专利名称：能够实现带电热插拔的程控调度机模拟中继接口板的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到程控调度机模拟中继接口板带电热插拔时，既不能影响调度机的正常工作，更不会造成模拟中继接口电路板的损坏的一种接口电路。
背景技术：
程控调度通讯系统在企事业单位如民航、公安、港口、急救中心等具有广泛的应用，可以满足企事业的指挥、调度要求，当调度机正常工作时，由于其应用领域的特殊性一般情况下是不允许停电操作的，当需要维修或扩容时，必须在保证程控调度机的正常工作的情况下进行。所以在程控调度机的各种接口板方面对带电热插拔技术的要求就显得尤为重要。通常的解决方案一般是采用长、短针的物理办法即对连接器上的电源和地线连接针采用长针，而普通数据信号线采用短针。这样，插入电路板时保证电源、地线先接触上，数据信号线后接触上。当拔出时，保证信号线在电源、地线断开之前先断开，因为调度机中很多信号在背板上是连接在一起的，这样不会造成电路板上各种信号因为电源的不稳定造成的错乱而影响到背板信号，也就不会影响到调度机整体工作。但是这只是在理想的拔插动作的情况下的效果，而且对操作人员的要求非常高必须小心翼翼的将电路板平行推进或拔出机框，上下同时均匀用力推进或拔出电路板，这在实际的操作过程中基本上是不可能达到的。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是在原有的传统的长、短针的基础上，提供一种通过电路板电路接口方面的改进，从而彻底的解决掉电路板带电热插拔可能引起的问题，使程控调度机的日常维护更加方便可靠的能够实现带电热插拔的程控调度机模拟中继接口板。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案是能够实现带电热插拔的程控调度机模拟中继接口板，它包括可以监测模拟中继接口电路插入或拔出状态的电压监测电路，电压监测电路的输出控制信号电连接到热拔插输入驱动电路，电压监测电路的输出复位控制信号电连接到现场可编程逻辑电路；调度机背板接口输出的通讯信号接热拔插输入驱动电路，热拔插输入驱动电路的输出信号接现场可编程逻辑电路，可编程逻辑电路与模拟中继接口电路进行信息交换后通过热拔插输出驱动电路驱动将信息返回到调度机背板接口。
所述的电压监测电路采用MAXIAM公司的MAX813芯片，该芯片的电源失败监测端PFI接串联在一起的电阻R24、R25的公共端，串联在一起的电阻R24、R25的一端接地，另一端接主电源Vcc。
由于采用上述技术方案，电压监测电路通过监测用户板插入或拔出时电压的变化，控制热拔插驱动输入驱动电路可以可靠的保证模拟中继接口板输入、输出信号与背板的隔离，使它的插入或拔出不会影响到背板信号的畸变，也就不会影响到调度机的正常运行。
图1是本实用新型实施例的结构框图。
图2是本实用新型实施例的用户接口板背板接口电路、电压监测电路及热拔插输入驱动电路的原理图；其中，XS2为背板接口插头，D1为电压监测芯片，D8为三态驱动芯片，RA1为电阻排，RB1、RB2为串行电阻排。
图3是本实用新型实施例的现场可编程逻辑电路及热拔插输出驱动电路的原理图；其中，D7为EPLD芯片，D2、D3为三态驱动芯片，D6为同步计数器芯片，XZ2为EPLD芯片编程插座。
图4是本实用新型实施例的模拟中继接口电路的原理图；其中，1D1为语音编解码芯片，1D2为运放芯片，1T为音频变压器，1D3为中继接口芯片，1D4为光电耦合器，1K为5V继电器。
具体实施方式
如附图1、附图2、附图3、附图4所示，能够实现带电热插拔的程控调度机模拟中继接口板，包括可以监测模拟中继接口电路插入或拔出状态的电压监测电路D1，电压监测电路D1的输出控制信号(EN-CRL)电连接到热拔插输入驱动电路D5，电压监测电路D1的输出复位控制信号(RESET)电连接到现场可编程逻辑电路EPLD；调度机背板接口XS2输出的通讯信号接热拔插输入驱动电路D5，热拔插输入驱动电路D5的输出信号接现场可编程逻辑电路EPLD，可编程逻辑电路EPLD与模拟中继接口电路进行信息交换后通过热拔插输出驱动电路驱动D2、D3将信息返回到调度机背板接口XS2。
