專利名稱：可實現帶電插拔的子母電路板及其帶電插拔實現方法
技術領域：
本發明涉及在電子產品中電路板之間的電氣連接，更具體地說，涉及可實現帶電插拔的子母電路板及其帶電插拔實現方法。
目前比較成熟的電路板帶電插拔特性設計如
圖1所示，其中，子板5(也稱子卡)與母板4(也稱母卡、主卡或主板)在結構上是相互垂直的。母板4一般采用無源設計且在結構上是固定的；子板5則是可以活動的，通過連接器6裝在母板上。在母板與子板之間的信號互連方面，母板一般采用直公(Straight Male)連接器，而子板則一般采用彎母(Right AngleFemale)連接器。
為了實現子板的帶電插拔特性，在帶電插入或拔出過程中，子板與母板之間的信號接口(即由接插件組成的連接器)必須滿足如下基本要求(1)、當子板帶電插入時地連接首先接觸，電源連接其次接觸，其它信號連接最后接觸；(2)、當子板帶電拔出時與上述順序相反，其它信號連接首先脫離，電源連接其次脫離，地連接最后脫離。
目前應用最廣泛的方法是選用合適的信號連接器，通過連接器的各個插針的物理長度的長短區別來實現不同種類信號的接觸和脫離順序。例如將地連接的插針設計得最長，電源連接的插針次之，其它信號的插針設計得最短，則在插入和拔出的過程中可滿足上述兩條要求。但這樣需要使用經過特殊設計的連接器，不能選用普通的連接器，導致的直接后果就是增加了產品的成本。
另一方面，隨著模塊化設計思想在電信設備中的應用越來越廣泛，類似于圖2所示的平面拼接電路板結構在電子產品中的使用越來越多。在這種結構中，母板7和子板8處于同一個平面上，并通過彎公(Right AngleMale)和彎母(Right Angle Famale)連接器9實現信號互連。在產品的實際應用過程中，也要求子板能夠在母板上實現帶電插拔。如果仍然采用上述方法來解決這個問題，就需要在設計上滿足帶電插拔要求的彎公、彎母連接器，但是目前設計成熟可供選用的彎公連接器的種類很少，而能夠滿足子板帶電插拔要求的彎公連接器的種類更少，而且這些連接器價格昂貴，采用這些連接器的電路板由于成本高，基本上沒有競爭力。
為了克服現有技術的上述缺陷，本發明提供一種可實現帶電插拔的子母電路板及其帶電插拔實現方法，通過改進母板和子板的電路設計，采用普通連接器即可在垂直拼接及水平拼接的母板與子板之間實現帶電插拔，不需要使用針對不同的母板與子板之間的連接而經過特殊設計的連接器。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是將子板與母板之間的電氣連接分為地連接、電源連接及信號連接，并通過開關對電源連接及信號連接進行控制，其中，在所述母板上分別設有可在母板側斷開/閉合所述電源連接和信號連接的電源開關單元和信號開關單元，還設有分別經上拉電阻接電源的第一、第二母板側輸入線；所述子板上設有可通過所述連接器與所述第一、第二母板側輸入線對應連接的第一、第二子板側輸出線；所述第一子板側輸出線直接接地，所述第二子板側輸出線通過一個常開觸發開關接地；所述母板上還設有一個控制單元，所述第一、第二母板側輸入線連接到所述控制單元的輸入端，分別用于輸入‘子板插入信號’和‘子板拔出請求信號’，所述控制單元的輸出端分別連接到所述電源開關單元和信號開關單元，分別用于控制所述兩個開關單元的斷開/閉合。
在本發明中，所述母板的控制單元還設有子板工作狀態輸出線，所述子板上設有可通過所述連接器與所述子板工作狀態輸出線對應連接的子板工作狀態輸入線，所述子板工作狀態輸入線連接在一個正端接電源的發光二極管的負端。
本發明中，所述控制單元按以下步驟處理帶電插拔流程A、所述控制單元檢測由所述第一母線側輸入線所輸入的‘子板插入信號’是否有變化，如果是則執行步驟B，否則執行步驟E；
