JP3699729B2 - 活線挿抜を実現する入出力装置 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は活線挿抜を実現する入出力装置に関し、より詳細には、動作中のシステムバスのような独立して動作している信号回路網の中に、動作を停止させることなく他の電子回路装置を挿抜するための装置に関する。
背景技術
近年の計算機システムにおける処理装置の高速・高性能化は、その処理結果の転送路であるシステムバスの転送速度の向上も要求している。またシステムの多様化に伴い、種々の機能を有する電子回路装置もシステムバスに多く接続する必要性が上っている。計算機システムの担う役割は一層重大化してきており、前記電子回路装置を含む拡張装置の保守のためとは言え、システムの停止は許されない傾向にあり、活線でこれら拡張装置の挿抜を行う必要が出てきている。一方で共有バスシステムのような形態では高速動作のために、バス信号波形を早期整定するための各拡張装置における工夫も必要とされる。
従来、特開平5−127777号（公知例１と称す）に開示されるように、事前にコード等により電源を供給し、バスドライバのディセーブル制御（開制御）を行うものと、特開平4−171520号（公知例２）に開示されるように、電源とドライバの開閉制御線は長ピンで、他のバス信号線は短ピンでバス回路に接続され、挿入時にドライバの開閉制御線をあらかじめディセーブルしておくことにより、挿入によるバス上の信号の擾乱を防ぐものがある。しかし、公知例１では挿抜に際して事前にコードを接続するという手順が繁雑であり、また公知例２では事前に開閉制御線をディセーブルしなければならず、いずれにしても不用意に挿抜を行った場合のドライバディセーブルを保証できないため、システムダウン等を引き起こす可能性がある。
発明の開示
本発明の目的は、活線挿抜可能な入出力装置に関し、入出力装置に信号遅延の小さいトランスファゲートを用いて挿抜時にディセーブルを確保することにより、高速動作可能なバスで、拡張装置の挿抜が他の電子回路装置のバス信号伝送を阻害しない入出力装置を提供することである。
また本発明の他の目的は、活線挿抜可能な入出力装置に関し、拡張装置内部の電源系統を多重化し、拡張装置内部の特に入出力装置のハイ・インピーダンス（高絶縁）保持が不安定とならないようにすると同時に、拡張装置を挿抜する際に電源に与える影響を低減し、挿抜に関与しない電子回路装置の動作が不安定とならないような入出力装置を提供することである。
また本発明の他の目的は、入出力装置に関し、電子回路装置の入出力部でありバスから一定の近距離である位置にトランスファゲートを挿入配置することにより、バス動作波形を迅速に整定し高速バスへ適用可能な方式を提供することにある。
本発明の入出力装置は、複数の信号分岐配線を有する信号回路網と複数の電子回路装置とを接続する入出力装置において、前記電子回路装置は、前記信号回路網が配線される印刷基板とは別の拡張装置上に配置され、前記拡張装置は、挿入時最初に接触し抜去時最後に隔離する長ピン対と、挿入時前記長ピンより後に接触し抜去時前記長ピンより先に隔離する短ピン対とを含むコネクタを介して前記信号回路網と接続し、前記入出力装置に電力を供給する入出力装置用電源部を有し、前記入出力装置用電源部は、前記長ピン対を介して主電源に接続し、前記入出力装置は、複数のトランスファゲートを含み、前記トランスファゲートは、二つの入出力端子と、開閉制御端子とを有し、前記複数のトランスファゲートの一方の入出力端子は、前記短ピン対を介して前記複数の信号分岐配線と接続し、前記複数のトランスファゲートのもう一方の入出力端子は、前記電子回路装置と接続し、前記複数のトランスファゲートの開閉制御端子は、前記拡張装置内で前記入出力装置用電源部の正負いずれかの電源に抵抗を介して接続することを特徴とする。
さらに本発明の入出力装置は、前記複数のトランスファゲートの開閉制御端子は、前記短ピン対を介して前記トランスファゲートの開閉制御を行う制御装置に接続することを特徴とする。
さらに本発明の制御装置は、前記電子回路装置が前記信号回路網の信号を取り込むために用いる基準信号に同期して、前記開閉制御端子の駆動を行うことを特徴とする。
さらに本発明の制御装置は、前記複数の拡張装置が前記信号回路網に接続されているか否かを認識する接続認識手段を有し、前記接続認識手段より判明した前記複数の拡張装置の接続状態を設定する接続状態レジスタを一つ以上有することを特徴とする。
さらに本発明の制御装置は、開閉制御レジスタを有し、前記開閉制御レジスタの各入出力装置に対応する領域に開あるいは閉情報を書き込むことにより各入出力装置毎の開閉を制御することを特徴とする。
さらに本発明の拡張装置は、前記入出力装置にのみ電力を供給する入出力装置用電源部と、前記入出力装置以外の装置に電力を供給する回路用電源部とを有し、前記入出力装置用電源部は、第一の長ピン対を介して主電源に接続し、前記回路用電源部は第二の長ピン対を介して前記主電源とは異なる予備充電電源に接続することを特徴とする。
さらに本発明の拡張装置は、前記入出力装置にのみ電力を供給する入出力装置用電源部と、前記入出力装置以外の装置に電力を供給する回路用電源部とを有し、前記入出力装置用電源部は、第一の長ピン対を介して前記主電源に接続し、前記回路用電源部は第二の長ピン対を介して前記主電源に接続することを特徴とする。
さらに本発明の拡張装置は、前記入出力装置にのみ電力を供給する入出力装置用電源部と、前記入出力装置以外の装置に電力を供給する回路用電源部とを有し、前記入出力装置用電源部は、第一の長ピン対を介して前記主電源に接続し、前記回路用電源部は第二の長ピン対を介してキャパシタに接続し、前記キャパシタは前記主電源から充電されることを特徴とする。
さらに本発明の入出力装置は、前記キャパシタが、前記主電源から抵抗、あるいは抵抗とダイオードを介して充電されることを特徴とする。
さらに本発明の入出力装置は、前記回路用電源部は、短ピン対を介して前記主電源に接続することを特徴とする。
さらに本発明の拡張装置は、前記入力装置用電源部と前記回路用電源部は、前記電子回路装置が配線される印刷基板上で、配線材の存在しない空間を介在して配線されることを特徴とする。
さらに本発明の拡張装置は、前記入力装置用電源部と前記回路用電源部とに電力を供給するコネクタ上のピンは、コネクタ上で最大引き離して配置されることを特徴とする。
また本発明の入出力装置は、複数の信号分岐配線を有する信号回路網と複数の電子回路装置とを接続する入出力装置において、前記入出力装置は、複数のトランスファゲートを含み、前記トランスファゲートは、二つの入出力端子と、開閉制御端子とを有し、第一の信号分岐配線は、前記トランスファゲートの一方の入出力端子と前記信号回路網とを接続し、第二の信号分岐配線は、前記複数のトランスファゲートのもう一方の入出力端子と前記電子回路装置とを接続し、前記トランスファゲートの開閉制御端子は、前記トランスファゲートの前記二つの入出力端子間を常に導通状態とするような電位に保持し、前記第一の信号分岐配線長を１．５インチ以下とすることで信号回路網の反射波を軽減し、前記第二の信号分岐配線長を１．５インチ以上とすることで前記電子回路装置の配置制限を軽減することを特徴とする。
本発明は、以上の構成を備えているので、拡張装置の挿抜時においても、トランスファゲートに安定な電源が与えられると同時にトランスファゲートの開閉制御端子にディセーブル信号が与えられ、トランスファゲートの入出力端子はハイ・インピーダンスが保証され、挿抜時にシステムバスに与える影響を最小にすることが可能である。
さらに、本発明は、複数の拡張装置に電力を供給する主電源以外に予備充電電源を準備し、さらに拡張装置内の電源系統を、拡張装置挿入当初から安定な主電源に接続する安定電源系統と、拡張装置挿入時には予備充電電源に接続する非安定電源系統とを用意し、拡張装置挿入当初から入出力端子を確実にハイ・インピーダンスにする必要のあるトランスファゲートには安定電源系統から電力を供給し、拡張装置に存在する容量負荷の充電には非安定電源系統から電力を供給することにより、拡張装置の挿抜時においても、主電源に対する影響を低減して、システムバスで動作中の他の拡張装置は安定に動作を継続できるものである。なお、予備充電電源は、主電源が安定に電力を供給できる限り主電源で兼用してもよい。
また、本発明は、電子回路装置の入出力部でありバスから一定の近距離である位置にトランスファゲートを挿入配置することにより、トランスファゲートの電子回路装置側の反射の影響をトランスファゲートで遮閉し、バス信号の多重反射波は短時間で減衰し、バス信号波形を迅速に整定できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示すもので、システムバスと拡張装置との接続を示す全体図であり、第２図は拡張装置に電力を供給する入出力装置の一実施例であり、第３図は拡張装置に電力を供給する複数の電源の一実施例であり、第４図は拡張装置に電力を供給する入出力装置の他の実施例であり、第５図は拡張装置における独立の電源領域実装例であり、第６図は特に複数の拡張装置と接続された制御装置の一実施例であり、第７図は拡張装置をシステムバスに論理的に接続する際の接続制御タイミング例であり、第８図は拡張装置がシステムバスに挿入されたことを通知する装置の一実施例であり、第９図はトランスファゲートを用いた入出力装置の一実施例である。
１００……システムバス、１１０……主電源、２００……タップ束（信号分岐配線）、３００……モススイッチ、３１０……トランスファゲート、４００……電子回路装置、５００……制御装置、６００……制御線、７００ａ，ｂ……コネクタ、８００……拡張装置
発明を実施するための最良の形態
本発明の実施例の活線挿抜を実現する入出力装置に関し、機能ブロック図を第１図（ａ）に示す。
第１図（ａ）は、バス（ＢＵＳ）と電源（ＰＯＷＥＲ）に接続する拡張装置８００を示しており、拡張装置８００には、複数のトランスファゲートを含むモススイッチ３００と、拡張装置８００の挿抜時にモススイッチ３００をハイ・インピーダンスに制御するハイ・インピーダンス保持回路３５０（Ｈｉ−Ｚ ＨＯＬＤ）と、バスに接続し動作する電子回路装置４００（ＢＵＳＬＯＡＤ）が含まれる。さらに、バスと電源に拡張装置８００を挿入する場合に、電源，バスの順番で接続し、抜去する場合にバス，電源の順番で隔離する接続手段を有する。ここでは長短ピンコネクタで示している。
