专利名称：外围部件互连总线热插入的制作方法
技术领域：
本发明涉及电路的接口及兼容领域，尤其涉及外围部件互连(PCI)电路卡的并发维护及热插入。
当前，在计算机系统中采用各种用于接口外围部件的标准总线和相关的槽接插件，其中包括例如目前广泛采用的PCI(外围部件互连)总线/槽标准。最近，已提出一些新的PCI总线规范，二个特别引起兴趣的可独立应用于PCI槽的规范是“PCI Bus Hot PlugSpecification 1.0(PCI总线热插入规范1.0)”和“PCI EngineeringChange Request-Addition of 3.3V-AUX to connector(PCI技术改变要求-对接插件增加3.3V-AUX)”。
热插入，有时亦称为“热交换”，指的是当系统是“热”的即加电时插入和/或拔出部件。在诸如IBM AS/400(IBM和AS/400是国际商用机器公司的注册商标，保留版权)的中档至高档计算机系统中，由于关闭系统带来处理时间以及系统开销的丢失，当系统仍在运行时能在计算机系统上执行一个维护操作是很有好处的，这些操作被称为并发维护(CM)操作。特别是，应能在并发维护操作下替换出故障的或正出故障的PCI电路卡。上述PCI总线热插入规范利用标准的PCI部件对具有可热插入这些标准部件能力的系统提供一种热插入的办法。
PCI总线热插入规范1.0规定按照如下的热插入。在可插入PCI适配器卡之前，必须对某槽断电并和总线隔离。为了插入而使某槽准备好的过程，对于不同的平台和操作系统可以是不同的。在某个槽断电并准备好插入后，把一块PCI适配器卡插入到该槽中需要下述通常的系列步骤。首先，用户，例如计算机系统维护人员，插入新的适配器卡。接着用户通知Hot-Plug Service(热插服务)接通含有该新适配器卡的槽。然后Hot-Plug Service向Hot-Plug System Driver(热插入系统驱动)发出Hot-Plug Primitive(热插入原语)以接通适当的槽。热插入系统驱动利用Hot-Plug(热插入)控制器对该槽加电；对该槽上的RST#去断言(复位)并把槽和总线的其它部分连接上(或先连接后去断言)；并改变可选用的槽状态指示灯指示该槽接通。
Hot-Plug Service通知操作系统新的适配器卡已插上，从而操作系统可以初始化该适配器卡并且准备使用它。接着，Hot-Plug Service通知用户该卡已准备好。
现在解释上述的和加电管理有关的PCI技术改变要求，或“ECR”。PCI SIG电源管理工作小组已确定为使PCI总线加电管理全面地扩充到PCI总线电源管理接口规范、英特公司的InstantlyAvailable PC(立即可用的PC)以及微软公司的OnNow的创意所允许的范围，PCI加入(add-in)部件需要一个专用的和得到保证的电源以在PCI总线的其余部分不加电下保持唤醒(wake)事件卡逻辑电路是活动的。电源管理包括，关闭某目前不使用的部件以便出于节约能源的目的把它置成备用状态，以及当需要该部件时通过唤醒事件卡逻辑电路再“唤醒”该部件。提议在该PCI ECR中利用一个预先保留的接插件引脚(14A)作为3.3Vaux电压源，以对唤醒事件卡逻辑电路提供标准电源。
为确定向PCI加入部件提供电源的最佳解决办法在该PCI ECR中至少已做出三个假设。第一个假设是加入部件必须在不支持Vaux的现有系统中以及在新的Vaux系统中是正确运行的。第二个假设是大多数的加入部件不需要Vaux。基于该第二假设，第三假设是不应该要求系统具备Vaux能力以应付最坏情况下的装入要求。
第一和第三假定导致需要提供一种机制，用于预算可能得到的总Vaux功率，并且用于控制具有Vaux能力的部件的功耗。可以以二种方法之一管理具有Vaux能力的部件的功耗例如基于软件控制把母板设计成可控制各个槽的Vaux电流；或者例如基于软件控制使添加板负责调节其自身的电流消耗。
鉴于上述前二个假设，PCI SIG电源管理工作小组为该PCI ECR选择第二种方法。从而，添加板必须能够在运行为传统系统下或运行为具有Vaux能力的系统下控制其Vaux的使用。其基本理由是，假定大多数卡不需要这种能力，则不必使整个计算机系统负担着这种能力所需的成本。设计成要消耗Vaux电源的卡自己承担添加这种能力的成本。
