電信系統的熱插拔設計:避免拼湊、支持高效設計
英飛凌汽車(chē)電子生態(tài)圈
掃碼關(guān)注
獲取最新最全汽車(chē)電子
技術(shù)方案與實(shí)用技巧
采用熱敏電阻方案時(shí)，需要考慮作用在熱敏電阻上的瞬態(tài)峰值功率。設計人員必須考慮電路板環(huán)境溫度的變化(覆銅面積和氣流)以及熱敏電阻自身的因素，如果超出其額定電流和/或電壓，則會(huì )導致器件損壞。
對于熱敏電阻方案需要考慮幾個(gè)因素，例如，在電信系統中，一旦系統交付運營(yíng)商使用，將不允許更改或重新設計板卡。由此，熱敏電阻可能會(huì )引發(fā)長(cháng)期可靠性問(wèn)題，設計人員必須考慮負溫度系數(NTC)的反作用時(shí)間。另外一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是，當板卡反復插入或拔出背板時(shí)，熱敏電阻可能沒(méi)有足夠的時(shí)間冷卻，從而在隨后的帶電插入事件中不能有效地限制浪涌電流。最后，熱敏電阻的特性參數會(huì )隨時(shí)間變化，這將導致系統的抗沖擊能力下降。
總而言之，該方案在需要根據溫度變化進(jìn)行調整的系統中能夠提供良好特性(例如，LCD偏置電源)，限制浪涌電流。但是，基于熱敏電阻的熱插拔控制器不能滿(mǎn)足系統長(cháng)期可靠性的需求。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/179820.htm
分離式熱插拔電路
實(shí)現浪涌電流控制的另一渠道是利用幾個(gè)分離元件(顯然，多數工程師不會(huì )考慮拼湊式方案)。通常，利用分離電路配合獨立的MOSFET、功率檢測電阻及其它偏置元件實(shí)現故障保護、斷路器和電流控制功能。分離式熱插拔電路設計非常復雜，而且很難調試(增加了設計和研發(fā)時(shí)間)，而且成本較高、占用較大的PCB面積。
重要的是，分離方案中，無(wú)源元件的寄生參數會(huì )對熱插拔電路造成較大影響。設計人員必須嚴格控制這些因素。電路中，利用電阻和電容控制電源的上升和下降時(shí)間、電流與電流及其它檢測條件。系統設計人員必須嚴格關(guān)注寄生參數對電路工作狀況的影響。
討論了上述三種拼湊式熱插拔方案后，我們還有更好的選擇。事實(shí)上，最好的解決方案是采用完全集成的單芯片熱插拔控制器，下一節將討論業(yè)內最具創(chuàng )新的熱插拔方案，包括MAX5961熱插拔控制器。
浪涌峰值電流控制
更高集成度
利用一個(gè)電路限制插入板卡的浪涌電流、提供過(guò)流和負載瞬變保護、降低系統失效點(diǎn)，工程師可以嚴格控制熱插拔保護板卡的長(cháng)期可靠性。市場(chǎng)上可以找到高度集成的熱插拔控制IC，有些控制器IC不需要外接檢流電阻。許多IC可以簡(jiǎn)單、高效地實(shí)現熱插拔保護功能，例如，在單一芯片內支持下列功能：UV和OV保護；過(guò)載時(shí)利用恒流源實(shí)現有源電流限制；電源電壓跌落之前斷開(kāi)故障負載；利用外部驅動(dòng)FET構成“理想二極管”提供反向電流保護；多電壓排序；發(fā)生負載故障后自動(dòng)重試。
幾家模擬半導體公司已經(jīng)推出了各種方案，滿(mǎn)足不同系統的需求。新一代熱插拔IC集成了全面的模擬和數字功能，例如：板卡插入并完全上電后，可連續監測電源電流。連續監測功能可以在板卡正常工作期間繼續提供短路和過(guò)流保護，還可以幫助識別故障板卡，在系統完全失效或意外關(guān)閉之前撤掉故障板卡。
集成ADC的重要性
Maxim、Analog Devices和Linear Technology®均可提供熱插拔方案，器件內部提供數字故障和統計數據記錄。近期出現的一個(gè)新名詞是“數字熱插拔”IC，代表集成了電壓和電流監測ADC的熱插拔方案。表1給出了不同供應商所提供的熱插拔IC的性能比較，表中未列出MAX5967，該器件的引腳和功能完全兼容于LTC4215。
表1. 數字熱插拔控制IC對比
| LTC4215 | ADM1175 | MAX5961 | MAX5970 | |
| ADC Resolution (bits) | 2 | 12 | 10 | 10 |
| Conversion Rate (Hz) | 10 | Not Specified | 10k | 10k |