トランスファゲートは、ＭＯＳ素子の一種であり、ＭＯＳトランジスタのゲート端子をイネーブル（閉制御）するとドレイン・ソース端子間は導通状態となり、ゲート端子をディセーブルするとドレイン・ソース端子間をハイ・インピーダンス状態にするものである。トランスファゲートは通信回線を切り替えるためのクロスバ・スイッチ等に用いることもできる。
電源に関し、バス回路上で使用する電子回路装置全てで電源を共有するのが一般的である。しかし拡張装置挿抜時の電源負荷変動は、他の電子回路装置の動作を不安定なものにする恐れがある。信頼性を向上させるためには、拡張装置の挿抜時でも電源の揺らぎがシステムで定められる値に収まるよう、電源の容量を定常負荷状態より大きなものにすることが望ましい。
本発明の実施例によると、拡張装置８００の挿抜時に動作中のバスに与える影響を小さくすることが可能である。すなわち、拡張装置８００の挿入時に、はじめ電源が拡張装置８００に供給され、ハイ・インピーダンス保持装置３５０はモススイッチ３００をハイインピーダンスにするようモススイッチの信号線を駆動する。その後ハイインピーダンスとなったモススイッチ３００がバスに接続し、外部よりモススイッチ300のイネーブル制御を行い電子回路装置とバスが接続され、挿入動作は完了する。挿入動作中バスとモススイッチ３００の接続する際に、モススイッチ３００はハイ・インピーダンスが保証でき容量負荷を小さくすることが可能なため、バスの動作中でも拡張装置８００の挿入が可能である。第１図（ｂ）は、本発明の実施例を確実に機能させるために、本発明の実施例を適用する場合の電源配線例を示す。すなわち、一般に大きな容量負荷を有する電子回路装置４００に電源が初めて接続されると、容量負荷を充電するための突入電流により電源が揺らぎ、モススイッチ３００の動作が保証できないばかりか、他の拡張装置と電源を共有している場合には、動作中のバスまで影響を与える虞があるからである。そこで、少なくとも接続動作中には、モススイッチ３００とハイ・インピーダンス保持回路３５０には安定な電源ＰＯＥＷＲ＿１から電力を供給し、電子回路装置４００にはＰＯＥＷＲ＿１とは異なる電源ＰＯＥＷＲ＿２から電力を供給する。電源系統を分離することにより、拡張装置８００挿入時に確実にモススイッチ３００がハイ・インピーダンスとなるよう動作することを保証でき、またＰＯＥＷＲ＿２を通常動作で使用する電源と分離することにより、他の拡張装置の動作を保証する。
以下では、各機能の詳細な実施例について述べる。
本発明の活線挿抜を実現する入出力装置に関する一実施例を、第１図（ｃ）に示し以下に説明する。
第１図（ｃ）は、複数の信号線を有するシステムバス１００と、システムバス１００の分岐であるタップ束２００と、モススイッチ３００（ＭＯＳ−ＳＷ）と、バスに接続し動作する電子回路装置400（BUSLOAD）と、モススイッチ３００の開閉制御をする制御装置５００（ＣＮＴ）と、モススイッチ３００を開閉制御する制御線６００と、システムバス100が配線される印刷基板とは別の拡張装置８００と、拡張装置８００上でモススイッチ３００の負極性の開閉制御端子２４２に接続する抵抗810と、システムバス１００と拡張装置８００とを接続するコネクタ700a，７００ｂと、拡張装置８００に電力を供給する主電源１１０を示している。なお拡張装置はシステムバス１００に複数接続しても良く、本実施例では以下、複数の拡張装置を代表して拡張装置８００と称す。
コネクタ７００ａ，７００ｂは、拡張装置８００の挿入時最初に接触し抜去時最後に隔離する長ピン対と、挿入時長ピンより後に接触し抜去時長ピンより先に隔離する短ピン対を有する。
モススイッチ３００は、複数のトランスファゲート３１０とトランスファゲート３１０のゲートを駆動するドライバ３２０とを含み、トランスファゲート３１０は、電子回路装置４００と、短ピン対（７１０ａ〜７１ｎａ，７１０ｂ〜７１ｎｂ）を介してタップ２１０〜２１ｎとにそれぞれ接続している。ドライバ３２０は入出力装置用正電源部２４０と負電源部２４１から電力を供給される。入出力装置用正電源部２４０と負電源部２４１は、長ピン対（720a〜721a，720b〜721b）を介して安定な主電源１１０に接続している。
抵抗８１０について、一方は開閉制御端子２４２に接続し、もう一方は主電源１１０から長ピン対（７２０ａ，７２０ｂ）を介して供給される入出力装置用正電源部２４０に接続する。開閉制御端子２４２は短ピン対（７３０ａ，７３０ｂ）と制御線６００を介して制御装置５００にも接続する。ここでシステムバスの動作周期に比べ十分小さい時間内で制御装置５００から制御線６００を駆動できるよう、抵抗８１０の抵抗値は大きくすることが望ましい。
電子回路装置４００がシステムバス１００に信号の伝送をするためには、制御装置５００が制御線６００を「論理負の電位」（以後単にＬＯＷと称す。同様に「論理正の電位」を以後単にＨＩＧＨと称す）にすることによりモススイッチ３００内のそれぞれのトランスファゲート３１０をイネーブルする必要がある。その結果電子回路装置４００はシステムバス１００と接続し、システムバス１００に接続されている他の電子回路装置との信号の伝送が可能となる。
本発明の技術思想は、モススイッチ３００の電源と開閉制御端子242の電位を、入出力線２２０〜２２ｎが接続される前に確保することにより、制御装置５００の介在なしに拡張装置８００挿入時における入出力線２２０〜２２ｎのハイ・インピーダンスを保証することである。そのためには入出力線２２０〜２２ｎが接続されるよりも先にモススイッチ３００と開閉制御端子２４２の動作を保証する手段が必要であり、本実施例では長短ピンを有するコネクタを用いて電源と信号線の接続順序を確保し、モススイッチ３００の安定動作を図っている。
拡張装置８００を挿抜する時に、システムバス１００に悪影響を与えないで挿抜を実行できることを以下に説明する。
オペレータが拡張装置８００を挿入する場合、最初に長ピン対（720a，７２０ｂ）により安定な主電源１１０の正電圧が入出力装置用正電源部２４０に与えられ、同時に長ピン対（７２１ａ，７２１ｂ）により安定な主電源１１０の負電圧が負電源部２４１に与えられる。このとき抵抗８１０を介してモススイッチ３００の開閉制御端子２４２にＨＩＧＨが加わるため、モススイッチ３００は電源が確保され、且つディセーブル状態であり、入出力線２２０〜２２ｎはハイ・インピーダンスを保証される。さらに拡張装置８００が挿入されると、ハイ・インピーダンス状態の入出力線２２０〜２２ｎとタップ２１０〜２１ｎが、短ピン対（７１０ａ〜７１ｎａ，７１０ｂ〜７１ｎｂ）を介して接続する。コネクタ７００ａと７００ｂの全てのピンが接続された後に制御装置５００は、制御線６００を介して開閉制御端子２４２をＬＯＷに駆動し、電子回路装置４００とシステムバス１００を接続する。上述の構成により、拡張装置８００の挿入時におけるモススイッチ３００の入出力線２２０〜２２ｎはハイ・インピーダンスを保証されているため、システムバス１００に与える負可変動の影響は微かである。
次にオペレータが拡張装置８００を抜去する場合、まず抜去前にオペレータは制御装置５００に指示を与え、制御線６００を介して開閉制御端子２４２をＨＩＧＨに駆動し、電子回路装置４００とシステムバス１００を切断する。モススイッチ３００はディセーブルを確保されたまま拡張装置８００は引き抜かれていき、まずタップ２１０〜２１ｎに接続される短ピン対（７１０ａ〜７１ｎａ，７１０ｂ〜７１ｎｂ）と制御線６００に接続される短ピン対（７３０ａ，７３０ｂ）が切断される。前記複数の短ピン対が切断された後でも、長ピン対（７２０ａ〜７２１ａ，７２０ｂ〜７２１ｂ）から供給される電源と、電源につながる抵抗810とにより、モススイッチ３００の入出力線２２０〜２２ｎはハイ・インピーダンスが保証される。最後に長ピン対（７２０ａ〜７２１ａ，７２０ｂ〜７２１ｂ）が隔離し、抜去は終了する。同様にここでも、拡張装置抜去時におけるモススイッチ３００の入出力線２２０〜２２ｎはハイ・インピーダンスを保証されているため、システムバス１００に与える負荷変動の影響は微かである。
本発明の活線挿抜を実現する入出力装置に関し、特に拡張装置に電力を供給する入出力装置の一実施例を第２図に示す。
第２図は、第１図に示した構成要素のほかに、予備充電電源１２０と、電子回路装置４００を含んだ拡張装置８００内の負荷を、模式的に示した回路負荷８２０〜８２ｍと、予備充電電源１２０から長ピン対（722a，７２２ｂ）を介して回路負荷８２０〜８２ｍにのみ直接電力を供給する回路用電源部２４３を示している。
本発明の技術思想は、拡張装置８００を挿抜する際に、動作中の他の拡張装置も電力の供給を受けている主電源１１０に対し、負荷変動による影響を極力与えず、且つモススイッチ３００に対し、入出力線が確実にハイ・インピーダンスとなるように電源を確保することである。そのため本実施例では、入出力装置（ここではモススイッチ３００）の正電源部２４０と、入出力装置以外の正電源部（ここでは回路用電源部243）とを拡張装置８００内で分離し、入出力装置用正電源部２４０には主電源１１０から電力を供給し、回路用電源部２４３には予備充電電源120から電力を供給する例を示す。
予備充電電源１２０からは長ピン対（７２２ａ，７２２ｂ）とダイオード８３０を介して回路用電源部２４３に接続する。また主電源１１０からは短ピン対（７２３ａ，７２３ｂ）を介して、ダイオード８３０をバイパスし回路用電源部２４３に接続する。
拡張装置８００を挿抜する際に、主電源１１０に対し負荷変動による悪影響を与えないことを以下に説明する。
オペレータが拡張装置８００を挿入する場合、長ピン対（７２０ａ〜７２１ａ，７２０ｂ〜７２１ｂ）を介して、安定な主電源１１０から電力がモススイッチ３００に供給される。モススイッチ３００の入出力線が安定な主電源１１０によってディセーブルに確保されるのは前述の通りである。また同時に、長ピン対（７２２ａ，７２２ｂ）とダイオード８３０を介して、予備充電電源１２０から回路用電源部２４３に電力が供給される。ここで予備充電電源１２０は、回路負荷８２０〜８２ｍに予備充電を行う。さらに拡張装置８００が挿入されると、短ピン対（７２３ａ，７２３ｂ）により主電源１１０から回路用電源部２４３に電力が供給され、拡張装置８００の挿入は完了する。
次にオペレータが拡張装置８００を抜去する場合、最初に短ピン対（７２３ａ，７２３ｂ）が隔離し主電源１１０が回路負荷８２０〜８２ｍに対して電力の供給を停止する。この際、電源から切り離された影響による逆起電力は、ダイオード８３０で遮断される。さらに複数の長ピン対（７２０ａ〜７２２ａ，７２０ｂ〜７２２ｂ）が隔離し、拡張装置８００の抜去は終了する。
