亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        支持熱插拔連接器的設(shè)計(jì)原理

        2014-03-05 07:49:26疆,王
        機(jī)電元件 2014年5期
        關(guān)鍵詞:插針子板背板

        邊 疆,王 建

        (1.總裝備部武漢軍代局駐鄭州軍代室,河南鄭州450047;2.中航光電科技股份有限公司,河南洛陽(yáng)471003)

        1 引言

        熱插拔(Hot swapping或Hot plugging)即“帶電插拔”,指在系統(tǒng)背板帶電運(yùn)行的情況下,拔出或者插入子系統(tǒng),而不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)或子系統(tǒng)的損壞,并且保證系統(tǒng)在熱插拔過(guò)程中以及該過(guò)程完成之后仍能正常工作。對(duì)于不支持熱插拔的系統(tǒng)來(lái)說(shuō),每次插入或拔出子系統(tǒng)均要求完全關(guān)斷整個(gè)系統(tǒng)的電源,插拔過(guò)程結(jié)束后進(jìn)行系統(tǒng)重啟。但由于電信及數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)工作的重要性,不允許系統(tǒng)有長(zhǎng)時(shí)間的系統(tǒng)重啟等待時(shí)間;甚至不允許系統(tǒng)斷電。因此,熱插拔在電信及數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)變得非常重要,甚至成為電信產(chǎn)品的一種強(qiáng)制性指標(biāo)[1]。通過(guò)熱插拔能夠減少或避免系統(tǒng)斷電,提高系統(tǒng)的可靠性,減少了由于故障子系統(tǒng)替換而引起的系統(tǒng)掉電時(shí)間。

        熱插拔是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)熱插拔需要硬件和軟件兩方面的支持。本文將主要論述連接器層面如何解決熱插拔問(wèn)題。

        2 熱插拔造成的影響

        在連接器層面上,熱插拔造成的影響主要有浪涌電流和電弧。

        進(jìn)行熱插拔時(shí),子系統(tǒng)上輸入電容的充電會(huì)產(chǎn)生浪涌電流,該電流會(huì)對(duì)連接器引腳和PCB印制線造成永久性破壞,同時(shí)在系統(tǒng)電源上產(chǎn)生短時(shí)的脈沖干擾而造成系統(tǒng)時(shí)鐘抖動(dòng)、偏移,從而引起其他子系統(tǒng)復(fù)位;對(duì)于一個(gè)多電源混合的系統(tǒng),進(jìn)行熱插拔可能會(huì)破壞各種電源之間工作次序的配合關(guān)系,從而損壞系統(tǒng)中的器件,使之無(wú)法正常工作;此外,進(jìn)行熱插拔會(huì)產(chǎn)生電弧,從而破壞連接器接觸件鍍層,甚至導(dǎo)致系統(tǒng)斷電或起火。同時(shí),子系統(tǒng)的增減將導(dǎo)致系統(tǒng)配置的改變,操作系統(tǒng)因不識(shí)別增減了子系統(tǒng)而導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行出錯(cuò);熱插拔對(duì)系統(tǒng)的瞬態(tài)干擾使總線的數(shù)據(jù)失常,從而使軟件的運(yùn)行出錯(cuò)。

        2.1 浪涌電流的產(chǎn)生[2-4]

        當(dāng)一個(gè)子系統(tǒng)插入主機(jī)系統(tǒng)時(shí),主機(jī)系統(tǒng)已處于穩(wěn)定工作狀態(tài),其上所有電容均已充滿電荷,而待插入的子系統(tǒng)是不帶電的。因此,插入時(shí)子系統(tǒng)上輸入電容(由電源、芯片的旁路或去耦電容以及各種分布電容組成)的充電會(huì)從主機(jī)系統(tǒng)電源和總線上吸入很大的瞬態(tài)電流,即浪涌電流,如圖1;同樣,當(dāng)把帶電的子系統(tǒng)拔出背板時(shí),子系統(tǒng)上輸入電容放電也將產(chǎn)生較大的瞬態(tài)電流。

