簡述熱插拔和數(shù)字電源監(jiān)測器

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，而不會影響總系統(tǒng)正常工作。這種思想很可能來自于電話線路卡，其印制電路板插座需要適合不同長度的接頭。當(dāng)將電話線路卡插入底板時，總是首先連接地，然后連接電源總線和I/O引腳。這對于公共交換電話網(wǎng)絡(luò)中簡單和魯棒性電子設(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)通常都需要一個熱插拔控制器、檢測電阻器和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)加入新負載時可以防止主電源總線電壓下降(見圖1)。它也可以防止接插件的電源接觸由于瞬時電流過大而過載。

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，限制啟動時的浪涌(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機制，以限制隨后任何超過模塊設(shè)計指標(biāo)的大電流，從而可以用來指示短路或者其它故障。因此，當(dāng)檢測到超過要求的大電流時，這種方法能夠相當(dāng)簡單地使用控制器關(guān)斷模塊電路，或者在手動復(fù)位或自動復(fù)位之前一直關(guān)斷電路。

3 電源監(jiān)測用在哪里?

眾所周知，系統(tǒng)中每一點的電壓和電流的大小允許設(shè)計工程師計算每一個電源電壓的功耗。檢測電阻器、電流檢測放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)是用于測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現(xiàn)數(shù)字電源監(jiān)測算法。

在熱插拔系統(tǒng)中，這種監(jiān)測功能對于監(jiān)測每一個可熱插拔的子系統(tǒng)的性能非常有用。

4 系統(tǒng)利用監(jiān)測的數(shù)據(jù)能做什么?

利用這些監(jiān)測數(shù)據(jù)可以直接提高系統(tǒng)的效率和性能。考慮一個刀片服務(wù)器的機架是由10塊板組成，每一塊板的功耗限制為100W。由于機架的電源能提供最大1,000W功率，因此必須限制通過每個插槽的功耗不超過100W。

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

如果引入數(shù)字電源監(jiān)測功能，那么當(dāng)系統(tǒng)工作時可以動態(tài)地做出更加智能的電源控制。如果要從一個機架上安裝齊全的電路板中拔出一塊板，那么會空出“額外”100W的無用功率。

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)測機架上插入電路板的功耗以確保不會超出總的功耗預(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)測子系統(tǒng)的功耗是達到這個目標(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)測功能集成在一顆芯片內(nèi)?

集成熱插拔控制器和電流檢測電路意味著可以使用一只檢測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)。使用一只檢測電阻器分別實現(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電阻器得到正常工作的兩個獨立的電路。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)測功能。

除此之外，在同一顆芯片中集成檢測放大器和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題。