ここで予備充電電源１２０について本発明の実施例の意図するところは、主電源１１０に比べて電源容量の小さいものでも構わないということである。すなわち主電源１１０はシステムバス１００に接続する複数の拡張装置で共有されるものなので、複数の拡張装置に対する影響を考慮すると、主電源１１０が負荷変動により揺らぐことは極力避けねばならない。そのため安定な主電源１１０が電力を供給するのは必要最小限の回路に対して与えられるべきであり、挿抜時には、確実な動作が求められるモススイッチ３００のみに電力を供給する。一方拡張装置内には数多くの電子回路装置が含まれ、拡張装置を挿入する直前の初期充電電荷は一般に０であるといえる。これらの電子回路装置に直接主電源110を接続すると、電子回路装置を初期充電する突入電流が流れ、主電源１１０の揺らぎが発生する恐れがある。
以上の揺らぎを防止するため予備充電電源１２０を用意して、予備充電は予備充電電源１２０が行い、突入電流が鎮静化した後に主電源１１０を接続するように構成する。本実施例では、長ピンに予備充電電源120から、短ピンに主電源１１０から、電力の供給を行うよう構成した。以上の理由により設計者は、拡張装置８００の突入電流の大きさを考慮して、システム構成上容認できる揺らぎとなるように、予備充電電源120の容量を設計すればよい。
本発明の活線挿抜を実現する入出力装置に関し、特に拡張装置に電力を供給する入出力装置の他の実施例を第３図に示し、以下に説明する。
第３図（ａ）は、第２図の構成と比べて予備充電電源１２０をキャパシタ１２０′で置き換えた点と、突入電流制限回路１２１を加えた点で異なっている。
第３図（ｂ）は、突入電流制限回路１２１の構成例を示し、主電源１１０に接続する主電源線２３０と、キャパシタ１２０′に接続する予備充電電源線２３２との間を、ダイオード１２２と抵抗１２３で接続することを示している。
本実施例の特徴は、予備充電電源１２０を主電源１１０から充電されるキャパシタ１２０′と置き換えたことである。
二つの電源の挙動について以下に説明する。はじめキャパシタ120′は、主電源１１０から充電されて主電源１１０とほぼ同電位となっている。拡張装置８００が挿入された場合、拡張装置８００内の回路負荷８２０〜８２ｍに対する初期充電電流は、キャパシタ１２０′から供給される。第２図と第３図より、長ピン対（７２２ａ，７２２ｂ）が接続されると瞬時に、キャパシタ１２０′と回路負荷８２０〜８２ｍとの間で電荷の移動がおこる。その後短ピン対（７２３ａ，７２３ｂ）が接続されるまで、抵抗１２３と、キャパシタ１２０′と回路負荷８２０〜８２ｍの合成容量との時定数に従い、主電源１１０から充電が行われる。よって前記時定数を考慮し、キャパシタ１２０′の値を十分大きくすることにより、突入電流による主電源１１０の揺らぎは防止できる。
本発明の活線挿抜を実現する入出力装置に関し、特に拡張装置に電力を供給する入出力装置の他の実施例を第４図に示し、以下に説明する。
第４図は、第２図に示した構成要素にくらべ、予備充電電源１２０を排し、ダイオード８３０と直列に抵抗８３１を配置している。また主電源１１０から直接、長ピン対（７２２ａ，７２２ｂ）に接続している。
本実施例の特徴は、入出力装置（ここではモススイッチ３００）の正電源部２４０と、入出力装置以外の正電源部（ここでは回路用電源部２４３）とを拡張装置内で分離し、主電源１１０から入出力装置電源部２４０と回路用電源部２４３とに電力を供給することにある。
主電源１１０からは、長ピン対（７２２ａ，７２２ｂ）とダイオード８３０と抵抗８３１を介して回路用電源部２４３に接続し、短ピン対（７２３ａ，７２３ｂ）を介して、ダイオード８３０と抵抗８３１をバイパスし回路用電源部２４３に接続する。
拡張装置８００を挿抜する際に、主電源１１０に対し負荷変動による悪影響を与えないことを以下に説明する。
オペレータが拡張装置８００を挿入する場合、長ピン対（７２０ａ〜７２１ａ，７２０ｂ〜７２１ｂ）を介して、安定な主電源１１０から電力がモススイッチ３００に供給される。モススイッチ３００の入出力線が安定な主電源によってディセーブルに確保されるのは前述の通りである。また同時に、長ピン対（７２２ａ，７２２ｂ）とダイオード８３０と抵抗８３１を介して、主電源１１０から回路用電源部２４３に電力が供給される。ここで主電源１１０は、抵抗８３１と回路負荷８２０〜８２ｍの合成容量との時定数で、回路負荷８２０〜８２ｍに予備充電を行う。さらに拡張装置８００が挿入されると、短ピン対（７２３ａ，７２３ｂ）により主電源１１０から回路用電源部２４３に電力が供給され、拡張装置８００の挿入は完了する。
次にオペレータが拡張装置８００を抜去する場合、最初に短ピン対（７２３ａ，７２３ｂ）が隔離し主電源１１０が回路負荷８２０〜８２ｍに対して電力の供給を停止する。この際、電源から切り離された影響による逆起電力は、ダイオード８３０で遮断される。さらに複数の長ピン対（７２０ａ〜７２２ａ，７２０ｂ〜７２２ｂ）が隔離し、拡張装置８００の抜去は終了する。
本実施例の第４図の場合、第２図に比べ、予備充電電源１２０を排し、必要に応じて抵抗８３１を追加する。そのため拡張装置８００を挿入する際の、主電源１１０からの突入電流を制限するために、抵抗８３１は設けることが望ましく、さらに抵抗８３１の抵抗値は十分大きくすることが望ましい。一方、短ピン対（７２３ａ，７２３ｂ）が接続する前に、回路負荷８２０〜８２ｍは十分に充電されている必要があり、突入電流の上限と時定数の大きさをバランス良く設定する必要がある。
本発明の活線挿抜を実現する入出力装置に関し、特に拡張装置に電力を供給する入出力装置の一実施例を第５図に示す。
第５図は、第２図，第４図のいずれの実施例にも適用でき、本実施例では特に第４図の実施例についての実装例を示す。
本実施例の特徴は、入出力装置（ここではモススイッチ３００）の正電源部２４０と、入出力装置以外の正電源部（ここでは回路用電源部２４３）とを拡張装置内で分離して、印刷基板９００上でそれぞれ異なる正電源領域を設けていることである。
第５図は、長ピン７２０ｂと短ピン７２３ｂをそれぞれ印刷基板900上の正電源領域（ハッチングされた領域）８５０，８５１に接続し、長ピン７２２ｂからダイオード８３０と抵抗８３１を介して正電源領域８５１に接続することを示している。
正電源の領域を入出力装置用正電源領域８５０と回路負荷用正電源領域８５１との間にどちらの電源領域もない空間（スリット）を介在させ、上記両方の正電源領域を分離して実装することにより、主電源１１０に対する影響を低減し、電源の揺らぎを防止する効果を高めることができる。また多層の印刷基板を用いて、同一平面上ではなく別個の層にそれぞれの電源領域を設けてもよい。
またここで、長ピン対（７２０ａ，７２０ｂ）と、長ピン対（７２２ａ，７２２ｂ）あるいは短ピン対（７２３ａ，７２３ｂ）は、入出力装置用正電源部２４０と回路用電源部２４３とが主電源１１０に対して相互に干渉することを避けるために、コネクタ（７００ａ，７００ｂ）上で極力物理的に引き離して配置することが望ましい。できればコネクタの両端に、長ピン対（７２０ａ，７２０ｂ）と長ピン対（７２２ａ，７２２ｂ）を配することが望ましい。
本発明の活線挿抜を実現する入出力装置に関し、特にモススイッチの開閉制御を行う制御装置の一実施例を第６図に示す。
第６図は、制御装置５００と拡張装置８００において開閉制御に関する部分を示しており、モススイッチ３００の開閉制御を行う制御装置５００（ＣＮＴ）と、オペレータが指令を与え制御装置５００の動作を支持するサービスプロセッサ５１０（ＳＶＰ）と、拡張装置８００の接続状態を監視する接続監視部５２０（ＳＬＯＴ ＡＣＫ）と、モススイッチ３００の開閉動作を行う開閉部５３０（ＧＡＴＥ ＣＮＴ）と、拡張装置８００の接続を判定する接続判定部５４０（CONDITION）と、動作指令論理５５０と、システムバス１００上の信号を取り込む基準となる基準信号５６０と基準信号発生源５６１（ＰＬＬ）と、開閉制御を伝達する制御線６００と、拡張装置８００の接続状態を伝達するスロット状態線６１０と、拡張装置８００の接続状態を出力するスロット状態出力８４０（ＳＬＯＴ ＩＮ）を示している。
接続監視部５２０は、接続状態レジスタ５２１を有する。開閉部530は、開閉制御レジスタ５３１を有する。
拡張装置８００を挿抜する際の制御装置５００の動作について以下に説明する。
オペレータが拡張装置８００を挿入する場合、最初に拡張装置８００がシステムバス１００に挿入されると、スロット状態出力部８４０からスロット状態線６１０を通じて拡張装置挿入を制御装置５００に通知する。接続監視部５２０は拡張装置８００の挿入を察知すると、拡張装置８００の状態を接続状態レジスタ５２１に設定し、接続判定部５４０に割り込みを上げる。割り込みを受けた接続判定部５４０は、所定の条件を満たすと動作指令論理５５０に接続指令を発行する。ここで所定の条件として、サービスプロセッサ５１０からの指令、または、割り込みが上がってきてから一定時間経過、当該拡張装置８００からのリセット処理完了通知等があり、制御装置５００は必要に応じてこれらを認識する手段を有することが望ましい。動作指令論理５５０は、接続判定部540と接続監視部５２０の信号から、開閉部５３０に挿入された拡張装置８００に該当する開閉制御レジスタの領域に、モススイッチ３００を閉じるための“閉”情報を書き込む。開閉部５３０は、書き込まれた領域に対応する拡張装置８００の制御線６００を選択し、モススイッチ300の開閉制御端子２４２をＬＯＷに駆動する。以上により挿入された拡張装置８００はシステムバス１１０に接続される。システムを管理するメイン処理装置はシステムの構成制御を終了し、当該拡張装置８００の内部レジスタ設定等を行い、しかる後にシステムは通常動作に移行する。
オペレータが拡張装置８００を抜去する場合、システムバス１１０に対する抜去による影響を最小とするため、最初に当該拡張装置８００のモススイッチ３００を切断しなければならない。そのため接続判定部５４０は抜去すべき拡張装置を事前に知る必要があり、その方法として、システムを管理するメイン処理装置からの切断要求割り込みや、オペレータがサービスプロセッサ５１０から入力する指令、当該拡張装置800からのエラー報告割り込み等がある。抜去すべき拡張装置を認識した接続判定部５４０は、該当する拡張装置を切り離すべく切断指令を動作指令論理５５０に発行する。動作指令論理５５０は、接続判定部５４０からの信号から、抜去する拡張装置に該当する開閉制御レジスタ５３１の領域に“開”情報を書き込む。開閉部５３０は、書き込まれた領域に対応する拡張装置８００の制御線６００を選択し、モススイッチ３００の開閉制御端子２４２をＨＩＧＨに駆動する。以上により挿入された拡張装置８００はシステムバス１１０から切り離される。さらに、抜去可能となった拡張装置８００は、オペレータにより物理的にシステムバスから切り離される。システムを管理するメイン処理装置はシステムの再構成制御を終了し、しかる後にシステムは通常動作に移行する。
