PCI總線的熱插拔技術(shù)及實現(xiàn)

PCI總線的熱插拔技術(shù)及實現(xiàn)

摘要：具有熱插拔PCI槽現(xiàn)已成為許多需要長時間不間斷工作和能夠在線維修的計算機系統(tǒng)的必備功能。文中介紹了熱插拔的基本技術(shù)問題,給出了利用Linear Technology公司的熱插拔電源控制芯片LTC1421來實現(xiàn)PCI總線熱插拔的具體電路以及工作過程。

??? 關(guān)鍵詞：PCI總線 熱插拔 LTC1421

PCI總線已經(jīng)廣泛使用在高性能個人計算機和單板計算機中,由于具有32/64位的數(shù)據(jù)寬度和最高達133Mbps的帶寬,因而PCI可滿足絕大多數(shù)I/O設(shè)置的要求。但是原始的PCI規(guī)范并沒有熱插拔功能,這樣當外設(shè)插入或拔出時必須關(guān)閉系統(tǒng)電源。

在PCI總線應用到服務器、生命監(jiān)護系統(tǒng)、工業(yè)控制計算機、電話交換系統(tǒng)的重要場合時,由于需要長時間的不間斷工作和在線維修,PCI槽的外設(shè)熱插拔能力成了必備的功能。本文給出了一個通過使用熱插拔電源控制芯片LTC1421來控制外設(shè)電源的具體方法,它是用專用雙向總線開關(guān)來緩沖數(shù)據(jù)總線的,這樣外設(shè)就可以實現(xiàn)熱插拔而不必關(guān)閉主電源。

1 熱插拔的基本技術(shù)問題

當外設(shè)插入時,外設(shè)上的電源旁路電容在充電時會從PCI電源上吸收很大的瞬態(tài)電流,這個瞬態(tài)電流取決于電源電壓和電源內(nèi)阻以及旁路電容的容量,這樣的瞬態(tài)電流有時可以達到數(shù)安培,因而會引起接插件和電路板線條的永久損壞。該瞬態(tài)電流同時也會引起尖峰干擾,使系統(tǒng)中的其它外設(shè)被強制進入復位狀態(tài)。

第二個問題涉及到大多數(shù)邏輯元件系列中的輸入和輸出電路內(nèi)接以電源端VCC的二極管,當外設(shè)初始未加電時,VCC輸入端到邏輯門往往位于地電位。當數(shù)據(jù)總線引腳開始接觸時,到VCC的二極管可能會將總線拉到地電位,這樣就破壞了數(shù)據(jù)線上的狀態(tài)。另外,由于電流泫經(jīng)二極管會使邏輯門被鎖定,從而當電路加電時會產(chǎn)生輸出邏輯沖突,從而對電路造成損壞。

PCI總線熱插拔的PCI槽在主板上的電路如圖1所示。

??? 在該電路中,每個PCI槽的電源都將受LTC1421以及附加的場效應管的控制。數(shù)據(jù)總線則由幾個QS3384緩沖。由ASIC、FPGA或微處理器構(gòu)成的電源控制器可以控制所有的外設(shè)電源。

電路中的12V、5V、3.3V和-12V電源由外置串聯(lián)N-FEF功率管Q1～Q4來控制。它可將串聯(lián)三極管的門極電壓控制在一定的速率上,并將從PCI電源上吸收的瞬態(tài)浪涌電流（I=C·dV/dt）控制在個安全的數(shù)值。正電源的上升速率被設(shè)定在dV/dt=20μA/C2,-12V電源由R7和C3設(shè)置,R5和Q5用于幫助更快地關(guān)閉Q2.電路R9,R11,R12用來防止?jié)撛诘母哳lFET振蕩。上拉電阻R13和R14可把PWRGD和FAULT信號拉到適當?shù)倪壿嬰娖?其另一端所拉的電源取決于控制器所用的電源。

電壓檢測電路R1,R2和R3用來提供電流出錯保護。當R1和R2上的電壓大于50mV并超過10μs后,TLC1421電路關(guān)斷器被觸發(fā)而立即關(guān)斷所有FET,并鈄FAULT拉為低電平。電路關(guān)斷器的狀態(tài)可通過POR引腳復位。對3.3V電源的保護是通過電阻R6與R8的分壓提供的。由于-12電源的電流較低,因而未加過流保護。

串聯(lián)在數(shù)據(jù)總線內(nèi)的總線開關(guān)上包含一個N溝道低電阻開關(guān)。當外設(shè)電路板插入時,該開關(guān)是斷開的,直到電源穩(wěn)定后才接通。開關(guān)的輸入和輸出腳都沒有接VCC的二極管,且輸入電容也很小。

2 熱插拔PCI電路的工作過程

PCI功率控制器可以通過功率選擇位感應到電路板的插入。另外,用戶也能夠通過面板開關(guān)或鍵盤來使系統(tǒng)感知到控制電路板的插入。在有電路板插入時,PCI控制器保扶持RST#腳為低電位以關(guān)閉數(shù)據(jù)總線開關(guān),然后打開POR腳,使電源以控制的速率慢慢打開。當12V電源上升到最終值的10%以內(nèi)時,PWRGD信號拉高有鏟。PCI電源控制器在等待一個復位時間后拉高RST#信號,并打開總線開關(guān)。

當電路板拔出時,RST#被拉低,總線開關(guān)隨之關(guān)閉。LTC1421也通過拉低POR而關(guān)閉,經(jīng)過20ms延時后外部FET關(guān)閉,電源電壓消失。

3 結(jié)束語

通過使用LTC1421和總線開關(guān)可使PCI槽實現(xiàn)熱插拔。這樣當外設(shè)插入或拔掉時就不用關(guān)閉系統(tǒng)電源,從而使得系統(tǒng)能夠不間斷的長時間連續(xù)工作。在這之前,許多熱插拔技術(shù)還需要模擬電路的技巧,而使用LTC1421可安全可靠的實現(xiàn)熱插拔,用戶所需做的僅僅是附加幾個場效應管電阻電容而已。

本文僅介紹了PCI總線熱插拔的基本電路構(gòu)成,但在實際應用時還需要系統(tǒng)軟件的支持,包括電路故障的自動檢測和診斷、容錯系統(tǒng)的設(shè)計、系統(tǒng)的自動重構(gòu)等功能。