        圖1 子系統(tǒng)輸入電容的組成

        對(duì)于一個(gè)正在工作的系統(tǒng)來(lái)說(shuō),一塊未加電的子系統(tǒng)連接到背板所產(chǎn)生的浪涌電流將會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成一個(gè)很大的干擾,破壞系統(tǒng)中正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息,也會(huì)使背板電源出現(xiàn)瞬時(shí)跌落導(dǎo)致系統(tǒng)或其他功能模塊的復(fù)位,并將導(dǎo)致電路板上元器件的損壞。該電流也會(huì)永久性地?fù)p壞連接器引腳和PCB的印制線。

        2.2 電弧的產(chǎn)生

        對(duì)于高電壓(如48Vd.c.@9A)的熱插拔,其所產(chǎn)生的浪涌電流已經(jīng)變得微不足道,但是會(huì)有電弧產(chǎn)生。如果系統(tǒng)的工作電壓遠(yuǎn)大于連接器插針和插孔金屬的最小拉弧電壓,在一個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行熱插拔時(shí)將有電弧產(chǎn)生。電弧會(huì)破壞連接器接觸件鍍層,甚至導(dǎo)致系統(tǒng)斷電或起火。在帶電接觸件即將接觸/分離,或在接觸/分離的過(guò)程中,觸頭間存在很小的間隙,電場(chǎng)強(qiáng)度很高。若場(chǎng)強(qiáng)大于3×10E6V/m,陰極表面便有電子被電場(chǎng)拉出,并在電場(chǎng)下向陽(yáng)極加速運(yùn)動(dòng),途中與中性原子或分子碰撞,產(chǎn)生更多的電子和正離子,而且會(huì)產(chǎn)生高溫使陰極有更多的電子向外發(fā)射,最終在觸頭間產(chǎn)生高溫高電導(dǎo)的游離氣體,形成電弧。

        3 支持熱插拔連接器的設(shè)計(jì)原理

        對(duì)于不同特征的系統(tǒng)來(lái)說(shuō),設(shè)計(jì)熱插拔連接器的目標(biāo)是不一樣的。AMP公司熱插拔工作小組通過(guò)對(duì)各種環(huán)境下熱插拔的大量、反復(fù)的研究,獲得了以下結(jié)論:熱插拔產(chǎn)生的浪涌電流對(duì)輕負(fù)荷系統(tǒng)的干擾最嚴(yán)重[1],如傳輸LVDS低壓差分信號(hào)(工作電壓<5V,工作電流mA級(jí))的背板。所以,對(duì)于輕負(fù)荷的系統(tǒng),熱插拔連接器的設(shè)計(jì)目標(biāo)是如何控制浪涌電流的產(chǎn)生。而對(duì)于高電壓(如48Vd.c.@9A)系統(tǒng)的熱插拔,其所產(chǎn)生的浪涌電流已經(jīng)變得微不足道,但是很容易產(chǎn)生電弧。所以,其設(shè)計(jì)目標(biāo)是如何消除電弧。

        3.1 輕負(fù)荷系統(tǒng)連接器設(shè)計(jì)原理

        如果能實(shí)現(xiàn)在子系統(tǒng)早期上電但尚未與系統(tǒng)總線接觸時(shí),器件處于“三態(tài)”(即高阻態(tài)),那么當(dāng)子系統(tǒng)與系統(tǒng)總線相觸時(shí),可將總線與子系統(tǒng)剛接觸時(shí)產(chǎn)生的瞬態(tài)電流降低到最小程度,最大限度地減小對(duì)總線的瞬態(tài)干擾,保護(hù)了總線上的數(shù)據(jù)不被破壞。子系統(tǒng)的預(yù)充電可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能,而實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)的預(yù)充電的一個(gè)重要途徑是采用連接器插針?lè)旨?jí)。

        連接器采用分級(jí)針腳使得子系統(tǒng)插入或拔出時(shí)各插針按一定的順序與系統(tǒng)進(jìn)行連接或斷開,因而在原理上使得連接器可實(shí)現(xiàn)熱插拔。分級(jí)插針的長(zhǎng)度分為長(zhǎng)、中長(zhǎng)、短三級(jí)。其中,電源、地引腳為長(zhǎng)插針,中長(zhǎng)插針接信號(hào),最短的插針用來(lái)激活該板。當(dāng)子系統(tǒng)插入時(shí),電源、地插針首先接通,對(duì)該子系統(tǒng)進(jìn)行早期加電,然后是中長(zhǎng)插針與系統(tǒng)總線接通,最后是短插針接通,并向系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)使能信號(hào),系統(tǒng)由此知道有一個(gè)子系統(tǒng)已經(jīng)插好,即開始對(duì)它進(jìn)行初始化。當(dāng)該子系統(tǒng)拔出時(shí),上述事件發(fā)生的順序正好相反。