所述的电压监测电路D1采用MAXIAM公司的MAX813芯片，该芯片的电源失败监测端PFI接串联在一起的电阻R24、R25的公共端，串联在一起的电阻R24、R25的一端接地，另一端接主电源Vcc。
下面对本实用新型作进一步的描述参见图1，由背板插座XS2接入的电源VCC(+5V)和GND连接到各电路模块，其它电源-5V接到8路模拟中继接口电路。电压检测电路D1首先检测+5V的电压是否满足工作要求，并由此产生控制信号EN_CRL接到D5上，产生复位信号RESET接到EPLD电路。ID0-ID3被电阻排RA1上拉后接到D7(EPLD)电路中，用于识别槽口号，由此产生接口输出控制信号OE0-OE3和MSG_OE，控制D2和D3输出门的打开和关闭。XS2接入的时钟(PCLK)、同步(PCLR)、消息线(PMSGIN)、数字串行话音线(PHW2MIN0-3)、串行复位线(PLRST)共8条输入信号经过电阻排RB1和RB2接到驱动器D5上，经过驱动后接到D7(EPLD)电路中，经过处理产生新的时钟CLK2M、同步FS、数字串行话音线DR2M。FS经同步计数器D6被分配成8路(FS0-FS7)，接到8路模拟中继接口电路中。而串行消息通信线MSGIN在EPLD内部处理，根据系统的命令，产生应答命令SUC0-7、接到8路模拟中继接口电路，控制中继应答继电器的接通。以第一路中继为例，串行话音线DR2M接入1D1电路后变成模拟话音信号经1D2A放大后，连接到隔离变压器1T，经过中继接口芯片1D3(LM3845)，将模拟话音信号输出到模拟中继线LA1、LB1。输入的模拟话音信号经1D3、隔离变压器T1、1D2B、1D1电路变换成串行话音信号DX2M，经D3A-D的驱动后送到背板插座XS2上。而模拟中继电路通过1D4(光电耦合器)及外围电路，检测中继的呼入铃流信号，并将呼入状态/SUP0-/SUP7、/SUQ0-/SUQ7送入EPLD中，由EPLD将其变成串行通信线MSGOUT输出，经D2A驱动后接到背板的XS2插座上。
下面是实现各部分功能的关键元器件的相关情况电压监测电路的功能是随时监测接口板主电源电压(+5V)的波动情况，电路采用MAXIAM公司的MAX813芯片完成这一功能。该芯片的引脚排列和基本工作原理如下
该芯片工作电压2.5V-5.5V，一般应用于CPU处理器的上电复位和看门狗电路中，8脚DIP封装，其引脚排列及功能如下1.MR手动复位输入端2.VCC 电源输入端3.GND 工作地4.PFI 电源失败监测端，当PFI端电压低于1.25V判定电源失败。
5.PFO 电源失败监测输出端，当PFI监测电源失败，PFO输出低点平，其它情况下输出高电平。
6.WDI 看门狗电路输入端。
7.RESET 上电复位输出端，高电平有效。
8.WDO 看门狗输出端。
热拔插输入驱动电路D5为三态总线隔离驱动，电路采用TI公司的74SN245、74SN125芯片完成，该74SN245的引脚排列和基本工作原理如下1.DIR 总线驱动方向控制端，当DIR＝1时驱动方向为A口到B口，当DIR＝0时驱动方向为B口到A口。
2.A0A口8位驱动第0位3.A1A口8位驱动第1位4.A2A口8位驱动第2位5.A3A口8位驱动第3位6.A4A口8位驱动第4位7.A5A口8位驱动第5位8.A6A口8位驱动第6位
9.A7A口8位驱动第7位10.GND 工作地11.B7 B口8位驱动第7位12.B6 B口8位驱动第6位13.B5 B口8位驱动第5位14.B4 B口8位驱动第4位15.B3 B口8位驱动第3位16.B2 B口8位驱动第2位17.B1 B口8位驱动第1位18.B7 B口8位驱动第0位19.EN 总线驱动使能信号，当EN＝1时，输出为三态，即A口与B口之间为隔离状态；当EN＝0时，为正常驱动输出，驱动方向由DIR决定。
20.VCC +5V工作电源该芯片主要用于电路的总线驱动，可以利用它的EN脚控制总线的打开和关闭，而总线数据传送方向由DIR引脚决定。
时序分配和逻辑控制电路主要由LATTICE公司生产的大规模可编程逻辑芯片isP1032完成。该芯片采用PLCC84封装，共有64个可编程I/O口，内有128字节的存储器，可实现相当于7000个门的逻辑控制设计。