对于3.3 Vaux引脚的PCI SIG要求是满足PCI SIG规定的定义某保留引脚的准则。尤其，这解决了板应用的一个长期需要。PCI总线3.3Vaux引脚实现的能力解决了全球能源利用规则，由于地球上许多地区缺少便宜、干净的能源，这些能源利用规则对于买方正变为更加重要。(美国)政府的能源条例将支持性地包括但不限制于美国30瓦能源之星(Energy Star)备用。
在ECR中规定的添加上述的3.3V-AUX PCI引脚在系统中提供PCI卡电源管理支持，而PCI热插入规范提供热插入能力。然而，若在同一PCI槽上一起使用上述二个PCI总线特性会产生一个问题。
从热插入规范可以看出它规定在插入(或拔出)PCI卡前首先对涉及到的PCI槽断电。从而，不应把PCI卡直接热插入到具有任何“热”引脚的PCI槽中。这应该包含着PCI ECR的3.3V-AUX引脚，而该引脚规定成即使当该总线的其余部分断电时仍是带电的，以便保持PCI卡上的唤醒事件逻辑电路是现用的。
因此，很明显，为了同时使用3.3 Vaux引脚能力和热插入能力，需要一种途径，即仅在热插入PCI卡后才接通3.3 Vaux引脚，从而遵守PCI热插入规范。
存在着另一个PCI规范-PCI本地总线(Local Bus)规范2.1，其提供二个PRSNT#引脚/信号，它们用于指示计算机系统在该PCI槽中存在PCI卡并指示该PCI卡需要多少功率。下表中显示某些规定好的信号组合。
依据该用于PRSN Tx#引脚的PCI规范，在提供电源指示下，扩充板(PCI卡)必须指出板的最大总功耗。该系统需假定扩充板可从标准5V或3.3V电源线中之一得到该功率。此外，若扩充板是可配置的，例如它带有用于存储器扩充的插座等，引脚的跨接(按上面表中所定义)必须指出全配置(全扩充)板消耗的总功率，该功率可能大于常规发货配置下所消耗的功率。
可以看出，当插入到某PCI槽中时，一个或二个PRSN Tx#引脚/信号由PCI卡接地，从而，若在该PCI槽中存在PCI卡，PRSNTx#引脚/信号中的至少一个将为低位(接地)。
根据上述，很明显，需要一种在符合PCI总线工业标准下同时在单个系统应用热插入能力和电流管理能力的途径。
因此，本发明的一个主要目的是提供一种同时实现热插入和电源管理的方法和设备。
本发明的另一个方法是提供一种解决上述各问题的方法和设备，从而不把PCI电路卡热插入到带有“热”3.3 Vaux引脚的PCI槽中。
由本文公开的方法和设备实现本发明的这些和其它目的。
依据本发明的一个方面，同时在一个接插件中设置热插入能力和电源管理能力。设置控制一个电源管理端子的电路，从而仅在某部件连接到该接插件后才对该端子逐渐加电。当该部件从该接插件拆开时，在该电路的控制下对该电源管理端子断电。由另一个也带有连接状态线的电路把电源管理电压范围和具有该接插件的系统的电压范围隔离开来。
依据本发明的一个方面，该隔离是由一个晶体管电路提供的。
依据本发明的另一个方面，控制电源管理的该电路是一个开关电路和一个检测电路，该开关电路选择性地和可变地把电源管理电压连接到第一接插件端子上，该检测电路检测该接插件的至少一个其它端子的连接状态并控制该开关电路。
依据本发明的另一个方面，控制该开关电路，以便一旦检测出至少一个其它端子的连接时逐渐向第一接插件端子施加电压。
依据本发明的另一个方面，至少一个的其它端子包括二个其它端子，并且该检测电路包括一个其输入端分别和这二个其它端子连接的逻辑“与”电路，而且还包括一个连接在该逻辑“与”电路的一个输出端和该开关电路的一个控制输入端之间的定时电路。若在该二个其它端子处都未检测出连接，则该定时电路不接通该开关电路。若在该二个其它端子之一处检测出连接，该定时电路逐渐接通该开关电路，以便逐渐向第一端子施加电压。
依据本发明的另一个方面，该定时电路是和该逻辑“与”门输出端连接的一个电阻和一个电容，并且该开关电路是一个其控制端和该电阻及该电容的连接点相连接的晶体管，从而把该电容的充电施加到该晶体管的控制端上。
依据本发明的另一个方面，该接插件是一个槽接插件，其适用于容纳卡边缘接插件。第一端子是该槽接插件的一个电源管理电压端子，而二个其它端子是该槽接插件的卡现行信号端子，其中至少一个通过把卡边缘接插件插入到槽接插件中而接地。
依据本发明的另一个方面，槽接插件是外围部件互连(PCI)接插件。
依据本发明的一个方面，提供在具有带着电源管理端子的接插件的系统中进行热插入的方法。