本発明の活線挿抜を実現する入出力装置に関し、特に拡張装置をシステムバスに接続する方法の一実施例を第７図に示し、以下に説明する。
本実施例では、拡張装置がシステムバスと論理的に接続するあるいは切り離す時に、システムバスで動作中の信号伝送を阻害しないように接続するあるいは切り離すタイミングを設定し、バス上の信号取り込みに影響の無い期間内で、波形の乱れを整定することを示す。
第７図は、拡張装置８００をシステムバス１００に接続するタイミングを示しており、基準信号５６０と制御線６００と、システムバス１００の動作波形例を示している。
拡張装置８００を挿入する場合について、第６図を交えて以下に説明する。なお本実施例では、システムバス１００上の信号は、基準信号５６０の立ち上がりで確定し取り込まれるとする。またシステムバス１００の基準信号５６０の周期はＴｃｌｋ１０２０であり、システムバス１００で必要とされる信号のセットアップ時間はＴｓｕ１０１０である。
制御線６００を駆動する開閉部５３０は、基準信号５６０が接続されている。開閉部５３０は、拡張装置８００内の電子回路装置４００とシステムバス１００とを論理的に接続するために、制御線６００を駆動しＬＯＷにする。ここで開閉部５３０は、制御信号６００を基準信号560の立ち上がりに同期してＬＯＷにする（１０３０）。その結果モススイッチ３００は導通となり、電子回路装置４００はシステムバス１００に接続されるため、システムバス１００上には信号の擾乱が発生する（１０４０）。しかし信号の擾乱が発生しても、次の基準信号５６０の立ち上がりのＴｓｕ以上前に信号波形が整定すれば、次の基準信号５６０の立ち上がりで取り込む信号には影響を与えない。この結果制御装置５００は、バス上の信号伝送を阻害しないで拡張装置８００を接続することが可能となる。
本発明の活線挿抜を実現する入出力装置に関し、特に拡張装置が挿入されたことを通知するスロット状態出力部の一実施例を第８図に示し、以下に説明する。
第８図はスロット状態出力部８４０の一構成例を示している。スロット状態出力部８４０は、拡張装置８００と制御装置５００の間に設けられ、スロット状態線６１０は短ピン対（７３１ａ，７３１ｂ）を介して拡張装置８００内で負電源線２４１に接続する。またスロット状態線６１０は、拡張装置８００の外部で抵抗６１１を介して正電源部、たとえば主電源部２３０に接続する。
拡張装置８００を挿抜する際のスロット状態出力部８４０の動作について以下に説明する。
オペレータが拡張装置８００を挿入する以前のスロット状態線６１０は、正電源につながれた抵抗６１１でプルアップされているためHIGHを出力している。これより制御措置５００は、拡張装置８００がシステムバス１００に接続されていないことを認識する。オペレータが拡張装置８００を挿入する場合、はじめに複数の長ピン対が接続し電源電位が確定した後、短ピン対が接続する。短ピン対（７３１ａ，７３１ｂ）が接続されるとスロット状態線６１０は負電源部２４１に接続しＬＯＷを出力する。その結果、制御装置５００は拡張装置８００がシステムバス１００に挿入されたことを認識する。
拡張装置８００を抜去する場合は、前述の議論の逆であり、抜去前にＬＯＷを出力していたスロット状態線６１０は、抜去されることによりＨＩＧＨを出力し、その結果制御装置５００は拡張装置８００が抜去されたことを認識する。
本発明の入出力装置に関する一実施例を、第９図に示し以下に説明する。
第９図は、複数の信号線を有するシステムバス１００と、システムバス１００の分岐であるタップ２００と、モススイッチ３００（MOS−SW）と、バスに直接接続し動作可能である電子回路装置４００（BUSLOAD）を示している。
本発明の技術思想は、従来直接バスに接続してきた電子回路装置について、バスと電子回路装置との間にモススイッチを挿入して、そのモススイッチを極力バス近傍に配置することにより、バス上の信号波形の整定時間を短縮し、波形の揺らぎを低減し、且つ従来バスからの信号配線長を制限されていた電子回路装置を従来以上に引き離すことを可能とすることである。
開閉制御用ドライバ３２０の入力は、モススイッチ３００を常にイネーブルとするので、抵抗を介して負電源部２４１に接続する。
タップ２００に含まれる各信号線２１０〜２１ｎのそれぞれの長さＬＡ１〜ＬＡｎについて、これらの長さは実装上可能な限り短くする。モススイッチ３００がイネーブルとされるとき、システムバス１００上を伝送する信号は一般に、（１）モススイッチ３００のシステムバス１００側ピン、（２）モススイッチ３００の電子回路装置４００側ピン、（３）電子回路装置４００の入出力ピン、の３つの箇所からの反射の影響を受ける。本実施例に関しては、バス信号伝送波形は（１）の長さＬＡ１〜ＬＡｎによる影響を最も受けるため、（１）を短くすることがバス信号波形整定に大きく貢献する。長さＬＡ１〜ＬＡｎの上限は、システムバス１００の動作周波数や反射、システムバス１００の総延長等の影響を考慮し、電子回路装置４００同士が正しく信号の論理を伝達できる範囲で定められる。
例えば５Ｖ系のバスシステム、より具体的にはバス伝搬時間が11ns以下、バスの特性インピーダンスが６０〜１００Ω、電子回路装置４００の入力ピンキャパシタンスが１６ｐＦ以下、電子回路装置４００の最大接続数を１０という仕様のバスシステムでは、長さＬＡ１〜ＬＡｎを０インチ以上１．５インチ以下とされるが、電子回路装置４００を実装する際、規定通り配線することが困難な場合が有る。
そこで電子回路装置４００を最大接続した場合にも、バス伝搬時間内に信号波形のＨＩレベルやＬＯＷレベルを確保するよう、それぞれの電子回路装置４００とシステムバス１００との間に、長さＬＡ１〜ＬＡｎを０インチ以上１．５インチ以下となるようにモススイッチ３００を配置する。ここで、電子回路装置４００はシステムバス１００と同じバックボード上になくてもよい。モススイッチ３００の入力ピンキャパシタンスを電子回路装置４００に対して小さくすることにより、電子回路装置４００がバックボードとは異なる拡張装置上に有る場合でも、単純に電子回路装置４００をシステムバスに接続するよりも、本発明による方法は多数接続することが可能となる。
一方電子回路装置４００は、モススイッチ３００をシステムバス100近傍に配置し、バス仕様を満たすことにより、長さＬＢ１〜ＬＢｎを１．５インチ以上、望ましくは１０インチ未満として配線することが可能となる。
以上、従来の電子回路装置４００とシステムバス１００との間でモススイッチ３００を反射の影響を考慮した範囲内に配することにより、電子回路装置４００から出力する信号は、モススイッチ３００中のトランスファゲート３１０を通じてシステムバス１００に出力され、このときシステムバス１００上の信号はシステムバス１００の両端と、他のモススイッチの入力端での反射の影響を主に受け、長さＬＡ１〜ＬＡｎを短くすることによりバス信号の多重反射は早期に落ち着き、よってシステムバスの信号波形は迅速に収束・整定し、高速バスへの適用が可能となる。
産業上の利用可能性
本発明により、活線挿抜可能な入出力装置に関し、入出力装置に信号遅延の小さいトランスファゲートを用いて挿抜時にディセーブルを確保することにより、高速動作可能なバスで、拡張装置の挿抜が他の電子回路装置のバス信号伝送を阻害しない入出力装置を実現できる。
また本発明により、活線挿抜可能な入出力装置に関し、電源系統を多重化し、拡張装置を挿抜する際に電源に与える影響を低減し、挿抜に関与しない電子回路装置の動作が不安定とならないような入出力装置を実現できる。
また本発明により、入出力装置に関し、電子回路装置の入出力部でありバスから一定の近距離である位置にトランスファゲートを挿入配置することにより、バス動作波形を迅速に整定し高速バスへの適用が可能となる。
本発明は活線挿抜を実現する入出力装置に関し、より詳細には、動作中のシステムバスのような独立して動作している信号回路網の中に、動作を停止させることなく他の電子回路装置を挿抜するための装置に関する。
背景技術
近年の計算機システムにおける処理装置の高速・高性能化は、その処理結果の転送路であるシステムバスの転送速度の向上も要求している。またシステムの多様化に伴い、種々の機能を有する電子回路装置もシステムバスに多く接続する必要性が上っている。計算機システムの担う役割は一層重大化してきており、前記電子回路装置を含む拡張装置の保守のためとは言え、システムの停止は許されない傾向にあり、活線でこれら拡張装置の挿抜を行う必要が出てきている。一方で共有バスシステムのような形態では高速動作のために、バス信号波形を早期整定するための各拡張装置における工夫も必要とされる。
従来、特開平5−127777号（公知例１と称す）に開示されるように、事前にコード等により電源を供給し、バスドライバのディセーブル制御（開制御）を行うものと、特開平4−171520号（公知例２）に開示されるように、電源とドライバの開閉制御線は長ピンで、他のバス信号線は短ピンでバス回路に接続され、挿入時にドライバの開閉制御線をあらかじめディセーブルしておくことにより、挿入によるバス上の信号の擾乱を防ぐものがある。しかし、公知例１では挿抜に際して事前にコードを接続するという手順が繁雑であり、また公知例２では事前に開閉制御線をディセーブルしなければならず、いずれにしても不用意に挿抜を行った場合のドライバディセーブルを保証できないため、システムダウン等を引き起こす可能性がある。
発明の開示
本発明の目的は、活線挿抜可能な入出力装置に関し、入出力装置に信号遅延の小さいトランスファゲートを用いて挿抜時にディセーブルを確保することにより、高速動作可能なバスで、拡張装置の挿抜が他の電子回路装置のバス信号伝送を阻害しない入出力装置を提供することである。
また本発明の他の目的は、活線挿抜可能な入出力装置に関し、拡張装置内部の電源系統を多重化し、拡張装置内部の特に入出力装置のハイ・インピーダンス（高絶縁）保持が不安定とならないようにすると同時に、拡張装置を挿抜する際に電源に与える影響を低減し、挿抜に関与しない電子回路装置の動作が不安定とならないような入出力装置を提供することである。
また本発明の他の目的は、入出力装置に関し、電子回路装置の入出力部でありバスから一定の近距離である位置にトランスファゲートを挿入配置することにより、バス動作波形を迅速に整定し高速バスへ適用可能な方式を提供することにある。