下面结合图2-4的中继接口板电路图，分析其整个电路的工作原理和技术实现过程。
首先我们需要了解一下模拟中继板的工作原理，通过上面的介绍，我们看到整个模拟中继板电路由三个部分组成，其中核心是第二部分，即EPLD部分(参见图3)，它以背板送来的8M时钟和同步信号为基础，通过对背板槽口定位信号ID0-ID3的读取识别，判断出本板在系统中所处的位置(槽口号)，根据槽口号决定选取占用的2MHW和截取的串行通信链路的位置。同时产生相应的时序信号提供给模拟中继接口电路部分，使其能正常的工作。可以这样说，EPLD电路如同中继板的微处理器系统一样。接受调度机控制系统的命令信号，转换成模拟中继电路能够接收的方式，使模拟中继电路可以按照系统的要求进行工作，同时收集模拟中继电路的呼入和占用状态信号转换成系统可以接收的格式，通过背板送到系统控制板。
其次，我们需要了解一下模拟中继接口电路的详细资料，参见原理图二，XS2位用户板与背板的64针连接器，其接口信号分为三种1.电源信号其中有-5V、+5V、GND，而这些电源中，与热插拔有关的只有VCC和GND信号线，所以在系统中只有VCC和GND信号采用长针。-5V电源信号不需要特别处理。
2.背板输入信号ID0-ID3槽口定位识别信号，以二进制的形式定为16个槽口，每个槽口的ID0-3信号的接地和悬空方式不同，经过内部上拉电阻排RA1接到可编程逻辑控制器(EPLD)D7中，由D7识别判断本接口板所在的位置，从而选择占用的2MHW和消息通道。
PHW2MI0-PHW2MI34条串行语音通道的输入信号线，每条HW的速率为2M，可提供32个语音通道(32个时隙)，4条HW共提供128个话音通道。每块模拟中继板根据本槽位的ID号选择性占用其中的8个话音通道。
PMSGIN用户接口板与调度机系统控制器板之间的串行通信输入线，速率为2MB/S，每2MS时间构成一复帧(16帧)，提供给16个槽口，每个槽口占用一帧。可见，16个槽口共同占用这条信号线。
3.背板输出信号PHW2MO0-34条串行语音通道的输出信号。速率为2M，每块模拟中继接口板并不占用全部的2M通道，只占用其中的一条2M通道的8个时隙，所以电路图中的4个输出使能信号EN0-3，同时只能有一个信号有效即低点平。
PMSGOUT用户接口板与调度机系统控制器板之间的串行通信输出线，速率为2MB/S，每2MS时间构成一复帧(16帧)，提供给16个槽口，每个槽口占用一帧。可见，16个槽口共同占用这条信号线。
通过对接口信号引脚的说明，我们看到其中的部分信号如ID0-ID3，其在背板上是接地或悬空的，而且各槽口之间互不相连，带电热插拔时不会影响到主机的工作，所以不需要进行特别的处理，而电源中也只需要对影响工作的+5V电源和工作地进行简单的长针处理使其能插入时先接触上，拔出时后断开即可，其它电源信号不需处理。对于其它的接口信号，则需要进行特别处理以保证带电热插拔的安全性，下面我们对其工作原理进行分析。
参见图2，电路中采用了MAX813芯片(D1)，在上面的介绍中，我们了解到器工作电压范围很宽2.5V-5.5V当我们插入电路板时，由于电容CD2的充电作用，其+5V电压会缓慢上升，当达到2.5V时，芯片D1(MAX813)开始工作，其电源失败监测输入端PFI，由于电阻R25、R24的分压作用，其电压值为R25/(R25+R24)*VCC＝0.26VCC
即当VCC电压升到4.8V以前，PFI引脚的电压达不到1.25V，此时MAX813认为电源尚处于失败状态，其电源失败输出PFO低电平，通过电阻R4接到NPN三极管Q1的基极，此时Q1处于截止状态，而Q1的集电极输出信号EN-CRL输出上接的VCC，即位高电平，该信号连接到集成电路D5的使能脚19脚，使D5驱动门处于高阻态，即断开状态，这样可以确保板内不稳定的信号不会影响到背板的相连信号，即可保证背板接口信号HWIN0-3、CLK、CIK、LRST、MSGIN等信号的安全性。
