簡(jiǎn)述熱插拔和數(shù)字電源監(jiān)測(cè)器

1 什么是熱插拔?

在熱插拔期間，板卡或模塊可以從帶電的電源總線上插入或者拔出，而不會(huì)影響總系統(tǒng)正常工作。這種思想很可能來(lái)自于電話線路卡，其印制電路板插座需要適合不同長(zhǎng)度的接頭。當(dāng)將電話線路卡插入底板時(shí)，總是首先連接地，然后連接電源總線和I/O引腳。這對(duì)于公共交換電話網(wǎng)絡(luò)中簡(jiǎn)單和魯棒性電子設(shè)備已經(jīng)足夠。但是當(dāng)今的路由器、服務(wù)器和嵌入式系統(tǒng)通常都需要一個(gè)熱插拔控制器、檢測(cè)電阻器和FET調(diào)整管，并且需要提供更加魯棒、智能的解決方案。

2 哪種類型的模塊需要熱插拔控制器?

輸入電源線兩端并聯(lián)很大電容值旁路電容器的模塊或者能夠降低主電源總線性能的故障模式都需要熱插拔控制器。閉環(huán)限流能力可以限制旁路電容器的初始充電電流，從而當(dāng)加入新負(fù)載時(shí)可以防止主電源總線電壓下降(見(jiàn)圖1)。它也可以防止接插件的電源接觸由于瞬時(shí)電流過(guò)大而過(guò)載。

圖1：這里出示典型的加電波形，采用線性電流控制環(huán)路，當(dāng)將可熱插拔的模塊插入帶電的底板時(shí)，限制啟動(dòng)時(shí)的浪涌(沖擊)電流。

一旦輸入電容器充電后，電流控制環(huán)路就可以用作一種保護(hù)機(jī)制，以限制隨后任何超過(guò)模塊設(shè)計(jì)指標(biāo)的大電流，從而可以用來(lái)指示短路或者其它故障。因此，當(dāng)檢測(cè)到超過(guò)要求的大電流時(shí)，這種方法能夠相當(dāng)簡(jiǎn)單地使用控制器關(guān)斷模塊電路，或者在手動(dòng)復(fù)位或自動(dòng)復(fù)位之前一直關(guān)斷電路。

3 電源監(jiān)測(cè)用在哪里?

眾所周知，系統(tǒng)中每一點(diǎn)的電壓和電流的大小允許設(shè)計(jì)工程師計(jì)算每一個(gè)電源電壓的功耗。檢測(cè)電阻器、電流檢測(cè)放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)是用于測(cè)量電流和電壓并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量所需要的主要器件。然后可用軟件方法實(shí)現(xiàn)數(shù)字電源監(jiān)測(cè)算法。

在熱插拔系統(tǒng)中，這種監(jiān)測(cè)功能對(duì)于監(jiān)測(cè)每一個(gè)可熱插拔的子系統(tǒng)的性能非常有用。

4 系統(tǒng)利用監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)能做什么?

利用這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以直接提高系統(tǒng)的效率和性能?？紤]一個(gè)刀片服務(wù)器的機(jī)架是由10塊板組成，每一塊板的功耗限制為100W。由于機(jī)架的電源能提供最大1,000W功率，因此必須限制通過(guò)每個(gè)插槽的功耗不超過(guò)100W。

在標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中，沒(méi)有一個(gè)插槽的功耗在100W以上。

如果引入數(shù)字電源監(jiān)測(cè)功能，那么當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)可以動(dòng)態(tài)地做出更加智能的電源控制。如果要從一個(gè)機(jī)架上安裝齊全的電路板中拔出一塊板，那么會(huì)空出“額外”100W的無(wú)用功率。

在這種情況下，可以為系統(tǒng)中其它每塊板分配10W的額外功率。

因此必須監(jiān)測(cè)機(jī)架上插入電路板的功耗以確保不會(huì)超出總的功耗預(yù)算。這類電源管理方案允許系統(tǒng)可以充分利用可用的功耗預(yù)算，并且監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的功耗是達(dá)到這個(gè)目標(biāo)不可或缺的一部分。

5 為什么要將基本的熱插拔電流控制和監(jiān)測(cè)功能集成在一顆芯片內(nèi)?

集成熱插拔控制器和電流檢測(cè)電路意味著可以使用一只檢測(cè)電阻器提供兩種功能，從而減少元件數(shù)量并且最大程度減小功耗(如圖2所示)。使用一只檢測(cè)電阻器分別實(shí)現(xiàn)這兩種功能也非常困難。因此需要大量校正以便用一只給定的檢測(cè)電阻器得到正常工作的兩個(gè)獨(dú)立的電路。關(guān)于每一種功能的性能需都要做一些折衷。

圖2：該集成解決方案可以通過(guò)外部控制器提供精確的閉環(huán)熱插拔控制和數(shù)字電源監(jiān)測(cè)功能。

除此之外，在同一顆芯片中集成檢測(cè)放大器和ADC可以節(jié)省控制器的調(diào)整引腳、元件數(shù)量和功耗并且消除噪聲問(wèn)題。