从下面的详细说明，本发明的这些以及其它方面会变得更为清晰。
图1表示依据本发明的一种示范实施例的电路。
图2表示依据本发明的另一种示范实施例的电路。
现通过参照附图中示出的实施例以示例的方式说明本发明。应记住，下面说明的各实施例是以示例方式呈现的，它们不把本发明概念限制在任何特定物理配置上。
图1中示出依据本发明的电路的一种示范实施例，该电路可把热插入和电源管理结合起来，从而克服上述的问题。根据本发明的该实施例的有利特性，各个指示存在PCI卡和其功率要求是怎样的PCI标准PRSNTx#引脚还用于控制3.3 Vaux对PCI ECR定义的电源管理引脚A14的施加，从而仅在把PCI卡插入到PCI槽接插件中后才使引脚A14是带电的。当从该槽接插件拆下PCI卡时，还从A14引脚上去掉电压。
具体地，如图1中所示，依据本发明的一种示范实施例，PCI槽101具有和电路102(包含在虚线中)连接的二个PRSNTx#引脚B09和B11以及一个3.3 Vaux引脚A 14。如现在要详细说明的那样，所示电路对把3.3 Vaux电压施加到A14引脚进行控制。
通过线103A，槽101的第一PRSNTx#引脚，即PRSNT1#B09引脚，经上拉电阻(Rc)104A和提供3.3 Vaux电压的电压源连接。以这种方式，当槽101中不插入PCI卡时，PRSNT1# B09引脚不接地，并且线103A在3.3 Vaux电压电平上漂动。以类似的方法，通过线103B,PRSNT2#B11引脚和上拉电阻104B及3.3 Vaux电源连接。
当槽101中插入PCI卡时，一个或二个PRSNTx#引脚接地，从而若槽101中有PCI卡，线103A和103B中的至少一个将为低电平(接地)。反之，若槽101中不插入PCI卡，这些线/引脚漂浮，分别由各个电阻103A和103B上拉到3.3 Vaux。
一个“与”门105也和线103A和103B连接。该“与”门的输出端标记为-Card-Present并且和一个具有电阻106和电容107的RC电路(RbCb)连接。RC的连接点和门P-FET Qb108连接。当槽101中不插入PCI卡时，由于“与”门105的输入线，即线103A和103B，位于3.3 Vaux电平，P-FET Qb 108断开，从而“与”门105的输出(-Card-Present)为高电平(约为3.3 Vaux)。从而把电容Cb107充电到约为3.3 Vaux，并且N-FET 108的选通端为该电压。
当槽101中插入PCI卡时，“与”门105的输出，-Card-Present，触发到低电平(接地)，通过Cb107经Rb106的放电，P-FET Qb108缓慢地接通，使+3.3 Vaux经槽100和引脚A14到达PCI卡。
以这种方式，仅当把PCI卡插入到槽101后，利用PRSN Tx#引脚/信号把3.3 Vaux接通到PCI槽101的引脚A14上。
当从槽101拆下PCI卡时，例如执行热交换并发维护操作，“与”门105的输出，即-Card-Present，将触发回到高电平，并且会断开FETQb108，从而在槽101插入下一块PCI卡之前3.3 Vaux引脚A14漂浮。
然而，如上面所述的利用PRSNTx#引脚/信号控制3.3 Vaux的设计考虑是该系统还用这些引脚/信号检测PCI卡的存在和确定其功率要求，而该系统采用不同的电压范围，即3.3V或5V，该电压范围应和3.3Vaux电压范围隔离。换言之，PRSNTx#信号应在二种不同的电压范围，3.3V或5V范围和3.3 Vaux范围，下给出存在信息并且这二种电压范围是隔离的。
在图1的示范实施例中还示出该设计要求的解决办法。具体地，为了提供隔离，如所示，N-FET Qa109A及电阻Ra110A连接到第一PRSNTx#线103A，而N-FET Qa109B及电阻Ra109B连接到第二PRSNTx#线103B。
当槽101中未插入PCI卡时，如已说明，线103A漂浮并由上拉电阻Rc104A上拉到3.3 Vaux。从而N-FET Qa109A的栅极(gate)处于3.3 Vaux并接通N-FET。向系统提供+Present1信号的信号线111A和电阻Ra110A及N-FET Qa109A连接，从而当N-FET接通时，+Present 1信号为低电平(接近接地)。然后，当槽101中插入PCI卡时，若线103A转为接地，则N-FET 109A断开，并且+Present1信号转为高电平(3.3V或5V)，从而报告存在PCI卡。通过N-FET109B和电阻110B对线103B提供类似的连接，从而向系统提供+Present2信号的信号线111B在把PCI卡插入到槽101时若线103B转为低电平以相同的方式工作。