B、所述控制單元再判斷所述‘子板插入信號’是不是下降沿變化，如果是則執行步驟C，否則回到步驟A；C、所述控制單元向所述電源開關單元輸出使電源開關單元閉合的控制信號，使所述電源開關單元內的開關電路閉合，從而使所述母板與子板之間的電源連接導通；D、間隔一段預定時間之后，所述控制單元再向所述信號開關單元輸出使信號開關單元閉合的控制信號，使所述信號開關單元閉合，從而使所述母板與子板之間的信號連接導通，然后回到步驟A；E；所述控制單元檢測是否有‘子板拔出請求信號’由所述第二母線側輸入線輸入，如果是則執行步驟F，否則回到步驟A；F、所述控制單元向所述信號開關單元輸出使信號開關單元斷開的控制信號，使所述信號開關單元斷開，從而斷開所述母板與子板之間的信號連接；G、間隔一段預定時間之后，所述控制單元再向所述電源開關單元輸出使電源開關單元斷開的控制信號，使所述電源開關單元斷開，從而斷開所述母板與子板之間的電源連接，然后回到步驟A。
根據本發明所述的方法，在完成所述步驟D之后，所述控制單元還輸出低電平的‘子板工作狀態指示信號’，通過所述子板工作狀態輸出線、連接器和子板工作狀態輸入線，使所述子板上的發光二極光發亮；在完成所述步驟G之后，所述控制單元還輸出高電平的‘子板工作狀態指示信號’，使所述發光二極光熄滅。
本發明克服了傳統電路板在帶電插拔方面的局限性，通過改進母板和子板的電路設計，并配合相應的控制軟件，采用普通連接器即可在水平拼接的母板與子板之間實現帶電插拔。由開關電路和軟件智能控制地連接、電源連接和信號連接的導通和斷開順序，不需要針對每一種不同的母板與子板之間的連接單獨設計一種插針長短不一的連接器，操作簡單可靠，并可有效降低產品成本。本發明也可在垂直拼接的母板與子板系統中應用。
從圖3中可以看出，在母板1上設有控制單元11、電源開關單元12和信號開關單元13，其中，控制單元11是實現本發明的核心，它可根據輸入的‘子板插入信號’和‘子板拔出請求信號’，由其電源控制輸出線111和信號控制輸出線112輸出用于控制電源開關單元和信號開關單元的控制信號，并由其子板工作狀態輸出線115輸出‘子板工作狀態指示信號’。電源開關單元12可在母板側斷開或閉合上述的電源連接，信號開關單元13可在母板側斷開或閉合上述的信號連接。假設一對母板需向子板提供兩種電源電壓，則可在電源開關單元12中采用兩個電子開關來控制其斷開或閉合；假設一對母板需向子板提供三種信號，則可在信號開關單元13中采用三個電子開關來控制其斷開或閉合；這里的電子開關可采用現有技術的開關電路來實現，并由控制單元11向開關電路的控制極輸出控制信號，當開關電路斷開時，其對外輸出表現為三態中的高阻態。
在母板1上還設有經上拉電阻14接電源的第一母板側輸入線114及經上拉電阻15接電源的第二母板側輸入線113。相應地，在子板2上設有直接接地的第一子板側輸出線214及通過一個觸發開關21接地的第二子板側輸出線213；子板側輸出線與母板側輸入線之間通過連接器3導通連接，分別用于將‘子板插入信號’和‘子板拔出請求信號’輸入到控制單元11。
從圖3中可以看出，在母板的控制單元還連接有子板工作狀態輸出線115，在子板上設有一個正端接電源的LED(發光二極管)22，子板工作狀態輸出線115通過連接器3和子板工作狀態輸入線215與LED的負端導通連接。
從圖3中可以看出，本發明中的‘子板插入信號’屬于電平指示信號，當子板與母板斷開連接關系時，輸入控制單元的信號為高電平；當子板與母板連接在一起時，輸入控制單元的信號為低電平。因此，‘子板工作狀態指示信號’的電平狀態可精確地表示子板的“板在位”狀態，高電平表示子板不在位(與母板脫離)；低電平則表示子板在位(與母板連通)。同時‘子板插入信號’的變化趨勢也體現了特定的操作方式，在下降沿時表示剛剛有子板插入；在上升沿時表示剛剛有子板拔出，此信號需要在母板側進行去抖動處理。
從圖3中可以看出，本發明中的‘子板拔出請求信號’屬于脈沖型信號，每壓下一次觸發開關21，就發出一個脈沖信號。當子板與母板為斷開狀態時，輸入控制單元的信號保持為恒定的高電平；當子板與母板連接在一起時，由于在缺省狀態下觸發開關22是斷開的，所以輸入控制單元的信號也是高電平，如果用戶壓下觸發開關21，則向控制單元輸入一個低電平脈沖，即‘子板拔出請求信號’。之后觸發開關自動恢復到斷開狀態，輸入控制單元的信號又變為高電平。