与此同时，由于电压未达到4.8V，其复位输出信号RESET输出高电平，它连接到可编程逻辑芯片EPLD的复位端D9的24脚(参见图3)，强制该芯片处于复位状态，在该状态下，其所有的I/O口处于高阻态，使其输出OE0~OE3由于电阻排RA2的上拉处于高电平，而OE0~OE3信号连接到驱动芯片D3的4个使能端，使D3的4个驱动门全部处于高阻态，使板内不稳定的信号HW2MOUT不会影响到背板的PHW2MO0~PHW2MO3，该状态一直保持到电压升到4.8V并延时20ms后，Max813的复位输出信号无效，即为低电平，此时可编程逻辑电路D7进入工作状态，由逻辑电路根据读入的ID1~ID3决定OE1~OE3的电平高低，选择占线HW线，接口板进入工作状态，同时当达到4.8V时PFI引脚的电压超过1.25V，使电源失败输出PFO信号无效即由低变高，此时其连接的三极管Q1饱和导通，使EN-CRL变低打开背板的输入信号驱动器D5使由信号HWPN0~3、CLK、CLK、LRST、MSGW等输入信号正常输入。
中继接口板正常工作后，D7将背板接收的8K同步信号CLR和8M时钟信号CLK，变换成厚膜电路要求的宽度和频率，并通过D6分配到8路模拟中继电路上(参见图3)，电路图四为模拟中继接口电路，共有8路(电路图中只画出了1路)，当检测到该路呼入状态变化后，将/SUP1和/SUQ1送到EPLD(D7)中，由EPLD变成串行的2M信号MSGOUT通过背板接口送到系统的控制板中，系统的占用命令，通过MSGIN串行线由EPLD接收识别，并通过SUC0-SUC7输出8路中继占用信号，驱动该路的占用继电器1K吸合。
对于话音通路，EPLD通过对ID0-ID3信号的识别到选取的HW线，并将它送到8路模拟中继电路的1D1的6、11脚，所有8路厚膜电路的6、11脚是各自连在一起的，具体该路占用的时隙是由连接到该路1D1的5、12脚的同步信号FS0决定的，由1D1将该路时隙的数字语音信号转换成模拟话音信号经过1D2A、1T、1D3，送到模拟中继接口输出线LA1、LB1。而由LA1、LB1线上接收的模拟信号通过相反的过程转换成数字信号，由1D1的11脚DX2M送到EPLD中，经驱动后由HW2MOUT输出，根据ID号决定输出驱动门D3中哪个门打开。
通过对电路的原理分析，可以看到当模拟中继接口板插入槽口时，其板内+5V电源电压升到+4.8V之前，该接口电路可以可靠的保证接口板输入、输出信号与背板的隔离，是它的插入不会影响到背板信号的畸变，也就不会影响到调度机的正常运行。
当电路板拔出时，情况相对简单一些，对于已经与背板脱离的信号线，自然不会影响到背板的信号，对于尚未脱开的信号线，一旦电源VCC的电压值下降到4.8V以下，也可以由MAX813芯片控制的接口电路驱动器，实现与背板信号的迅速断开，从而保证调度机的正常运行。
权利要求1.能够实现带电热插拔的程控调度机模拟中继接口板，其特征是它包括可以监测模拟中继接口电路插入或拔出状态的电压监测电路(D1)，电压监测电路(D1)的输出控制信号(EN-CRL)电连接到热拔插输入驱动电路(D5)，电压监测电路(D1)的输出复位控制信号(RESET)电连接到现场可编程逻辑电路(EPLD)；调度机背板接口(XS2)输出的通讯信号接热拔插输入驱动电路(D5)，热拔插输入驱动电路(D5)的输出信号接现场可编程逻辑电路(EPLD)，可编程逻辑电路(EPLD)与模拟中继接口电路进行信息交换后通过热拔插输出驱动电路驱动(D2、D3)将信息返回到调度机背板接口(XS2)。
2.如权利要求1所述的能够实现带电热插拔的程控调度机模拟中继接口板，其特征是所述的电压监测电路(D1)采用MAXIAM公司的MAX813芯片，该芯片的电源失败监测端PFI接串联在一起的电阻R24、R25的公共端，串联在一起的电阻R24、R25的一端接地，另一端接主电源Vcc。
专利摘要本实用新型公开了一种能够实现带电热插拔的程控调度机用户接口板，电压监测电路通过监测用户板插入或拔出时电压的变化，控制热拔插驱动输入驱动电路可以可靠的保证接口板输入、输出信号与背板的隔离，使它的插入或拔出不会影响到背板信号的畸变，也就不会影响到调度机的正常运行。
文档编号G05B19/05GK2775715SQ20052007992
公开日2006年4月26日 申请日期2005年1月5日 优先权日2005年1月5日
发明者张禾成, 张宁 申请人:潍坊华光通讯有限公司