这样，N-FET 109A和109B用作隔离二个电压范围，即3.3 Vaux范围和3.3V或5V范围，同时还依据PCI规范提供卡存在的指示。
可以理解，由于控制3.3 Vaux的电路102只使用3.3 Vaux电压，电源管理电路，例如这样装配的PCI卡上的唤醒事件逻辑电路，在依据PCI规范的热插入操作期间，将在在槽101中插入这样的PCI卡后逐步加电，该规范为当PCI总线的其余部分断电时，以及甚至当切断计算机母版主电源即上面所讨论的3.3V或5V时。
备择地，只要采取上面说明的把主电源和3.3 Vaux隔离开来的类似措施，可以利用母板主电源对控制3.3 Vaux的电路供电。这种替代的电路可设计成，当母板主电源断开时它不对引脚A14提供3.3 Vaux电源，然而，这可能是不被研究的例子。
业内技术人员清楚，可以采用所示示范实施例之外的其它电路利用PRSNTx#引脚来控制3.3 Vaux引脚A14，而且它们被认为是属于本发明的范围之内。例如，可以采用其它类型的开关器件，以代替场效应晶体管(FET)。
图2中示出一种替代的实施例，在其中，替代图1的隔离N-FET109A和109B，设置二极管209A和209B以隔离电压范围。该替代的实施例是在系统母板电压范围为3.3V电平的情况中示出的。在这种电路中，当PCI卡使各线103A或103B接地时，相关二极管209A或209B会接通，相关-Present线111A或111B处的信号约为接地电势，即逻辑低。当槽101中不插入PCI卡时，则线103A和103B分别由上拉电阻104A和104B上拉浮在3.3 Vaux上，并且二极管209A和209B会断开，这意味着线111A和111B的电压分别由电阻110A和110B上拉到母板的3.3V电平。
可以理解，在采用二极管的替代实施例中，若母板电源为5V，由于二极管一侧上3.3 Vaux和另一侧上5V之间的1.7V差值，即使槽101中不插入PCI卡，二极管209A和209B会接通。当相应二极管209A和209B接通时，线111A和111B的电压从而将取决于电阻104A和104B以及110A和110B上的压降。当槽101中插入PCI卡时，如母板电源为3.3V那样，在电源为5V的情况下，由于二极管的一侧接地，线111A和/或111B上的电压约为地电平，与二极管的小的电压降无关。
在另一种替代实施例(未示出)中，如业内技术人员可理解的那样，在母板系统不利用PRSNTx#信号的情况下，可把信号线103A/103B短接到一起，并且用P-FET Qb108的栅极上的上拉替代“与”门105。
请理解本发明可用于不向系统施加任何电源即既不施加主电源也不施加辅助电源的情况，只施加辅助电源的情况，以及向系统施加全部电源即主电源和辅助电源的情况。在不向系统施以任何电源的情况下，很清楚该电路对插入或拔出PCI卡没有影响。在只施加辅助电源以及向系统施加全部电源的情况下，由于本发明的示范实施例只利用辅助电源控制3.3 Vaux对A14引脚的施加，这种控制在这二种情况下都是有效的。
在开头处提到的PCI总线规范和ECR是相对新的而且PCI热插入在工业上也是相对新的。希望具有PCI热插入和PCI电源管理支持的用户从依据本发明的解决办法获利。通过依据本发明加入一个用于控制3.3Vaux的电路，很好地提供了PCI热插入和PCI电源管理支持二个方面。
业内技术人员理解，上面二个连带着附图的优选实施例的书面说明充分公开了本申请发明的实现和使用方式。
可理解，本发明的上述优选实施例是容许各种修改、改变和调整，并且附属权利书的等效意义和范围包含了这些修改、改变和调整。
例如，虽然所示的实施例采用一个“与”门，业内技术人员明白，在适当修改电路的其它部分下可采用其它的逻辑电路。另外，虽然使用一个RC电路缓慢地接通FET并接着缓慢地把3.3 Vaux电压施加到A14引脚上，业内技术人员会理解，可互换地采用其它缓慢地施加电压的电路。
本发明是相对于PCI技术和标准说明的，然而，它可方便地具有对其它现有的和正在开发的卡技术的可应用性，从而不应认为限制在本文所公开的PCI实施例上。
