリチャージ）が行われる。これにより、その後にコネクタピン１０３ａとコネクタピン１０３ｂとが接触した時の突入電流が防止される。

コネクタピン１０３ａとコネクタピン１０３ｂとが接触することにより、内部回路２４が動作を開始し、信号線群１３用のコネクタピン１０４ａとコネクタピン１０４ｂとが接触することで通信が可能な状態となる。このとき、第２の電源線１２ｂによるプリチャージ用のコネクタピン１０５ａとコネクタピン１０５ｂとは、第２のグランド線１１ｂに接続されたコネクタピン１０２ａとコネクタピン１０２ｂとが接触することで、電位がグランドに落ち、安定的なグランドシールドとして動作する。

さらに、グランドと接続された容量性素子Ｃ２の存在により、接続されたコネクタピン１０５ａとコネクタピン１０５ｂとが高周波領域においてスタブとして振舞うのを防ぐことができる。この結果、コネクタピン１０５ａとコネクタピン１０５ｂとは、高周波領域まで安定的なグランドシールドとして動作する。

すなわち、上述のような接続構造を有することにより、コネクタピン１０５ａとコネクタピン１０５ｂとが接続される過程ではプリチャージピンとして機能させることができ、その後に、コネクタピン１０２ａとコネクタピン１０２ｂとが接続されてからは、グランドピンとして機能させることができ、さらに、高周波領域まで安定的なグランドシールドとして動作させることが可能となる。

以上のように、実施の形態３によれば、接続順序と接続構成を工夫して、ＧＮＤピンとプリチャージピンを兼用可能とする接続形態を用いることにより、コネクタの接続中にはプリチャージ機構として働かせ、接続完了後は接地として働かせることができる。これにより、高速信号伝送において、各種ノイズ抑制のために、信号ピンの周りをグランドピンで囲む必要があるような場合でも、それらのグランドピンをプリチャージピンとして動作させることができ、ピン数の増加を抑制しつつ、安定的な高速伝送と活線挿抜とを同時に実現できる。

さらに、第２の容量性素子を有することにより、高周波領域まで安定的なグランドシールドとして動作させることが可能となる。さらに、このような構成を有することにより、プリチャージピン近傍に信号ピンを割り振ることが可能となり、設計の自由度を向上させることが可能となる。

なお、実施の形態３における図３の回路構成は、図１に対して容量性素子Ｃ１をさらに備えた場合について示しているが、実施の形態２における図２で示したような、第２の電源線が複数有る回路構成に対しても、それぞれに容量性素子を接続することにより、実施の形態３と同等の効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１における活線挿抜方式の構成図である。 本発明の実施の形態２における活線挿抜方式の構成図である。 本発明の実施の形態３における活線挿抜方式の構成図である。

符号の説明

１０ 第１の装置、１１ａ 第１のグランド線、１１ｂ 第２のグランド線、１２ａ 第１の電源線、１２ｂ〜１２ｄ 第２の電源線、１３ 信号線群、２０ 第２の装置、２１ グランド線、２２ 電源線、２３ 信号線群、２４ 内部回路、１０１ａ〜１０７ａ、１０１ｂ〜１０７ｂ コネクタピン、Ｒ１、Ｒ１ａ〜Ｒ１ｃ 抵抗性素子（第１の抵抗性素子）、Ｒ２、Ｒ２ａ〜Ｒ２ｃ 抵抗性素子（第２の抵抗性素子）、Ｃ１ 容量性素子（第１の容量性素子）、Ｃ２ 容量性素子（第２の容量性素子）。

Claims (3)

1. 電源供給用の第１の電源線および第１のグランド線と、信号線群とを有した電源供給源である第１の装置と、
   前記第１の装置と接続されることにより電源が供給され、前記信号線群を介して前記第１の装置と信号の送受信を行う内部回路を有する第２の装置と
   を備え、活線状態において前記第１の装置に対して前記第２の装置を挿抜する活線挿抜方式であって、
   前記第１の装置は、
   第１の電流制限機構を有し、前記第１の電流制限機構を介して前記第２の装置に充電電圧を供給する第２の電源線と、
   前記第２の装置と接続されることにより前記第２の電源線をグランドに短絡させるための第２のグランド線と
   をさらに有し、
   前記第２の装置は、前記内部回路に充電電圧を供給する第１の容量性素子と、第２の電流制限機構とをさらに有し、前記第１の装置との接続時に、前記第１の電源線の接続よりも先に前記第２の電源線および前記第１のグランド線の接続を優先させることにより前記第２の電流制限機構を介して前記第１の容量性素子に充電を行い、前記第１の装置との接続完了時に、前記第２の電源線を前記第２のグランド線と接続する
   ことを特徴とする活線挿抜方式。
2. 請求項１に記載の活線挿抜方式において、
   前記第１の装置内の前記第２の電源線は、複数の接続経路を有し、
   前記第２の装置は、前記複数の接続経路を異なるタイミングで順次接続することにより前記第１の容量性素子に充電を行う
   ことを特徴とする活線挿抜方式。
3. 請求項１または２に記載の活線挿抜方式において、
   前記第１の装置内の前記第２の電源線は、一端が前記第２の装置との接続部に接続され、他端がグランドと接続された第２の容量性素子をさらに有することを特徴とする活線挿抜方式。

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