本發明中，母板的控制單元11還向子板的LED22輸出‘子板工作狀態指示信號’。當子板插在母板上并且正常工作時，輸出的‘工作狀態指示信號’為低電平，使LED發光，表示子板處于正常工作狀態；當子板插在母板上但未正常工作、或當子板不在母板上時，輸出的‘子板工作狀態指示信號’為高電平，此時LED不發光，表示子板處于非正常工作狀態。
一、子板插入流程1、當用戶插入子板時，由于子板與母板之間的地連接沒有開關電路相隔，因此地連接首先接觸并保持連通，同時，‘子板插入信號’被下拉到‘地’，由高電平變為低電平，此信號的下降沿表示剛剛有一塊子板插入。
2、母板的控制單元根據‘子板插入信號’的下降沿識別到有子板插入，便在間隔一段時間之后(例如10毫秒)輸出使電源開關單元閉合的控制信號，使所述電源開關單元內的開關電路閉合，從而使所述母板與子板之間的電源連接導通；3，間隔一段時間之后(例如10毫秒)，母板的控制單元再輸出使信號開關單元閉合的控制信號，使信號開關單元中的開關電路閉合，從而使子板與母板之間的信號連接實現導通。
4、此時，子板與母板之間的地連接、電源連接和信號連接依次實現導通，最后，控制單元將其輸出的‘子板工作狀態指示信號’由高電平變為低電平，使LED發亮，表示子板帶電插入操作完成，子板開始正常工作。
二、子板拔出流程1、在拔出子板之前，用戶可通過觀察來判斷子板當前所處的工作狀態，并根據觀察結果確定操作步驟。子板可能有兩種工作狀態，即正常狀態和非正常狀態。如果LED滅，則表示子板處于非正常狀態，用戶可以跳過第2、3、4步，直接進入第5步；如果LED亮，則表示子板處于正常工作狀態，需進入下一步。
2用戶通過按下子板2上的觸發開關21，發出一個脈沖信號，即‘子板拔出請求信號’，輸入到母板的控制單元。
3、母板的控制單元接收到有效的‘子板拔出請求信號’，便在間隔一段時間之后(例如10毫秒)輸出使信號開關單元斷開的控制信號，使所述信號開關單元斷開，從而斷開所述母板與子板之間的信號連接。
4間隔一段時間之后(例如10毫秒)，控制單元再輸出使電源開關單元斷開的控制信號，使所述電源開關單元斷開，從而斷開所述母板與子板之間的電源連接。
5、此時、子板與母板之間的信號連接和電源連接依次被斷開，控制單元將其輸出的‘子板工作狀態指示信號’由低電平變為高電平，LED不再發光，表示子板處于非正常工作狀態，且用戶可以拔出子板。
6、用戶拔出子板，連接器斷開，使得子板和母板之間的地連接也被斷開，從而完成了子板與母板之間的信號連接、電源連接和地連接的依次斷開，子板帶電拔出操作完成。
三、控制單元的工作流程本發明中，控制單元可按如圖4所示的流程進行智能處理。
步驟401、控制單元檢測由第一母線側輸入線114所輸入的‘子板插入信號’是否有變化，如果是則執行步驟402，否則執行步驟407；步驟402、再判斷‘子板插入信號’是不是下降沿變化，如果是則表示有子板剛被插入，此時執行步驟403，否則執行步驟406；步驟403、間隔一段預定時間之后(例如10毫秒)，控制單元向電源開關單元輸出控制信號，使電源開關單元閉合，從而使母板與子板之間的電源連接導通；步驟404、間隔一段預定時間之后(例如10毫秒)，控制單元再向信號開關單元輸出控制信號，使信號開關單元閉合，從而使母板與子板之間的信號連接導通；步驟405；控制單元輸出低電平的‘子板工作狀態指示信號’，通過子板工作狀態輸出線115和連接器輸出到子板上LED的負端，使LED發光，表示子板已插入并處于正常工作狀態，然后回到步驟401；步驟406、如果‘子板插入信號’為上升沿變化，則表示剛有子板被拔出，此時電源及信號開關單元保持斷開，‘子板工作狀態指示信號’保持高電平；步驟407、控制單元檢測是否有有效的‘子板拔出請求信號’由第二母線側輸入線113輸入，如果是則執行步驟408，否則執行步驟411；步驟408、間隔一段預定時間之后(例如10毫秒)，控制單元向信號開關單元輸出控制信號，使信號開關單元斷開，從而斷開所述母板與子板之間的信號連接；步驟409、間隔一段預定時間之后(例如10毫秒)，控制單元再向電源開關單元輸出控制信號，使電源開關單元斷開，從而斷開所述母板與子板之間的電源連接；步驟410、控制單元輸出高電平‘子板工作狀態指示信號’，使LED由亮變滅，此時用戶可拔出子板。如果用戶未拔出子板，電源及信號開關單元將保持斷開，‘子板工作狀態指示信號’保持高電平；步驟411、表示既未收到‘子板插入信號’也未收到‘子板拔出請求信號’，電源及信號開關單元保持原有狀態。