        一般來(lái)說(shuō),子系統(tǒng)預(yù)充電在4ms的時(shí)間內(nèi)即可完成,1.5mm的針長(zhǎng)差即可滿足4ms的時(shí)間差要求。因此在IEC 61076-4-101中規(guī)定,連接器長(zhǎng)、中長(zhǎng)、短三級(jí)針腳長(zhǎng)短差為1.5mm。

        國(guó)內(nèi)外在熱插拔方面做了大量的研究,一些研究結(jié)果已經(jīng)形成規(guī)范,如CompactPCI熱插拔技術(shù)規(guī)范。下面將以CompactPCI熱插拔技術(shù)規(guī)范為例來(lái)說(shuō)明連接器通過(guò)針腳分級(jí)如何實(shí)現(xiàn)熱插拔。

        我的汽車停在路上,壓著雙黃線,但不再有人在意這類事。與以往不同,汽車第一下啟動(dòng)就成了,仿佛它知道這次的啟動(dòng)關(guān)系重大。我將衛(wèi)星導(dǎo)航器扔出車窗。當(dāng)我駕車時(shí),天空顏色變得越來(lái)越淺,太陽(yáng)光悄悄地射進(jìn)來(lái),就像瑞安在宵禁后躡手躡腳溜回家。很快,整個(gè)世界就像什么事都沒發(fā)生過(guò)一樣。我從汽車雜物箱里摸索出太陽(yáng)眼鏡,盡管太陽(yáng)早已經(jīng)在滑向地平線。

        CompactPCI熱插拔技術(shù)規(guī)范規(guī)定了連接器熱插拔時(shí)的插入順序,以及背板上的插針長(zhǎng)短分級(jí),如圖2所示。

        圖2 接觸件熱插拔時(shí)的插入順序

        從圖2中可以看出,背板的部分電源(+5V,+3.3V,V(I/O))和接地(GND)插針最長(zhǎng),確保最先連接和最后斷開,用以在總線信號(hào)針連接前為硬件預(yù)先充電。PCI總線插針和其他信號(hào)針采用中等長(zhǎng)度,避免了CompactPCI子板上電容充電對(duì)總線的影響。BD_SEL#采用最短插針,確保其接觸時(shí)其他插針已穩(wěn)定連接。

        CompactPCI子板插入時(shí)的物理連接過(guò)程如下:

        1)子板ESD條進(jìn)入導(dǎo)軌,第一段、第二段和第三段ESD條依次與基座地線接觸,釋放靜電。

        2)子板與背板長(zhǎng)針(GND和+5V,+3.3V,V(I/O)插針)開始接觸。電源控制器和總線端口電路上電,子板上去耦電容充電。長(zhǎng)針電源將總線信號(hào)穩(wěn)定在充電電壓(1V)。

        3)子板與背板中長(zhǎng)針(總線信號(hào)/時(shí)鐘/電源)開始接觸。子板上總線信號(hào)針開始跟隨系統(tǒng)總線信號(hào)的電平變化、開始接收時(shí)鐘信號(hào)。供電電路已連接好,但工作主電源(后期電源)此時(shí)仍然關(guān)閉。

        4)子板與背板短針BD_SEL#接觸。該針在背板上接地,接觸時(shí)使子板上的BD_SEL#信號(hào)由高電位轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娢?,表示子板已全部插入,子板物理連接過(guò)程結(jié)束。

        子板拔出時(shí)的物理連接過(guò)程如下:

