利用熱插拔和“或”邏輯控制器構(gòu)建高可靠性的通信設(shè)備系統(tǒng)

　　通信設(shè)備通常采用多線卡﹑背板架構(gòu)。在背板上有多個(gè)卡槽，線卡插接在這些卡槽里。線卡承載業(yè)務(wù)，背板提供系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線和電源總線。線卡通過背板上的總線實(shí)現(xiàn)互聯(lián)以及與主控板的通訊。整個(gè)設(shè)備一旦上電，就必須持續(xù)工作，不能下電。在整個(gè)設(shè)備運(yùn)行的過程中，線卡可能需要維修﹑升級﹑配置或者是擴(kuò)容。這就需要在背板帶電的情況下將線卡拔出/插入，整個(gè)過程中系統(tǒng)不能下電。為了可靠的實(shí)現(xiàn)這一帶電插拔過程，控制對背板電源總線的沖擊，通常使用熱插拔電路。為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性，通信設(shè)備還會(huì)采用電源備份架構(gòu)。當(dāng)主電源損壞后，備份電源會(huì)及時(shí)切入，以確保設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　“或”邏輯控制電路就是用來實(shí)現(xiàn)這一電源切換的功能。熱插拔電路和“或”邏輯控制電路為通信設(shè)備這類的多線卡﹑背板設(shè)備，提供了高可靠性的解決方案。

　　熱插拔的基本原理

　　線卡的電源入口側(cè)通常都有幾百微法拉~幾千微法拉的電容，用于電源濾波和儲(chǔ)能。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)，插在背板上的線卡，其入口側(cè)電容都是充滿的。當(dāng)將另外一塊線卡插入正在運(yùn)行中的背板上時(shí)，這些無電荷的電容會(huì)被充電。因?yàn)榫€卡和背板金屬件的接觸在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生，線卡的入口電容容值又較高，充電電流可以很大，如圖1所示。

　　圖1. 插入線卡時(shí)的電流流向

　　圖1中，當(dāng)3號(hào)線卡插入時(shí)，C4被快速充電，一部分充電電流來自C1﹑C2，還有一些充電電流來由電源模塊。基于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不同，充電電流可以在很短的時(shí)間內(nèi)，達(dá)到幾百安培的水平。

　　這一電流沖擊可能造成背板總線電壓的跌落，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)位。這一不受控的電流沖擊過程還可能造成系統(tǒng)的損壞，例如：損壞濾波電容，PCB走線，背板連接器。

　　應(yīng)對這一現(xiàn)象的最好方法就是使用熱插拔控制器，來控制插拔過程中沖擊電流的峰值。

　　備份電源

　　高可靠性的通訊系統(tǒng)，常常應(yīng)用備份電源架構(gòu)來提高系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)主電源工作異常或失效時(shí)，備份電源會(huì)及時(shí)切入，維持系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。在該架構(gòu)中，常用的方法是使用一對二極管來構(gòu)建電源的“或”邏輯，連接在主/備電源和負(fù)載之間。該電路的缺點(diǎn)是二極管的正向?qū)妷狠^高，二極管上有較高的損耗。“或”邏輯控制器就是用來模仿二極管的電特性，同時(shí)降低整個(gè)系統(tǒng)的損耗。

　　使用雙通道熱插拔、“或”邏輯控制器

　　低壓差“或”邏輯開關(guān)控制器獨(dú)立地控制每個(gè)通道的背靠背nMOSFET，實(shí)現(xiàn)熱插拔和“或”邏輯控制。控制器內(nèi)置四個(gè)MOSFET 驅(qū)動(dòng)器（GATE1_和GATE2_），GATE1_ 控制外部n溝道功率MOSFET實(shí)現(xiàn)“或”邏輯，防止主/備電源間的電流流動(dòng)或OUT到IN間的電流倒灌；GATE2_控制外部n溝道功率MOSFET實(shí)現(xiàn)熱插拔功能。通路上的精密電阻，用于電流采樣。

　　熱插拔功能

　　開關(guān)控制器（這里的MAX5944）實(shí)時(shí)監(jiān)控采樣電阻RSENSE兩端的電壓，調(diào)整沖擊電流的大小來保證VIS在限流門限電壓VTH以下，見圖2。

　　圖2. MAX5944“或”邏輯開關(guān)控制器通過實(shí)時(shí)監(jiān)測RSENSE兩端電壓限制沖擊電流

　　限流門限電壓VTH為固定值，通過改變采樣電阻的值來設(shè)定每個(gè)通道的限流值，ILIMIT_ = VTH /RSENSE_. 當(dāng)負(fù)載電流小于限定值（ILIMIT）時(shí)， GATE2_ 上升到VGS=5.5V將Q2_完全導(dǎo)通。當(dāng)負(fù)載電流超過限定值（ILIMIT）時(shí)，MAX5944會(huì)將GATE2_ 拉低，降低流過Q2_的電流，將其限定在限流值ILIMIT。這時(shí)輸出OUT_的表現(xiàn)類似于恒流源。