本発明の入出力装置は、複数の信号分岐配線を有する信号回路網と複数の電子回路装置とを接続する入出力装置において、前記電子回路装置は、前記信号回路網が配線される印刷基板とは別の拡張装置上に配置され、前記拡張装置は、挿入時最初に接触し抜去時最後に隔離する長ピン対と、挿入時前記長ピンより後に接触し抜去時前記長ピンより先に隔離する短ピン対とを含むコネクタを介して前記信号回路網と接続し、前記入出力装置に電力を供給する入出力装置用電源部を有し、前記入出力装置用電源部は、前記長ピン対を介して主電源に接続し、前記入出力装置は、複数のトランスファゲートを含み、前記トランスファゲートは、二つの入出力端子と、開閉制御端子とを有し、前記複数のトランスファゲートの一方の入出力端子は、前記短ピン対を介して前記複数の信号分岐配線と接続し、前記複数のトランスファゲートのもう一方の入出力端子は、前記電子回路装置と接続し、前記複数のトランスファゲートの開閉制御端子は、前記拡張装置内で前記入出力装置用電源部の正負いずれかの電源に抵抗を介して接続することを特徴とする。
さらに本発明の入出力装置は、前記複数のトランスファゲートの開閉制御端子は、前記短ピン対を介して前記トランスファゲートの開閉制御を行う制御装置に接続することを特徴とする。
さらに本発明の制御装置は、前記電子回路装置が前記信号回路網の信号を取り込むために用いる基準信号に同期して、前記開閉制御端子の駆動を行うことを特徴とする。
さらに本発明の制御装置は、前記複数の拡張装置が前記信号回路網に接続されているか否かを認識する接続認識手段を有し、前記接続認識手段より判明した前記複数の拡張装置の接続状態を設定する接続状態レジスタを一つ以上有することを特徴とする。
さらに本発明の制御装置は、開閉制御レジスタを有し、前記開閉制御レジスタの各入出力装置に対応する領域に開あるいは閉情報を書き込むことにより各入出力装置毎の開閉を制御することを特徴とする。
さらに本発明の拡張装置は、前記入出力装置にのみ電力を供給する入出力装置用電源部と、前記入出力装置以外の装置に電力を供給する回路用電源部とを有し、前記入出力装置用電源部は、第一の長ピン対を介して主電源に接続し、前記回路用電源部は第二の長ピン対を介して前記主電源とは異なる予備充電電源に接続することを特徴とする。
さらに本発明の拡張装置は、前記入出力装置にのみ電力を供給する入出力装置用電源部と、前記入出力装置以外の装置に電力を供給する回路用電源部とを有し、前記入出力装置用電源部は、第一の長ピン対を介して前記主電源に接続し、前記回路用電源部は第二の長ピン対を介して前記主電源に接続することを特徴とする。
さらに本発明の拡張装置は、前記入出力装置にのみ電力を供給する入出力装置用電源部と、前記入出力装置以外の装置に電力を供給する回路用電源部とを有し、前記入出力装置用電源部は、第一の長ピン対を介して前記主電源に接続し、前記回路用電源部は第二の長ピン対を介してキャパシタに接続し、前記キャパシタは前記主電源から充電されることを特徴とする。
さらに本発明の入出力装置は、前記キャパシタが、前記主電源から抵抗、あるいは抵抗とダイオードを介して充電されることを特徴とする。
さらに本発明の入出力装置は、前記回路用電源部は、短ピン対を介して前記主電源に接続することを特徴とする。
さらに本発明の拡張装置は、前記入力装置用電源部と前記回路用電源部は、前記電子回路装置が配線される印刷基板上で、配線材の存在しない空間を介在して配線されることを特徴とする。
さらに本発明の拡張装置は、前記入力装置用電源部と前記回路用電源部とに電力を供給するコネクタ上のピンは、コネクタ上で最大引き離して配置されることを特徴とする。
また本発明の入出力装置は、複数の信号分岐配線を有する信号回路網と複数の電子回路装置とを接続する入出力装置において、前記入出力装置は、複数のトランスファゲートを含み、前記トランスファゲートは、二つの入出力端子と、開閉制御端子とを有し、第一の信号分岐配線は、前記トランスファゲートの一方の入出力端子と前記信号回路網とを接続し、第二の信号分岐配線は、前記複数のトランスファゲートのもう一方の入出力端子と前記電子回路装置とを接続し、前記トランスファゲートの開閉制御端子は、前記トランスファゲートの前記二つの入出力端子間を常に導通状態とするような電位に保持し、前記第一の信号分岐配線長を１．５インチ以下とすることで信号回路網の反射波を軽減し、前記第二の信号分岐配線長を１．５インチ以上とすることで前記電子回路装置の配置制限を軽減することを特徴とする。
本発明は、以上の構成を備えているので、拡張装置の挿抜時においても、トランスファゲートに安定な電源が与えられると同時にトランスファゲートの開閉制御端子にディセーブル信号が与えられ、トランスファゲートの入出力端子はハイ・インピーダンスが保証され、挿抜時にシステムバスに与える影響を最小にすることが可能である。
さらに、本発明は、複数の拡張装置に電力を供給する主電源以外に予備充電電源を準備し、さらに拡張装置内の電源系統を、拡張装置挿入当初から安定な主電源に接続する安定電源系統と、拡張装置挿入時には予備充電電源に接続する非安定電源系統とを用意し、拡張装置挿入当初から入出力端子を確実にハイ・インピーダンスにする必要のあるトランスファゲートには安定電源系統から電力を供給し、拡張装置に存在する容量負荷の充電には非安定電源系統から電力を供給することにより、拡張装置の挿抜時においても、主電源に対する影響を低減して、システムバスで動作中の他の拡張装置は安定に動作を継続できるものである。なお、予備充電電源は、主電源が安定に電力を供給できる限り主電源で兼用してもよい。
また、本発明は、電子回路装置の入出力部でありバスから一定の近距離である位置にトランスファゲートを挿入配置することにより、トランスファゲートの電子回路装置側の反射の影響をトランスファゲートで遮閉し、バス信号の多重反射波は短時間で減衰し、バス信号波形を迅速に整定できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示すもので、システムバスと拡張装置との接続を示す全体図であり、第２図は拡張装置に電力を供給する入出力装置の一実施例であり、第３図は拡張装置に電力を供給する複数の電源の一実施例であり、第４図は拡張装置に電力を供給する入出力装置の他の実施例であり、第５図は拡張装置における独立の電源領域実装例であり、第６図は特に複数の拡張装置と接続された制御装置の一実施例であり、第７図は拡張装置をシステムバスに論理的に接続する際の接続制御タイミング例であり、第８図は拡張装置がシステムバスに挿入されたことを通知する装置の一実施例であり、第９図はトランスファゲートを用いた入出力装置の一実施例である。
１００……システムバス、１１０……主電源、２００……タップ束（信号分岐配線）、３００……モススイッチ、３１０……トランスファゲート、４００……電子回路装置、５００……制御装置、６００……制御線、７００ａ，ｂ……コネクタ、８００……拡張装置
発明を実施するための最良の形態
本発明の実施例の活線挿抜を実現する入出力装置に関し、機能ブロック図を第１図（ａ）に示す。
第１図（ａ）は、バス（ＢＵＳ）と電源（ＰＯＷＥＲ）に接続する拡張装置８００を示しており、拡張装置８００には、複数のトランスファゲートを含むモススイッチ３００と、拡張装置８００の挿抜時にモススイッチ３００をハイ・インピーダンスに制御するハイ・インピーダンス保持回路３５０（Ｈｉ−Ｚ ＨＯＬＤ）と、バスに接続し動作する電子回路装置４００（ＢＵＳＬＯＡＤ）が含まれる。さらに、バスと電源に拡張装置８００を挿入する場合に、電源，バスの順番で接続し、抜去する場合にバス，電源の順番で隔離する接続手段を有する。ここでは長短ピンコネクタで示している。
トランスファゲートは、ＭＯＳ素子の一種であり、ＭＯＳトランジスタのゲート端子をイネーブル（閉制御）するとドレイン・ソース端子間は導通状態となり、ゲート端子をディセーブルするとドレイン・ソース端子間をハイ・インピーダンス状態にするものである。トランスファゲートは通信回線を切り替えるためのクロスバ・スイッチ等に用いることもできる。
電源に関し、バス回路上で使用する電子回路装置全てで電源を共有するのが一般的である。しかし拡張装置挿抜時の電源負荷変動は、他の電子回路装置の動作を不安定なものにする恐れがある。信頼性を向上させるためには、拡張装置の挿抜時でも電源の揺らぎがシステムで定められる値に収まるよう、電源の容量を定常負荷状態より大きなものにすることが望ましい。
本発明の実施例によると、拡張装置８００の挿抜時に動作中のバスに与える影響を小さくすることが可能である。すなわち、拡張装置８００の挿入時に、はじめ電源が拡張装置８００に供給され、ハイ・インピーダンス保持装置３５０はモススイッチ３００をハイインピーダンスにするようモススイッチの信号線を駆動する。その後ハイインピーダンスとなったモススイッチ３００がバスに接続し、外部よりモススイッチ300のイネーブル制御を行い電子回路装置とバスが接続され、挿入動作は完了する。挿入動作中バスとモススイッチ３００の接続する際に、モススイッチ３００はハイ・インピーダンスが保証でき容量負荷を小さくすることが可能なため、バスの動作中でも拡張装置８００の挿入が可能である。第１図（ｂ）は、本発明の実施例を確実に機能させるために、本発明の実施例を適用する場合の電源配線例を示す。すなわち、一般に大きな容量負荷を有する電子回路装置４００に電源が初めて接続されると、容量負荷を充電するための突入電流により電源が揺らぎ、モススイッチ３００の動作が保証できないばかりか、他の拡張装置と電源を共有している場合には、動作中のバスまで影響を与える虞があるからである。そこで、少なくとも接続動作中には、モススイッチ３００とハイ・インピーダンス保持回路３５０には安定な電源ＰＯＥＷＲ＿１から電力を供給し、電子回路装置４００にはＰＯＥＷＲ＿１とは異なる電源ＰＯＥＷＲ＿２から電力を供給する。電源系統を分離することにより、拡張装置８００挿入時に確実にモススイッチ３００がハイ・インピーダンスとなるよう動作することを保証でき、またＰＯＥＷＲ＿２を通常動作で使用する電源と分離することにより、他の拡張装置の動作を保証する。
以下では、各機能の詳細な実施例について述べる。
本発明の活線挿抜を実現する入出力装置に関する一実施例を、第１図（ｃ）に示し以下に説明する。