        1)子板與背板短針BD_SEL#斷開。預(yù)充電電源開始供電、工作主電源關(guān)閉。

        2)子板與背板中長(zhǎng)針(總線信號(hào)/時(shí)鐘/電源)斷開。

        3)子板與背板長(zhǎng)針斷開,預(yù)充電電源去除。

        4)子板脫離背板ESD導(dǎo)軌前,第二段和第三段ESD條依次與基座地線接觸,釋放靜電。

        5)子板脫離背板ESD導(dǎo)軌。

        附錄Ⅰ是一個(gè)3U的CompactCPI板卡,采用的是2mm連接器,表Ⅰ.Ⅰ是針腳的定義。從表Ⅰ.Ⅰ可以看出,連接器針腳長(zhǎng)度分3個(gè)等級(jí),即:長(zhǎng)、中長(zhǎng)和短;長(zhǎng)引腳定義為GND和+5V,+3.3V,V(I/O),短引腳定義為BD_SEL#和IDSEL,其余接中長(zhǎng)引腳。

        對(duì)于輕負(fù)荷系統(tǒng)來(lái)說(shuō),除了采用連接器針腳分級(jí)的技術(shù)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)熱插拔,還必須輔以其他的硬件技術(shù),如在板上增加電源控制器控制電源的上升速率、異步復(fù)位、增加狀態(tài)和控制寄存器,用單負(fù)荷時(shí)鐘系統(tǒng)來(lái)代替原來(lái)的雙負(fù)荷時(shí)鐘系統(tǒng)等[1]。

        3.2 重負(fù)荷系統(tǒng)連接器的設(shè)計(jì)原理

        在設(shè)計(jì)重負(fù)荷系統(tǒng)(如48VDC@9A)的熱插拔連接器時(shí),重點(diǎn)要防止連接器在熱插拔時(shí)產(chǎn)生電弧,采用的方法有:犧牲插針、在產(chǎn)生電弧點(diǎn)外包裹一種聚合物、在產(chǎn)生電弧的方向吹惰性氣體、提高連接器分離速度等。

        將插孔的護(hù)套加長(zhǎng),即在插針和孔真正接觸前,使電弧產(chǎn)生在護(hù)套與插針之間,犧牲插針,保護(hù)插孔,從而在一定程度上減弱了電弧所產(chǎn)生的破壞作用,如圖3所示。該技術(shù)方法即為犧牲插針。

        圖3 犧牲插針技術(shù)方法圖例

        《一種在電源連接器上利用導(dǎo)電聚合物實(shí)現(xiàn)熱插拔的方法》(文獻(xiàn)[6])中介紹了利用導(dǎo)電聚合物避免產(chǎn)生電弧的方法,即將導(dǎo)電聚合物安裝在背板電源連接器前端,并且使其中一個(gè)接觸件與聚合物相連(如圖4),使拔插時(shí)電弧放電發(fā)生在導(dǎo)電聚合物中,從而避免金屬接觸件之間產(chǎn)生電弧。

        圖4 電源連接器前端安裝導(dǎo)電聚合物

        在《一種利用聚合物抑制在直流負(fù)載系統(tǒng)熱插拔過(guò)程中電弧對(duì)連接器的損害的方法》(文獻(xiàn)[7])中,采用了在產(chǎn)生電弧點(diǎn)外包裹一層碳?xì)渚酆衔?,用其吸收電弧釋放的熱量,且其受熱后釋放氣體,提高產(chǎn)生電弧所需的電壓,減少電弧存在的時(shí)間和破壞作用,如圖5所示。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)碳?xì)渚酆衔镏屑尤脒m量阻燃劑可以更好地抑制電弧產(chǎn)生。

        犧牲插針的技術(shù)方法轉(zhuǎn)移了電弧產(chǎn)生的位置,但沒有消除電弧,雖保護(hù)了插孔,但是犧牲了插針,在一定程度上減弱了電弧造成的危害。在插座插合面上增加導(dǎo)電聚合物和在插孔外包裹一層碳?xì)渚酆衔锏募夹g(shù)方法是通過(guò)提高產(chǎn)生電弧所需的電壓,減少電弧存在的時(shí)間來(lái)避免或減弱電弧的影響。

        圖5 外裹聚合物釋抑制電弧的原理

        后兩種技術(shù)方法一定程度上可以避免電弧的產(chǎn)生,但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,且尚處于試驗(yàn)階段,成本較高,而犧牲插針的技術(shù)方法,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工藝成熟,成本很低。