綜上所述，本發明通過開關電路設計和軟件智能控制的方法實現信號連接、電源連接和地連接的閉合/斷開順序。本發明既可應用于水平拼接的子板和母板系統，也可在垂直拼接的子板和母板系統中應用。
權利要求
1.可實現帶電插拔的子母電路板，所述子板通過連接器與母板連接，兩者之間的電氣連接包括地連接、電源連接及信號連接，其特征在于，在所述母板上分別設有可在母板側斷開/閉合所述電源連接和信號連接的電源開關單元和信號開關單元，還設有分別經上拉電阻接電源的第一、第二母板側輸入線；所述子板上設有可通過所述連接器與所述第一、第二母板側輸入線對應連接的第一、第二子板側輸出線；所述第一子板側輸出線直接接地，所述第二子板側輸出線通過一個常開觸發開關接地；所述母板上還設有一個控制單元，所述第一、第二母板側輸入線連接到所述控制單元的輸入端，所述控制單元的輸出端分別連接到所述電源開關單元和信號開關單元。
2.根據權利要求1所述的可實現帶電插拔的子母電路板，其特征在于，所述母板的控制單元還設有子板工作狀態輸出線；所述子板上設有可通過所述連接器與所述子板工作狀態輸出線對應連接的子板工作狀態輸入線，所述子板工作狀態輸入線連接在一個正端接電源的發光二極管的負端。
3.在權利要求1所述的子母電路板之間實現帶電插拔的方法，其特征在于，所述控制單元按以下步驟處理帶電插拔流程A、所述控制單元檢測由所述第一母線側輸入線所輸入的‘子板插入信號’是否有變化，如果是則執行步驟B，否則執行步驟E；B、再判斷所述‘子板插入信號’是不是下降沿變化，如果是則執行步驟C，否則回到步驟A；C、所述控制單元向所述電源開關單元輸出使電源開關單元閉合的控制信號，使所述電源開關單元內的開關電路閉合，從而使所述母板與子板之間的電源連接導通；D、間隔一段預定時間之后，所述控制單元再向所述信號開關單元輸出使信號開關單元閉合的控制信號，使所述信號開關單元閉合，從而使所述母板與子板之間的信號連接導通，然后回到步驟A；E；所述控制單元檢測是否有‘子板拔出請求信號’由所述第二母線側輸入線輸入，如果是則執行步驟F，否則回到步驟A；F、所述控制單元向所述信號開關單元輸出使信號開關單元斷開的控制信號，使所述信號開關單元斷開，從而斷開所述母板與子板之間的信號連接；G、間隔一段預定時間之后，所述控制單元再向所述電源開關單元輸出使電源開關單元斷開的控制信號，使所述電源開關單元斷開，從而斷開所述母板與子板之間的電源連接，然后回到步驟A。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，在完成所述步驟D之后，所述控制單元還輸出低電平的‘子板工作狀態指示信號’，通過所述子板工作狀態輸出線、連接器和子板工作狀態輸入線，使所述子板上的發光二極光發亮；在完成所述步驟G之后，所述控制單元還輸出高電平的‘子板工作狀態指示信號’，使所述發光二極光熄滅。
全文摘要
本發明涉及可實現帶電插拔的子母電路板及其帶電插拔實現方法，其方案是將子板與母板之間的電氣連接分為地連接、電源連接及信號連接，其中子板與母板之間的地連接可通過連接器直接導通，而電源連接及信號連接則由相應的開關單元控制其閉合/斷開，開關單元又由一個專門的控制單元來控制，該控制單元根據收到的‘子板插入信號’和‘子板拔出請求信號’，控制電源連接和信號連接的導通或斷開順序，從而實現安全的帶電插拔操作。本發明中，采用普通連接器即可在水平拼接的母板與子板之間實現帶電插拔，操作簡單可靠，并可有效降低產品實現成本。本發明也可在垂直拼接的母板與子板系統中應用。
文檔編號H04B1/74GK1474514SQ0213003
公開日2004年2月11日 申請日期2002年8月10日 優先權日2002年8月10日
發明者杜安學 申請人:華為技術有限公司