第１図（ｃ）は、複数の信号線を有するシステムバス１００と、システムバス１００の分岐であるタップ束２００と、モススイッチ３００（ＭＯＳ−ＳＷ）と、バスに接続し動作する電子回路装置400（BUSLOAD）と、モススイッチ３００の開閉制御をする制御装置５００（ＣＮＴ）と、モススイッチ３００を開閉制御する制御線６００と、システムバス100が配線される印刷基板とは別の拡張装置８００と、拡張装置８００上でモススイッチ３００の負極性の開閉制御端子２４２に接続する抵抗810と、システムバス１００と拡張装置８００とを接続するコネクタ700a，７００ｂと、拡張装置８００に電力を供給する主電源１１０を示している。なお拡張装置はシステムバス１００に複数接続しても良く、本実施例では以下、複数の拡張装置を代表して拡張装置８００と称す。
コネクタ７００ａ，７００ｂは、拡張装置８００の挿入時最初に接触し抜去時最後に隔離する長ピン対と、挿入時長ピンより後に接触し抜去時長ピンより先に隔離する短ピン対を有する。
モススイッチ３００は、複数のトランスファゲート３１０とトランスファゲート３１０のゲートを駆動するドライバ３２０とを含み、トランスファゲート３１０は、電子回路装置４００と、短ピン対（７１０ａ〜７１ｎａ，７１０ｂ〜７１ｎｂ）を介してタップ２１０〜２１ｎとにそれぞれ接続している。ドライバ３２０は入出力装置用正電源部２４０と負電源部２４１から電力を供給される。入出力装置用正電源部２４０と負電源部２４１は、長ピン対（720a〜721a，720b〜721b）を介して安定な主電源１１０に接続している。
抵抗８１０について、一方は開閉制御端子２４２に接続し、もう一方は主電源１１０から長ピン対（７２０ａ，７２０ｂ）を介して供給される入出力装置用正電源部２４０に接続する。開閉制御端子２４２は短ピン対（７３０ａ，７３０ｂ）と制御線６００を介して制御装置５００にも接続する。ここでシステムバスの動作周期に比べ十分小さい時間内で制御装置５００から制御線６００を駆動できるよう、抵抗８１０の抵抗値は大きくすることが望ましい。
電子回路装置４００がシステムバス１００に信号の伝送をするためには、制御装置５００が制御線６００を「論理負の電位」（以後単にＬＯＷと称す。同様に「論理正の電位」を以後単にＨＩＧＨと称す）にすることによりモススイッチ３００内のそれぞれのトランスファゲート３１０をイネーブルする必要がある。その結果電子回路装置４００はシステムバス１００と接続し、システムバス１００に接続されている他の電子回路装置との信号の伝送が可能となる。
本発明の技術思想は、モススイッチ３００の電源と開閉制御端子242の電位を、入出力線２２０〜２２ｎが接続される前に確保することにより、制御装置５００の介在なしに拡張装置８００挿入時における入出力線２２０〜２２ｎのハイ・インピーダンスを保証することである。そのためには入出力線２２０〜２２ｎが接続されるよりも先にモススイッチ３００と開閉制御端子２４２の動作を保証する手段が必要であり、本実施例では長短ピンを有するコネクタを用いて電源と信号線の接続順序を確保し、モススイッチ３００の安定動作を図っている。
拡張装置８００を挿抜する時に、システムバス１００に悪影響を与えないで挿抜を実行できることを以下に説明する。
オペレータが拡張装置８００を挿入する場合、最初に長ピン対（720a，７２０ｂ）により安定な主電源１１０の正電圧が入出力装置用正電源部２４０に与えられ、同時に長ピン対（７２１ａ，７２１ｂ）により安定な主電源１１０の負電圧が負電源部２４１に与えられる。このとき抵抗８１０を介してモススイッチ３００の開閉制御端子２４２にＨＩＧＨが加わるため、モススイッチ３００は電源が確保され、且つディセーブル状態であり、入出力線２２０〜２２ｎはハイ・インピーダンスを保証される。さらに拡張装置８００が挿入されると、ハイ・インピーダンス状態の入出力線２２０〜２２ｎとタップ２１０〜２１ｎが、短ピン対（７１０ａ〜７１ｎａ，７１０ｂ〜７１ｎｂ）を介して接続する。コネクタ７００ａと７００ｂの全てのピンが接続された後に制御装置５００は、制御線６００を介して開閉制御端子２４２をＬＯＷに駆動し、電子回路装置４００とシステムバス１００を接続する。上述の構成により、拡張装置８００の挿入時におけるモススイッチ３００の入出力線２２０〜２２ｎはハイ・インピーダンスを保証されているため、システムバス１００に与える負可変動の影響は微かである。
次にオペレータが拡張装置８００を抜去する場合、まず抜去前にオペレータは制御装置５００に指示を与え、制御線６００を介して開閉制御端子２４２をＨＩＧＨに駆動し、電子回路装置４００とシステムバス１００を切断する。モススイッチ３００はディセーブルを確保されたまま拡張装置８００は引き抜かれていき、まずタップ２１０〜２１ｎに接続される短ピン対（７１０ａ〜７１ｎａ，７１０ｂ〜７１ｎｂ）と制御線６００に接続される短ピン対（７３０ａ，７３０ｂ）が切断される。前記複数の短ピン対が切断された後でも、長ピン対（７２０ａ〜７２１ａ，７２０ｂ〜７２１ｂ）から供給される電源と、電源につながる抵抗810とにより、モススイッチ３００の入出力線２２０〜２２ｎはハイ・インピーダンスが保証される。最後に長ピン対（７２０ａ〜７２１ａ，７２０ｂ〜７２１ｂ）が隔離し、抜去は終了する。同様にここでも、拡張装置抜去時におけるモススイッチ３００の入出力線２２０〜２２ｎはハイ・インピーダンスを保証されているため、システムバス１００に与える負荷変動の影響は微かである。
本発明の活線挿抜を実現する入出力装置に関し、特に拡張装置に電力を供給する入出力装置の一実施例を第２図に示す。
第２図は、第１図に示した構成要素のほかに、予備充電電源１２０と、電子回路装置４００を含んだ拡張装置８００内の負荷を、模式的に示した回路負荷８２０〜８２ｍと、予備充電電源１２０から長ピン対（722a，７２２ｂ）を介して回路負荷８２０〜８２ｍにのみ直接電力を供給する回路用電源部２４３を示している。
本発明の技術思想は、拡張装置８００を挿抜する際に、動作中の他の拡張装置も電力の供給を受けている主電源１１０に対し、負荷変動による影響を極力与えず、且つモススイッチ３００に対し、入出力線が確実にハイ・インピーダンスとなるように電源を確保することである。そのため本実施例では、入出力装置（ここではモススイッチ３００）の正電源部２４０と、入出力装置以外の正電源部（ここでは回路用電源部243）とを拡張装置８００内で分離し、入出力装置用正電源部２４０には主電源１１０から電力を供給し、回路用電源部２４３には予備充電電源120から電力を供給する例を示す。
予備充電電源１２０からは長ピン対（７２２ａ，７２２ｂ）とダイオード８３０を介して回路用電源部２４３に接続する。また主電源１１０からは短ピン対（７２３ａ，７２３ｂ）を介して、ダイオード８３０をバイパスし回路用電源部２４３に接続する。
拡張装置８００を挿抜する際に、主電源１１０に対し負荷変動による悪影響を与えないことを以下に説明する。
オペレータが拡張装置８００を挿入する場合、長ピン対（７２０ａ〜７２１ａ，７２０ｂ〜７２１ｂ）を介して、安定な主電源１１０から電力がモススイッチ３００に供給される。モススイッチ３００の入出力線が安定な主電源１１０によってディセーブルに確保されるのは前述の通りである。また同時に、長ピン対（７２２ａ，７２２ｂ）とダイオード８３０を介して、予備充電電源１２０から回路用電源部２４３に電力が供給される。ここで予備充電電源１２０は、回路負荷８２０〜８２ｍに予備充電を行う。さらに拡張装置８００が挿入されると、短ピン対（７２３ａ，７２３ｂ）により主電源１１０から回路用電源部２４３に電力が供給され、拡張装置８００の挿入は完了する。
次にオペレータが拡張装置８００を抜去する場合、最初に短ピン対（７２３ａ，７２３ｂ）が隔離し主電源１１０が回路負荷８２０〜８２ｍに対して電力の供給を停止する。この際、電源から切り離された影響による逆起電力は、ダイオード８３０で遮断される。さらに複数の長ピン対（７２０ａ〜７２２ａ，７２０ｂ〜７２２ｂ）が隔離し、拡張装置８００の抜去は終了する。
ここで予備充電電源１２０について本発明の実施例の意図するところは、主電源１１０に比べて電源容量の小さいものでも構わないということである。すなわち主電源１１０はシステムバス１００に接続する複数の拡張装置で共有されるものなので、複数の拡張装置に対する影響を考慮すると、主電源１１０が負荷変動により揺らぐことは極力避けねばならない。そのため安定な主電源１１０が電力を供給するのは必要最小限の回路に対して与えられるべきであり、挿抜時には、確実な動作が求められるモススイッチ３００のみに電力を供給する。一方拡張装置内には数多くの電子回路装置が含まれ、拡張装置を挿入する直前の初期充電電荷は一般に０であるといえる。これらの電子回路装置に直接主電源110を接続すると、電子回路装置を初期充電する突入電流が流れ、主電源１１０の揺らぎが発生する恐れがある。
以上の揺らぎを防止するため予備充電電源１２０を用意して、予備充電は予備充電電源１２０が行い、突入電流が鎮静化した後に主電源１１０を接続するように構成する。本実施例では、長ピンに予備充電電源120から、短ピンに主電源１１０から、電力の供給を行うよう構成した。以上の理由により設計者は、拡張装置８００の突入電流の大きさを考慮して、システム構成上容認できる揺らぎとなるように、予備充電電源120の容量を設計すればよい。
本発明の活線挿抜を実現する入出力装置に関し、特に拡張装置に電力を供給する入出力装置の他の実施例を第３図に示し、以下に説明する。
第３図（ａ）は、第２図の構成と比べて予備充電電源１２０をキャパシタ１２０′で置き換えた点と、突入電流制限回路１２１を加えた点で異なっている。
第３図（ｂ）は、突入電流制限回路１２１の構成例を示し、主電源１１０に接続する主電源線２３０と、キャパシタ１２０′に接続する予備充電電源線２３２との間を、ダイオード１２２と抵抗１２３で接続することを示している。
本実施例の特徴は、予備充電電源１２０を主電源１１０から充電されるキャパシタ１２０′と置き換えたことである。
二つの電源の挙動について以下に説明する。はじめキャパシタ120′は、主電源１１０から充電されて主電源１１０とほぼ同電位となっている。拡張装置８００が挿入された場合、拡張装置８００内の回路負荷８２０〜８２ｍに対する初期充電電流は、キャパシタ１２０′から供給される。第２図と第３図より、長ピン対（７２２ａ，７２２ｂ）が接続されると瞬時に、キャパシタ１２０′と回路負荷８２０〜８２ｍとの間で電荷の移動がおこる。その後短ピン対（７２３ａ，７２３ｂ）が接続されるまで、抵抗１２３と、キャパシタ１２０′と回路負荷８２０〜８２ｍの合成容量との時定数に従い、主電源１１０から充電が行われる。よって前記時定数を考慮し、キャパシタ１２０′の値を十分大きくすることにより、突入電流による主電源１１０の揺らぎは防止できる。