        4 結(jié)論

        綜上所述,設(shè)計(jì)支持熱插拔的連接器時(shí)應(yīng)充分考慮連接器的工作環(huán)境。對(duì)于輕負(fù)荷系統(tǒng)(如工作電壓<5V,工作電流mA級(jí))的連接器,采取連接器插針長(zhǎng)短分級(jí)、針腳長(zhǎng)度差控制在1.5mm以上的方法;對(duì)于重負(fù)荷系統(tǒng)(如48Vd.c.@9A)的連接器,則主要通過(guò)轉(zhuǎn)移電弧產(chǎn)生的位置、增加產(chǎn)生電弧所需的電壓、減少電弧存在的時(shí)間來(lái)控制電弧的產(chǎn)生或?qū)a(chǎn)生的電弧吸收的方法,以減少其危害。

        附錄ⅠCompactCPI板卡及P1/J1連接器針腳定義表

        表I.I CompactCPI板卡P1/J1連接器針腳定義表

        [1] Compact PCI熱插拔技術(shù)研究現(xiàn)狀評(píng)述,《測(cè)控技術(shù)》2002年第10期

        [2] 《一種低壓熱插拔控制芯片的設(shè)計(jì)》,劉毅,華中科技大學(xué)2006年碩士學(xué)位論文

        [3] 電源和信號(hào)的可熱插拔連接器的設(shè)計(jì),《交流技術(shù)與電力牽引》2001年02月,第34-36頁(yè)

        [4] 低壓電源熱插拔和上電順序控制,《今日電子》2004年第4期,第24、36頁(yè)

        [5] CompactPCI Hot Swap Specification,PICMG 2.1 R2.0,Jan 17,2001

        [6] A novel concept utilizing conductive polymers on power connectors during hot swapping in live modular electronic systems,IEEE 2005

        [7]Mitigation of Connector Damage During Disengaging DC Loads Using Polymeric Arc Suppressor.IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies,Vol.28,No.2 JUNE 2005 IEEE,2005

        猜你喜歡
        插針子板背板
        基于Optistruct翼子板分析
        汽車零部件(2022年7期)2022-08-03 07:37:32
        汽車輪胎與翼子板視覺美觀性分析
        樂(lè)凱太陽(yáng)能電池背板:強(qiáng)勁支持光伏產(chǎn)業(yè)
        口紅插針器
        口紅插針器
        基于常見失效模式的電連接器裝配技術(shù)優(yōu)化
        翼子板典型缺陷分析及改進(jìn)方案
        模具制造(2019年10期)2020-01-06 09:12:58
        光伏含氟背板隱憂
        能源(2017年5期)2017-07-06 09:25:55
        層壓過(guò)程對(duì)背板粘接涂層的影響
        播放器背板注塑模具設(shè)計(jì)
        中文无码久久精品| 在线观看的a站免费完整版 | 在线一区二区三区国产精品| 免费1级做爰片1000部视频| 无码专区中文字幕DVD| 亚洲国产高清在线视频| 国产三级精品av在线| 和黑人邻居中文字幕在线 | AV有码在线免费看| 男男互吃大丁视频网站| 国产av一级黄一区二区三区| 巨茎中出肉欲人妻在线视频| 91精品手机国产在线能| 国产91熟女高潮一曲区| 公厕偷拍一区二区三区四区五区| 激性欧美激情在线| 国产精品流白浆喷水| 日本超骚少妇熟妇视频| 男人国产av天堂www麻豆| 中文字幕亚洲欧美日韩2019| 亚洲一区二区三区在线观看播放| 偷偷夜夜精品一区二区三区蜜桃| 人妖熟女少妇人妖少妇| 8090成人午夜精品无码| 亚洲一区二区三区av无| 亚洲爆乳无码精品aaa片蜜桃 | 久久婷婷五月综合97色直播| 毛茸茸的中国女bbw| 色婷婷丁香综合激情| 日本女优激情四射中文字幕| 美女把尿囗扒开让男人添| 亚洲高清无码第一| 中文字幕亚洲精品综合| 隔壁老王国产在线精品| 精品久久久久久久中文字幕| 丰满少妇高潮在线观看| av中文字幕一区不卡| 秋霞午夜无码鲁丝片午夜精品 | 精品蜜桃在线观看一区二区三区| 影音先锋久久久久av综合网成人| 人妻丰满熟妇av无码区免|