用于可编程逻辑装置的热插拔操作的制作方法

用于可编程逻辑装置的热插拔操作的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于可编程逻辑装置的热插拔操作。提供技术以控制采用可编程逻辑装置(PLD)的热插拔操作。特别地，提供MOSFET以限制当插入通道电源时由电子组件的电容性部件从电源吸取的突入电流。提供具有算法的控制器以基于在MOSFET处检测到的突入电流而控制MOSFET。如此，建立反馈控制回路以基于检测到的突入电流而选择性地偏置MOSFET的栅极。算法可以基于MOSFET的安全操作区域(SOA)而限制突入电流。热插拔过程可以包括多个阶段，每个具有对SOA的电压和电流建模的电压和/或电流限制。在热插拔过程期间算法可以在具有各自的电流和/或电压限制的阶段之间转换。
【专利说明】
用于可编程還辑装置的热插拔操作
技术领域
[0001] 本发明总体上设及电子装置，并且更特别地设及采用运些装置、诸如逻辑装置、混 合信号装置和/或可编程逻辑装置执行的热插拔操作。
【背景技术】
[0002] 可编程逻辑装置（PLD)(例如现场可编程口阵列（FPGA)，复杂可编程逻辑装置 (CPLD)，片上现场可编程系统(FPSC)，或其他类型电子装置)可W实施作为通过插入通电电 源、诸如背板中而"热插拔"的电子组件的一部分。通常，电子组件具有各种电容性部件，诸 如滤波器的阵列、旁路、W及保持电容器。当插入电子组件时电容性部件的组合电容负载可 W类似于瞬时短路。如果遗留未检查，则来自通电电源的突入电流可W损坏电子组件的某 些部件或者引起对连接在背板或电源处的其他装置的供电中断。
[0003] 通常，热插拔装置利用晶体管、诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET) W 限制突入电流。特别地，在热插拔期间，功率MOSFET的栅极从电源缓慢地充电增压。功率 MOSFET用作固态开关W限制突入电流。然而，需要对MOSFET选择和/或规划大小W使得跨越 漏极至源极的最大电流和最大电压不超过MOSFET的安全操作区域(SOA)。运可W导致占据 空间并且更昂贵的过大的功率MOSFET。

【发明内容】

[0004] 本发明的一方面公开了一种系统。该系统包括：电子组件，具有电容性负载；晶体 管，配置用于选择性地允许和限制从电源至电子组件的突入电流；电流感测装置，配置用于 检测来自电源的突入电流；W及热插拔控制器，配置用于控制晶体管W基于由电流感测装 置检测到的突入电流而限制突入电流，W使得电子组件的电容性负载被逐渐地充电。
[0005] 本发明的另一方面公开了一种方法。该方法包括:检测负载已经被连接至电源;通 过初始电压偏置禪合在电源和负载之间的晶体管W限制从电源至负载的突入电流;监测负 载的负载电压;确定负载电压是否达到第一电压跳变点；W及当负载电压达到第一电压跳 变点时增大在晶体管处的电流限制。
[0006] 本发明的又一方面提供了一种系统。该系统包括:处理器；W及存储器，适用于存 储多个计算机可读指令，多个计算机可读指令当由处理器执行时适用于使得系统执行方 法，方法包括:接收与用于具有电容性负载的电子组件的热插拔操作相关联的参数;基于参 数确定通过配置用于限制由电容性负载从电源吸取的突入电流的晶体管、采用电源对电子 组件的电容性负载充电所需的一个或多个阶段；W及设置配置用于实施用于在电源处热插 拔电子组件的一个或多个阶段的热插拔电路。
【附图说明】
[0007] 图1示出了根据本公开的实施例的配置用于执行热插拔操作的电子组件的方框 图。
[0008] 图2示出了根据本公开的实施例的具有热插拔电路部件的电子组件的方框图。
[0009] 图3示出了根据本公开的实施例的用于电子组件的热插拔过程。
[0010] 图4示出了根据本公开的实施例的用于电子组件的热插拔设置过程。
[0011] 图5示出了根据本公开的实施例的用于电子组件的热插拔设置的用户接口。
[0012]图6是指示了根据本公开的实施例的MOSFET的安全操作区域(SOA)的图。
[OOK]图7是指示了根据本公开的实施例的MOSFET的SOA的表格。