本発明の活線挿抜を実現する入出力装置に関し、特に拡張装置に電力を供給する入出力装置の他の実施例を第４図に示し、以下に説明する。
第４図は、第２図に示した構成要素にくらべ、予備充電電源１２０を排し、ダイオード８３０と直列に抵抗８３１を配置している。また主電源１１０から直接、長ピン対（７２２ａ，７２２ｂ）に接続している。
本実施例の特徴は、入出力装置（ここではモススイッチ３００）の正電源部２４０と、入出力装置以外の正電源部（ここでは回路用電源部２４３）とを拡張装置内で分離し、主電源１１０から入出力装置電源部２４０と回路用電源部２４３とに電力を供給することにある。
主電源１１０からは、長ピン対（７２２ａ，７２２ｂ）とダイオード８３０と抵抗８３１を介して回路用電源部２４３に接続し、短ピン対（７２３ａ，７２３ｂ）を介して、ダイオード８３０と抵抗８３１をバイパスし回路用電源部２４３に接続する。
拡張装置８００を挿抜する際に、主電源１１０に対し負荷変動による悪影響を与えないことを以下に説明する。
オペレータが拡張装置８００を挿入する場合、長ピン対（７２０ａ〜７２１ａ，７２０ｂ〜７２１ｂ）を介して、安定な主電源１１０から電力がモススイッチ３００に供給される。モススイッチ３００の入出力線が安定な主電源によってディセーブルに確保されるのは前述の通りである。また同時に、長ピン対（７２２ａ，７２２ｂ）とダイオード８３０と抵抗８３１を介して、主電源１１０から回路用電源部２４３に電力が供給される。ここで主電源１１０は、抵抗８３１と回路負荷８２０〜８２ｍの合成容量との時定数で、回路負荷８２０〜８２ｍに予備充電を行う。さらに拡張装置８００が挿入されると、短ピン対（７２３ａ，７２３ｂ）により主電源１１０から回路用電源部２４３に電力が供給され、拡張装置８００の挿入は完了する。
次にオペレータが拡張装置８００を抜去する場合、最初に短ピン対（７２３ａ，７２３ｂ）が隔離し主電源１１０が回路負荷８２０〜８２ｍに対して電力の供給を停止する。この際、電源から切り離された影響による逆起電力は、ダイオード８３０で遮断される。さらに複数の長ピン対（７２０ａ〜７２２ａ，７２０ｂ〜７２２ｂ）が隔離し、拡張装置８００の抜去は終了する。
本実施例の第４図の場合、第２図に比べ、予備充電電源１２０を排し、必要に応じて抵抗８３１を追加する。そのため拡張装置８００を挿入する際の、主電源１１０からの突入電流を制限するために、抵抗８３１は設けることが望ましく、さらに抵抗８３１の抵抗値は十分大きくすることが望ましい。一方、短ピン対（７２３ａ，７２３ｂ）が接続する前に、回路負荷８２０〜８２ｍは十分に充電されている必要があり、突入電流の上限と時定数の大きさをバランス良く設定する必要がある。
本発明の活線挿抜を実現する入出力装置に関し、特に拡張装置に電力を供給する入出力装置の一実施例を第５図に示す。
第５図は、第２図，第４図のいずれの実施例にも適用でき、本実施例では特に第４図の実施例についての実装例を示す。
本実施例の特徴は、入出力装置（ここではモススイッチ３００）の正電源部２４０と、入出力装置以外の正電源部（ここでは回路用電源部２４３）とを拡張装置内で分離して、印刷基板９００上でそれぞれ異なる正電源領域を設けていることである。
第５図は、長ピン７２０ｂと短ピン７２３ｂをそれぞれ印刷基板900上の正電源領域（ハッチングされた領域）８５０，８５１に接続し、長ピン７２２ｂからダイオード８３０と抵抗８３１を介して正電源領域８５１に接続することを示している。
正電源の領域を入出力装置用正電源領域８５０と回路負荷用正電源領域８５１との間にどちらの電源領域もない空間（スリット）を介在させ、上記両方の正電源領域を分離して実装することにより、主電源１１０に対する影響を低減し、電源の揺らぎを防止する効果を高めることができる。また多層の印刷基板を用いて、同一平面上ではなく別個の層にそれぞれの電源領域を設けてもよい。
またここで、長ピン対（７２０ａ，７２０ｂ）と、長ピン対（７２２ａ，７２２ｂ）あるいは短ピン対（７２３ａ，７２３ｂ）は、入出力装置用正電源部２４０と回路用電源部２４３とが主電源１１０に対して相互に干渉することを避けるために、コネクタ（７００ａ，７００ｂ）上で極力物理的に引き離して配置することが望ましい。できればコネクタの両端に、長ピン対（７２０ａ，７２０ｂ）と長ピン対（７２２ａ，７２２ｂ）を配することが望ましい。
本発明の活線挿抜を実現する入出力装置に関し、特にモススイッチの開閉制御を行う制御装置の一実施例を第６図に示す。
第６図は、制御装置５００と拡張装置８００において開閉制御に関する部分を示しており、モススイッチ３００の開閉制御を行う制御装置５００（ＣＮＴ）と、オペレータが指令を与え制御装置５００の動作を支持するサービスプロセッサ５１０（ＳＶＰ）と、拡張装置８００の接続状態を監視する接続監視部５２０（ＳＬＯＴ ＡＣＫ）と、モススイッチ３００の開閉動作を行う開閉部５３０（ＧＡＴＥ ＣＮＴ）と、拡張装置８００の接続を判定する接続判定部５４０（CONDITION）と、動作指令論理５５０と、システムバス１００上の信号を取り込む基準となる基準信号５６０と基準信号発生源５６１（ＰＬＬ）と、開閉制御を伝達する制御線６００と、拡張装置８００の接続状態を伝達するスロット状態線６１０と、拡張装置８００の接続状態を出力するスロット状態出力８４０（ＳＬＯＴ ＩＮ）を示している。
接続監視部５２０は、接続状態レジスタ５２１を有する。開閉部530は、開閉制御レジスタ５３１を有する。
拡張装置８００を挿抜する際の制御装置５００の動作について以下に説明する。
オペレータが拡張装置８００を挿入する場合、最初に拡張装置８００がシステムバス１００に挿入されると、スロット状態出力部８４０からスロット状態線６１０を通じて拡張装置挿入を制御装置５００に通知する。接続監視部５２０は拡張装置８００の挿入を察知すると、拡張装置８００の状態を接続状態レジスタ５２１に設定し、接続判定部５４０に割り込みを上げる。割り込みを受けた接続判定部５４０は、所定の条件を満たすと動作指令論理５５０に接続指令を発行する。ここで所定の条件として、サービスプロセッサ５１０からの指令、または、割り込みが上がってきてから一定時間経過、当該拡張装置８００からのリセット処理完了通知等があり、制御装置５００は必要に応じてこれらを認識する手段を有することが望ましい。動作指令論理５５０は、接続判定部540と接続監視部５２０の信号から、開閉部５３０に挿入された拡張装置８００に該当する開閉制御レジスタの領域に、モススイッチ３００を閉じるための“閉”情報を書き込む。開閉部５３０は、書き込まれた領域に対応する拡張装置８００の制御線６００を選択し、モススイッチ300の開閉制御端子２４２をＬＯＷに駆動する。以上により挿入された拡張装置８００はシステムバス１１０に接続される。システムを管理するメイン処理装置はシステムの構成制御を終了し、当該拡張装置８００の内部レジスタ設定等を行い、しかる後にシステムは通常動作に移行する。
オペレータが拡張装置８００を抜去する場合、システムバス１１０に対する抜去による影響を最小とするため、最初に当該拡張装置８００のモススイッチ３００を切断しなければならない。そのため接続判定部５４０は抜去すべき拡張装置を事前に知る必要があり、その方法として、システムを管理するメイン処理装置からの切断要求割り込みや、オペレータがサービスプロセッサ５１０から入力する指令、当該拡張装置800からのエラー報告割り込み等がある。抜去すべき拡張装置を認識した接続判定部５４０は、該当する拡張装置を切り離すべく切断指令を動作指令論理５５０に発行する。動作指令論理５５０は、接続判定部５４０からの信号から、抜去する拡張装置に該当する開閉制御レジスタ５３１の領域に“開”情報を書き込む。開閉部５３０は、書き込まれた領域に対応する拡張装置８００の制御線６００を選択し、モススイッチ３００の開閉制御端子２４２をＨＩＧＨに駆動する。以上により挿入された拡張装置８００はシステムバス１１０から切り離される。さらに、抜去可能となった拡張装置８００は、オペレータにより物理的にシステムバスから切り離される。システムを管理するメイン処理装置はシステムの再構成制御を終了し、しかる後にシステムは通常動作に移行する。
本発明の活線挿抜を実現する入出力装置に関し、特に拡張装置をシステムバスに接続する方法の一実施例を第７図に示し、以下に説明する。
本実施例では、拡張装置がシステムバスと論理的に接続するあるいは切り離す時に、システムバスで動作中の信号伝送を阻害しないように接続するあるいは切り離すタイミングを設定し、バス上の信号取り込みに影響の無い期間内で、波形の乱れを整定することを示す。
第７図は、拡張装置８００をシステムバス１００に接続するタイミングを示しており、基準信号５６０と制御線６００と、システムバス１００の動作波形例を示している。
拡張装置８００を挿入する場合について、第６図を交えて以下に説明する。なお本実施例では、システムバス１００上の信号は、基準信号５６０の立ち上がりで確定し取り込まれるとする。またシステムバス１００の基準信号５６０の周期はＴｃｌｋ１０２０であり、システムバス１００で必要とされる信号のセットアップ時間はＴｓｕ１０１０である。
制御線６００を駆動する開閉部５３０は、基準信号５６０が接続されている。開閉部５３０は、拡張装置８００内の電子回路装置４００とシステムバス１００とを論理的に接続するために、制御線６００を駆動しＬＯＷにする。ここで開閉部５３０は、制御信号６００を基準信号560の立ち上がりに同期してＬＯＷにする（１０３０）。その結果モススイッチ３００は導通となり、電子回路装置４００はシステムバス１００に接続されるため、システムバス１００上には信号の擾乱が発生する（１０４０）。しかし信号の擾乱が発生しても、次の基準信号５６０の立ち上がりのＴｓｕ以上前に信号波形が整定すれば、次の基準信号５６０の立ち上がりで取り込む信号には影響を与えない。この結果制御装置５００は、バス上の信号伝送を阻害しないで拡張装置８００を接続することが可能となる。
本発明の活線挿抜を実現する入出力装置に関し、特に拡張装置が挿入されたことを通知するスロット状態出力部の一実施例を第８図に示し、以下に説明する。
第８図はスロット状態出力部８４０の一構成例を示している。スロット状態出力部８４０は、拡張装置８００と制御装置５００の間に設けられ、スロット状態線６１０は短ピン対（７３１ａ，７３１ｂ）を介して拡張装置８００内で負電源線２４１に接続する。またスロット状態線６１０は、拡張装置８００の外部で抵抗６１１を介して正電源部、たとえば主電源部２３０に接続する。