| Automatic or Polled? | Auto | Polled | Auto | Auto |
| History Depth | 1 sample | 1 sample | 50 samples | 50 samples |
| INL | 0.2 LSB, 0.5 LSB | Not Specified | 0.5 LSB | 0.5 LSB |
| Full-Scale Error (voltage, current) | ±5.5 LSB, ±5.0 LSB | ±60.0 LSB, ±100.0 LSB | ±10 LSB, ±30.0 LSB | ±10 LSB, ±30.0 LSB |
| Interface | I²C/SMBus™ | I²C | I²C/SMBus | I²C/SMBus |
| High-Speed Voltage (min, max) | 2.9V, 15V | 3.15V, 13.2V | 0V, 16V | 0V, 16V |
| GATE Pullup Current (µA) | 20 | 12 | 5 | 5 |
| GATE Pulldown Current, Normal (mA) | 1 | 2 | 500 | 500 |
| Slow-Trip Circuit-Breaker Threshold (mV) | 25 | 85 | 12.5, 25, 50 (and 8-bit programmable) | 12.5, 25, 50 (and 8-bit programmable) |
| Fast-Trip Circuit-Breaker Threshold | — | 115mV | 125%, 150%, 175%, 200% of programmed slow trip | 125%, 150%, 175%, 200% of programmed slow trip |
| Load UV Protection | Analog | — | 2 each, 10-bit programmable | 2 each, 10-bit programmable |
| Load OV Protection | — | — | 2 each, 10-bit programmable | 2 each, 10-bit programmable |
熱插拔控制IC中嵌入ADC，有助于擴展器件的監測能力并可報告電源狀態(tài)以及引起故障的一些關(guān)鍵因素。MAX5961還可以存儲幾個(gè)毫秒的電壓、電流測試數據，這些數據可以用于后續的故障診斷和分析。
集成ADC還為OEM廠(chǎng)商創(chuàng )造了機會(huì )，能夠使其產(chǎn)品更具競爭力。利用先進(jìn)的電路板管理技術(shù)提供系統增值功能：
- 信息采集：設計人員可以根據當前收集的系統關(guān)鍵數據構建下一代系統，優(yōu)化效率。
- 連續監控：對于這些需要始終保持運轉狀態(tài)的系統，正常工作期間可能需要連續監測其供電電源的溫度，以記錄一些對應于功率等級的“關(guān)鍵統計數據”。這些數據有助于在今后對一些故障狀況進(jìn)行預測。
- 功率預算：通過(guò)讀取以往或當前故障條件的數據，可以判斷是否出現嵌入式板卡的功耗超出了其總功率預算的份額。這種監測對于早期識別不正常的工作條件、減緩甚至消除對系統其余電路的影響很有幫助。
通過(guò)I²C連接系統微處理器
板卡微處理器可以通過(guò)熱插拔控制器的I²C接口采集一些關(guān)鍵的統計數據。通過(guò)該接口可以配置熱插拔控制器的工作模式，工作在閉鎖或連續重試狀態(tài)；系統管理固件可以據此識別板卡的問(wèn)題。該接口也是主板向維護人員發(fā)出報警信號的渠道，其作用與汽車(chē)儀表盤(pán)上的引擎故障指示燈類(lèi)似。
結論
熱插拔控制器對于那些始終保持運行狀態(tài)的系統是不可或缺的保護電路。發(fā)生帶電插拔事件后，跟蹤浪涌電流引起的PCB故障也是非常棘手的設計任務(wù)。利用那些拼湊起來(lái)的熱插拔方案解決故障問(wèn)題或者只是很好地解決了其中部分問(wèn)題，對于系統的長(cháng)期穩定性而言存在一定隱患，也是工程師無(wú)法預測的。
目前，高度集成的熱插拔方案能夠確保系統在帶電插拔的操作中不會(huì )引起數據傳輸錯誤或導致系統已插入板卡的復位。這種方案對于保持系統的長(cháng)期可靠性很有幫助，能夠滿(mǎn)足、甚至優(yōu)于“5個(gè)9”的設計目標。
評論