[0014] 通过参照W下详细说明书最佳地理解本发明的实施例及其优点。应该知晓的是相 同的附图标记用于标识在一个或多个附图中所示的相同元件。
【具体实施方式】
[0015] 根据在此阐述的各个实施例，提供技术W实施在电子装置、例如可编程逻辑装置 (化D)或一般的其他可编程电子装置中的热插拔操作。特别地，提供MOSFETW限制当化D插 入电源中时由化D的电容性负载从通电电源吸取的突入电流。提供控制器W基于在MOSFET 附近检测到的突入电流而控制MOSFET。如此，建立反馈控制回路W基于检测到的突入电流 而选择性地偏置MOS阳T的栅极。
[0016] 在实施例中，热插拔操作可W基于MOSFET的安全操作区域(SOA)而限制突入电流。 特别地，热插拔操作可W包括多个阶段，每一个具有对SOA的电压和电流建模的电压和/或 电流限制。热插拔过程可W转换通过具有各自电流和/或电压限制的阶段。当在当前阶段达 到电压限制时，热插拔过程可W转换至下一个阶段。
[0017] 在实施例中，提供用户接口 W设置热插拔操作。用户接口可W允许用户输入热插 拔参数，诸如电源的电源电压、电子组件的电容性负载、MOSFET的类型等。响应于运些输入， 处理器可W基于热插拔参数确定用于热插拔操作的阶段数、W及对于每个阶段的电压和/ 或电流限制。在完成了设计之后，处理器可W基于设计而配置硬件电路部件W实施热插拔 操作。
[0018] 现在参照附图，图1示出了根据本公开的实施例的电子组件190的方框图。电子组 件190可W包括PLD 100(例如现场可编程口阵列(FPGA)、复杂可编程逻辑装置(C化D)、片上 现场可编程系统(FPSC)或其他类型可编程装置），通常包括输入/输出（I/O)块102和逻辑块 1〇4(例如也称作可编程逻辑块(PLB)、可编程功能单元(P即)、或可编程逻辑单元(PLC))。电 子组件190也包括在化D 100和电源背板160之间的热插拔接口，诸如模拟感测和控制装置 170。
[0019] 电源背板160可W是通电电源。当电子组件190连接至或者插入至电源背板160时， 由电子组件190的电容性负载吸取的瞬时突入电流可W流入电子组件190中。电子组件190 可W实施热插拔操作W限制突入电流W例如保护电子组件190的连接器免受过量电流W及 防止对连接至电源背板160的其他装置的供电中断。
[0020] 在化D 100中，I/O块102为化D 100提供I/O功能（例如用于支持一个或多个I/O或 存储器接口标准），而可编程逻辑块104为化D 100提供逻辑功能（例如基于LUT的逻辑或基 于逻辑口阵列的逻辑）。可W由串行化器/解串器（SERDES)块150和物理编码子层(PCS)块 152提供额外的I/O功能。PLD 100也包括硬知识产权内核（IP)块160W提供额外的功能（例 如在可W采用比逻辑块104较少的编程而配置的硬件中所提供的基本上预定的功能）。
[0021] 如合适的，PLD 100也可W包括存储器106的块(例如邸PROM的块，块SRAM,和/或快 闪存储器）、时钟相关电路1〇8(例如时钟源、PLL电路和/或DlX电路）、和/或各种路由资源 180(例如互连和合适的开关逻辑W提供用于遍布化D 100而路由信号的路径，信号诸如用 于时钟信号、数据信号等）。通常，PLD 100的各个元件可W用于执行对于所需应用而有意设 计的功能，如本领域技术人员应该理解的。
[0022] 例如，I/O块102可W用于编程诸如存储器106的化D 100、或者通过各种外部端口 而向/从化D 100传输信息（例如各种类型数据和/或控制信号），如本领域技术人员应该理 解的。I/O块102可W提供第一编程端口（可W代表中央处理单元(CPU)端口，外围数据端口， SPI接口，和/或系统配置编程端口）和/或诸如联合测试动作组(JTAG)端口的第二编程端口 (例如通过采用诸如电气和电子工程师协会（I邸EH149.1或1532标准的标准）。如合适的， 通常例如可W包括I/O块102W接收配置数据和命令(例如在一个或多个连接140上）W为了 其有意设计的用途而配置化D 100并且支持采串行或并行装置配置和与SERDES块150、PCS 块152、硬IP块160和/或逻辑块104的信息传输。