拡張装置８００を挿抜する際のスロット状態出力部８４０の動作について以下に説明する。
オペレータが拡張装置８００を挿入する以前のスロット状態線６１０は、正電源につながれた抵抗６１１でプルアップされているためHIGHを出力している。これより制御措置５００は、拡張装置８００がシステムバス１００に接続されていないことを認識する。オペレータが拡張装置８００を挿入する場合、はじめに複数の長ピン対が接続し電源電位が確定した後、短ピン対が接続する。短ピン対（７３１ａ，７３１ｂ）が接続されるとスロット状態線６１０は負電源部２４１に接続しＬＯＷを出力する。その結果、制御装置５００は拡張装置８００がシステムバス１００に挿入されたことを認識する。
拡張装置８００を抜去する場合は、前述の議論の逆であり、抜去前にＬＯＷを出力していたスロット状態線６１０は、抜去されることによりＨＩＧＨを出力し、その結果制御装置５００は拡張装置８００が抜去されたことを認識する。
本発明の入出力装置に関する一実施例を、第９図に示し以下に説明する。
第９図は、複数の信号線を有するシステムバス１００と、システムバス１００の分岐であるタップ２００と、モススイッチ３００（MOS−SW）と、バスに直接接続し動作可能である電子回路装置４００（BUSLOAD）を示している。
本発明の技術思想は、従来直接バスに接続してきた電子回路装置について、バスと電子回路装置との間にモススイッチを挿入して、そのモススイッチを極力バス近傍に配置することにより、バス上の信号波形の整定時間を短縮し、波形の揺らぎを低減し、且つ従来バスからの信号配線長を制限されていた電子回路装置を従来以上に引き離すことを可能とすることである。
開閉制御用ドライバ３２０の入力は、モススイッチ３００を常にイネーブルとするので、抵抗を介して負電源部２４１に接続する。
タップ２００に含まれる各信号線２１０〜２１ｎのそれぞれの長さＬＡ１〜ＬＡｎについて、これらの長さは実装上可能な限り短くする。モススイッチ３００がイネーブルとされるとき、システムバス１００上を伝送する信号は一般に、（１）モススイッチ３００のシステムバス１００側ピン、（２）モススイッチ３００の電子回路装置４００側ピン、（３）電子回路装置４００の入出力ピン、の３つの箇所からの反射の影響を受ける。本実施例に関しては、バス信号伝送波形は（１）の長さＬＡ１〜ＬＡｎによる影響を最も受けるため、（１）を短くすることがバス信号波形整定に大きく貢献する。長さＬＡ１〜ＬＡｎの上限は、システムバス１００の動作周波数や反射、システムバス１００の総延長等の影響を考慮し、電子回路装置４００同士が正しく信号の論理を伝達できる範囲で定められる。
例えば５Ｖ系のバスシステム、より具体的にはバス伝搬時間が11ns以下、バスの特性インピーダンスが６０〜１００Ω、電子回路装置４００の入力ピンキャパシタンスが１６ｐＦ以下、電子回路装置４００の最大接続数を１０という仕様のバスシステムでは、長さＬＡ１〜ＬＡｎを０インチ以上１．５インチ以下とされるが、電子回路装置４００を実装する際、規定通り配線することが困難な場合が有る。
そこで電子回路装置４００を最大接続した場合にも、バス伝搬時間内に信号波形のＨＩレベルやＬＯＷレベルを確保するよう、それぞれの電子回路装置４００とシステムバス１００との間に、長さＬＡ１〜ＬＡｎを０インチ以上１．５インチ以下となるようにモススイッチ３００を配置する。ここで、電子回路装置４００はシステムバス１００と同じバックボード上になくてもよい。モススイッチ３００の入力ピンキャパシタンスを電子回路装置４００に対して小さくすることにより、電子回路装置４００がバックボードとは異なる拡張装置上に有る場合でも、単純に電子回路装置４００をシステムバスに接続するよりも、本発明による方法は多数接続することが可能となる。
一方電子回路装置４００は、モススイッチ３００をシステムバス100近傍に配置し、バス仕様を満たすことにより、長さＬＢ１〜ＬＢｎを１．５インチ以上、望ましくは１０インチ未満として配線することが可能となる。
以上、従来の電子回路装置４００とシステムバス１００との間でモススイッチ３００を反射の影響を考慮した範囲内に配することにより、電子回路装置４００から出力する信号は、モススイッチ３００中のトランスファゲート３１０を通じてシステムバス１００に出力され、このときシステムバス１００上の信号はシステムバス１００の両端と、他のモススイッチの入力端での反射の影響を主に受け、長さＬＡ１〜ＬＡｎを短くすることによりバス信号の多重反射は早期に落ち着き、よってシステムバスの信号波形は迅速に収束・整定し、高速バスへの適用が可能となる。
産業上の利用可能性
本発明により、活線挿抜可能な入出力装置に関し、入出力装置に信号遅延の小さいトランスファゲートを用いて挿抜時にディセーブルを確保することにより、高速動作可能なバスで、拡張装置の挿抜が他の電子回路装置のバス信号伝送を阻害しない入出力装置を実現できる。
また本発明により、活線挿抜可能な入出力装置に関し、電源系統を多重化し、拡張装置を挿抜する際に電源に与える影響を低減し、挿抜に関与しない電子回路装置の動作が不安定とならないような入出力装置を実現できる。
また本発明により、入出力装置に関し、電子回路装置の入出力部でありバスから一定の近距離である位置にトランスファゲートを挿入配置することにより、バス動作波形を迅速に整定し高速バスへの適用が可能となる。
Claims (12)
- 複数の信号分岐配線を有する信号回路網と複数の電子回路装置とを接続する入出力装置において、前記電子回路装置は、前記信号回路網が配線される印刷基板とは別の拡張装置上に配置され、前記拡張装置は、挿入時最初に接触し抜去時最後に隔離する長ピン対と、挿入時前記長ピンより後に接触し抜去時前記長ピンより先に隔離する短ピン対とを含むコネクタを介して前記信号回路網と接続し、前記入出力装置に電力を供給する入出力装置用電源部を有し、前記入出力装置用電源部は、前記長ピン対を介して主電源に接続し、前記入出力装置は、複数のトランスファゲートを含み、前記トランスファゲートは、二つの入出力端子と、開閉制御端子とを有し、前記複数のトランスファゲートの一方の入出力端子は、前記短ピン対を介して前記複数の信号分岐配線と接続し、前記複数のトランスファゲートのもう一方の入出力端子は、前記電子回路装置と接続し、前記複数のトランスファゲートの開閉制御端子は、前記拡張装置内で前記入出力装置用電源部の正負いずれかの電源に抵抗を介して接続し、かつ前記短ピン対を介して前記トランスファゲートの開閉制御を行う制御装置に接続することを特徴とする入出力装置。
- 請求の範囲第１項の入出力装置において、前記制御装置は、前記電子回路装置が前記信号回路網の信号を取り込むために用いる基準信号に同期して、前記開閉制御端子の駆動を行うことを特徴とする入出力装置。
- 請求の範囲第２項記載の入出力装置において、前記制御装置は、前記複数の拡張装置が前記信号回路網に接続されているか否かを認識する接続認識手段を有し、前記接続認識手段より判明した前記複数の拡張装置の接続状態を設定する接続状態レジスタを一つ以上有することを特徴とする入出力装置。
- 請求の範囲第１項から第３項の内の一の請求項記載の入出力装置において、前記制御装置は、開閉制御レジスタを有し、前記開閉制御レジスタの各入出力装置に対応する領域に開あるいは閉情報を書き込むことにより各入出力装置毎の開閉を制御することを特徴とする入出力装置。
- 請求の範囲第１項から第４項の内の一の請求項記載の入出力装置において、前記拡張装置は、前記入出力装置にのみ電力を供給する入出力装置用電源部と、前記入出力装置以外の装置に電力を供給する回路用電源部とを有し、前記入出力装置用電源部は、第一の長ピン対を介して主電源に接続し、前記回路用電源部は第二の長ピン対を介して前記主電源とは異なる予備充電電源に接続することを特徴とする入出力装置。
- 請求の範囲第１項から第４項の内の一の請求項記載の入出力装置において、前記拡張装置は、前記入出力装置にのみ電力を供給する入出力装置用電源部と、前記入出力装置以外の装置に電力を供給する回路用電源部とを有し、前記入出力装置用電源部は、第一の長ピン対を介して前記主電源に接続し、前記回路用電源部は第二の長ピン対を介して前記主電源に接続することを特徴とする入出力装置。
- 請求の範囲第１項から第４項の内の一の請求項記載の入出力装置において、前記拡張装置は、前記入出力装置にのみ電力を供給する入出力装置用電源部と、前記入出力装置以外の装置に電力を供給する回路用電源部とを有し、前記入出力装置用電源部は、第一の長ピン対を介して前記主電源に接続し、前記回路用電源部は第二の長ピン対を介してキャパシタに接続し、前記キャパシタは前記主電源から充電されることを特徴とする入出力装置。
- 請求の範囲第７項の入出力装置において、前記キャパシタは、前記主電源から抵抗、あるいは抵抗とダイオードを介して充電されることを特徴とする入出力装置。
- 請求の範囲第５項から第８項の内の一の請求項の入出力装置において、前記回路用電源部は、短ピン対を介して前記主電源に接続することを特徴とする入出力装置。
- 請求の範囲第５項から第８項の内の一の請求項記載の拡張装置において、前記入力装置用電源部と前記回路用電源部は、前記電子回路装置が配線される印刷基板上で、配線材の存在しない空間を介在して配線されることを特徴とする拡張装置。
- 請求の範囲第５項から第８項の内の一の請求項記載の拡張装置において、前記入力装置用電源部と前記回路用電源部とに電力を供給するコネクタ上のピンは、コネクタ上で最大引き離して配置されることを特徴とする拡張装置。
- 複数の信号分岐配線を有する信号回路網と複数の電子回路装置とを接続する入出力装置において、前記入出力装置は、複数のトランスファゲートを含み、前記トランスファゲートは、二つの入出力端子と、開閉制御端子とを有し、第一の信号分岐配線は、前記トランスファゲートの一方の入出力端子と前記信号回路網とを接続し、第二の信号分岐配線は、前記複数のトランスファゲートのもう一方の入出力端子と前記電子回路装置とを接続し、前記トランスファゲートの開閉制御端子は、前記トランスファゲートの前記二つの入出力端子間を常に導通状態とするような電位に保持し、前記第一の信号分岐配線長を１．５インチ以下とすることで信号回路網の反射波を軽減し、前記第二の信号分岐配線長を１．５インチ以上とすることで前記電子回路装置の配置制限を軽減することを特徴とする入出力装置。
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