权利要求
1．一种用于根据某接插件的至少一个其它端子的连接状态控制施加到该接插件的第一端子上的电压的设备，包括一个开关电路，其可选择地和可变地把该电压耦合到接插件第一端子上；以及一个检测电路，其检测至少一个其它端子的连接状态并且控制该开关电路；其中，一旦检测到该至少一个其它端子处的连接，控制该开关电路逐渐向该接插件第一端子施加电压。
2．根据权利要求1的设备，其中至少一个其它端子包括二个其它端子，并且其中该检测电路包括一个其各输入端分别和这二个其它端子连接的逻辑“与”电路，并在该逻辑“与”电路的输出端和该开关电路的控制输入端之间连接一个定时电路，其中，若在这二个其它端子处都未检测出连接，该定时电路不接通该开关电路，而且其中若检测出这二个其它端子的一个端子处的连接，该定时电路逐渐接通该开关电路以逐渐把该电压施加到第一端子上。
3．根据权利要求2的设备，其中该定时电路包括和该逻辑“与”门输出端连接的一个电阻和一个电容，并且其中该开关电路包括一个其控制端和该电阻与该电容的连接点连接的晶体管，从而把该电容的电荷施加到该晶体管的控制端上。
4．根据权利要求3的设备，其中该接插件包括适用于容纳卡边缘插件的槽接插件，其中该第一端子包括该槽接插件的电源管理电压端子，并且其中二个其它端子包括该槽接插件的卡存在信号端子，通过把卡边缘接插件插入到槽接插件中其中的至少一个信号端子接地。
5．根据权利要求4的设备，其中该槽接插件包括外围部件互连(PCI)接插件。
6．根据权利要求4的设备，其中电压包括一个电源管理电压，其中卡存在信号端子通过各自的电阻和该电源管理电压连接，该设备还包括和这些卡存在信号端子连接的隔离电路，以在把对应于各个卡存在信号端子的连接状态的各卡存在信号提供给母板时隔离该电源管理电压和母板主电压。
7．根据权利要求6的设备，其中电源管理电压为3.3伏，并且其中母板主电压为3.3伏或5伏中的一个。
8．根据权利要求7的设备，其中该隔离电路包括至少一个和各个卡存在信号端子连接的晶体管。
9．根据权利要求8的设备，其中开关电路晶体管包括场效应晶体管，并且其中至少一个隔离晶体管包括至少一个场效应晶体管。
10．根据权利要求7的设备，其中隔离电路包括至少一个和各个卡存在信号端子连接的二极管。
11．一个控制一个接插件的第一端子的电压的方法包括利用权利要求1的设备。
12．一种控制接插件的方法，包括检测某部件是否和该接插件连接；以及控制该接插件的一个电源管理端子，从而在检测出某部件和该接插件连接后逐渐对该电源管理端子加电。
13．根据权利要求12的方法，还包括对接插件的所有端子断电，以便能在该检测前对该接插件热插入或热拔出某部件；从而同时具有热插入能力和电源管理能力。
14．根据权利要求13的方法，还包括检测某部件已和该接插件断开；以及当某部件检测成已和该接插件断开时，对电源管理端子断电。
15．根据权利要求14的方法，还包括把电源管理电压范围和带有该接插件的系统的电压范围隔离开；以及当检测出某部件和该接插件连接或断开时，向系统提供一个信号。
16．根据权利要求15的方法，其中检测包括确定该接插件的电源管理端子之外的至少一个端子的电压电平。
17．根据权利要求15的方法，其中检测包括确定该接插件的电源管理端子之外的二个端子的电压电平；以及其中控制包括在确定的电压电平上进行逻辑运算；以及基于逻辑运算的结果操作一个定时电路。
18．根据权利要求17的方法，其中控制还包括利用该定时电路逐渐地接通或断开一个开关电路，从而向电源管理端子提供电源。
19．根据权利要求18的方法，其中接插件是外围部件互连(PCI)接插件。
20．根据权利要求19的方法，其中逻辑运算包括“与”运算。
全文摘要
同时向接插件提供热插入能力和电源管理能力。设置电路来控制一个电源管理端子,从而仅当某部件连接到该接插件后才对该端子逐渐加电。当该部件从该接插件断开时,在该电路的控制下,该电源管理端子断电。利用另一个也提供连接状态线的电路,把电源管理电压范围和具有该接插件的系统的电压范围隔离开来。
文档编号H01R13/641GK1236926SQ9910500
公开日1999年12月1日 申请日期1999年4月14日 优先权日1998年5月22日
发明者乔纳森·米切尔·阿伦, 帕特里克·克文·艾甘 申请人:国际商业机器公司