CompactPCI总线热插拔单板的电气设计

热插拔规范《CompactPCI Hot Swap Specification 2.1》规定，热插拔单板在拔插单板过程中，为了减小对总线的冲击（电容效应），必须对单板的总线信号进行预充电，使CompactPCI接插件的插针点的预充电电压达到1.0V（±0.2V）。插入单板时，在CompactPCI总线信号线连接上之前，使单板上的CompactPCI总线信号预充电至1.0V左右，这样在总线信号线连接上的瞬间，冲击很小；拔出单板时，在CompactPCI总线信号线断开之前，使单板上的CompactPCI总线信号预充电至1.0V左右，这样，在总线信号线断开的瞬间，冲击很小。

单板上需要进行预充电的CompactPCI总线信号，即接插件J1、J2与CompactPCI接口器件连接的信号，包括：AD0～AD31、C/BE0#～C/BE3#、PAR、FRAME#、IRDY#、TRDY#、STOP#、LOCK#、IDSEL、DEVSEL#、PERR#、SERR#、RST#，AD32～AD63、C/BE4#～C/BE7#、REQ64E、ACK64K、PAR64，需要预充电至1.0V左右。

单板的预充电是从长针5V电源取电，再经过电压转换得到预充电电压Vps。

需要预充电的信号，经过较大的电阻Rp上拉至Vps 预充电电压（见图5）。选择Rp阻值的原则是，Rp的最大值应该保证Vps在5ms内，使需要预充电的信号在接插件插件处达到理想充电电压1.0V的80%；Rp的最小值应该保证PCI设备的管脚在高低电平时的漏时流不致过大，上拉电阻Rp一般不能小于10kΩ。

INTA#、INTB#、INTC#、INTD#/REQ#/PCI_RST#等信号通过10kΩ电阻上拉至PCI接口设备的工作电源电压（5V或3.3V）。BD_SEL#经过10kΩ电阻下拉。

4.3 串联匹配

为了减小单板上的CompactPCI总线的信号线分支（stub）对总线的影响，必须对总线信号进行串联电阻匹配。PCB的布线特征阻抗应设计为65Ω±10%，匹配电阻阻值为10Ω。需要加串联匹配电阻的信号包括：AD0～AD31、C/BE0#～C/BE3#、PAR、FRAME#、IRDY#、TRDY#、STOP#、LOCK#、IDSEL、DEVSEL#、PERR#、SERR#、RST#、AD32～AD63、C/DE4#～C/BE7#、REQ64#、ACK64#、PAR64以及INTA#、INTB#、INTC#、INTD#。

4.4 信号线长度限定

根据CompactPCI规范的要求，单板的预充电、串联电阻的Stub的长度必须按图5所示进行限制（PCB的布线特征阻抗应设计为65Ω±10%）。Stub的长度越短，对CompactPCI总线的冲击越小。在单板上，对预充电的信号，从接插件J1或J2到CompactPCI接口器件管脚，总的信号线长度应小于38.1mm，其中，从接插件插针到串联电阻的PCB连线长度应小于15.2mm。javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>

预充电电阻的Stub长度最好是零，最长不能超过2.5mm。

4.5 滤波电容大小的确定

热插拔单板的预先电源（early power,不受控电源），在拔插单板时一直存在。在热插拔单板上，直接连接在电源管理的未充电电容，在单板插入过程中，会产生较在的浪涌电流，若电流过大，会导致接插件的烧损。为了滤波，通常在电源的接插件处都接有一滤波电容。因此，为了减少拔插过程的浪涌电流，必须限制滤波电容总量。根据热插拔规范的规定，对预先电源层电容总量的限制要求如下：

5V、3.3V、V（I/O）的电源层，电容总量不能超过8.8μF。

+12V、-12V的电源层，电容总线不能超过1.5μF。

CompactPCI热插拔单板的电气设计必须满足热插拔规范《CompactPCI Host Swap Specification》的要求。要保证在拔插单板时，不能对CompactPCI总线产生较大的冲击，不能影响CompactPCI总线上数据传输的正确，在进行热插拔单板的电气设计时，必须考虑到静电放电、预充电、信号串联匹配、信号线长度限定以及滤波电容大小的限制等几个方面。笔者曾主持设计过16槽位CompactPCI高可靠平台，在热插拔单板的电气设计时，遵循本文讨论的几个设计原则，所设计的单板和系统均满足热插拔的各项技术要求。