[0023] 应该理解的是，各个元件的数目和布置不是限定性的，并且可W取决于所需的应 用。例如，对于所希望的应用或设计规格可W无需各个元件(例如对于所选择的可编程装置 类型）。
[0024] 此外，应该理解的是元件为了明晰而W方框形式示出并且各个元件通常应该分布 遍布化D 100,诸如在逻辑块104、硬IP块160和路由资源180中和之间W执行它们的常规功 能(例如存储配置了化D 100的配置数据或者提供在PLD 100内的互连结构）。也应该理解的 是在此所公开的各个实施例不限于可编程逻辑装置，诸如化D 100,并且可W适用于各种其 他类型可编程装置，如本领域技术人员应该理解的。
[00巧]外部系统130可W用于产生所希望的化D 100的用户配置或设计并且产生对应的 配置数据W编程(例如配置)PLD 100。例如，外部系统130可W提供该配置数据至一个或多 个I/O块102、SE畑ES块150、和/或化D 100的其他部分。结果，可W配置可编程逻辑块104、路 由资源180、W及PLD 100的任何其他合适的部件W根据用户指定的应用而操作。
[0026] 在所示实施例中，外部系统130实施作为计算机系统。在运点上，外部系统130包括 例如一个或多个处理器132,其配置用于执行提供在一个或多个存储器134中和/或W非瞬 态形式存储在一个或多个非瞬态机器可读介质136(例如可W在系统130的内部或外部）中 的指令、诸如软件指令。例如，在一些实施例中，外部系统130可W运行化D配置软件，诸如可 W从俄勒冈州希尔斯伯勒的莱迪思半导体公司(Xattice Semiconductor Coloration)获 得的Lattice Diamond System Planner软件W允许用户创建所希望的配置并且产生对应 的配置数据W编程PLD 100。
[0027] 外部系统130也包括例如用于向用户显示信息的用户接口 135(例如屏幕或显示 器），W及用于接收用户命令或设计条目W准备PLD 100的所希望配置的一个或多个用户输 入装置137(例如键盘、鼠标、轨迹球、触摸屏、和/或其他装置）。
[0028] 图2示出了根据本公开的实施例的具有热插拔电路部件的电子组件的方框图。作 为示例，电源背板160被示出为+12V电源。电子组件190的总电容性负载表示为电容器Cl。提 供MOSFET晶体管化W选择性地限制来自+12V电源160的突入电流。当电子组件190连接至或 者插入电源160时，电子组件190的电容性负载Cl可W表现为从电源160吸取突入电流的短 路。MOSFET晶体管化可W限制流入电子组件190中的突入电流。例如，可W偏置MOSFET晶体 管W调节漏极至源极电阻（例如用于选择性地断开/闭合、导通/关断、和/或另外控制晶体 管)。
[0029] 提供感测电阻器Rs,其中可W检测并检测流过MOSFET晶体管化的电流。在一些实 施例中，具有成比例电流感测源极管脚的MOSFET(感测FET)可W用于检测电流。模拟感测和 控制(ASC)装置170可W包括配置用于检测和/或监测电流或电压的各种电流和/或电压传 感器。例如，如图2中所示，跨越感测电阻器Rs的电压降由可编程增益放大器PGA放大并且由 电压比较器IM0N2_A监巧U。基于通过感测电阻器Rs而检测的电流，可W控制MOS阳T晶体管化 W限制突入电流。运形成了滞后控制回路W连续地检测突入电流并且控制MOSFET晶体管化 W限制突入电流。
[0030] 例如，如果在感测电阻器Rs处检测到的突入电流小于电流跳变点IM0N2_A，则 MOSFET晶体管化由采用外部电荷累的HV0UT2偏置W导通。当MOSFET晶体管化导通时，在感测 电阻器Rs处检测到的电流可W增大并且可W超过在IM0N2_A处的电流跳变点。在MOSFET晶 体管化的栅极上的偏置随后降低W减小电流。如此，滞后控制回路通过连续地监测电流并 且连续地调整在MOSFET晶体管化的栅极上的偏置W维持电流而允许电流保持相对恒定。
[0031] 可W提供各种电流或电压比较器，诸如VM0N_6A、VM0N_6B、HVM0N_A、HVM0N_B、 IM0N2_A、和IM0N2_F，W检测不同的电压或电流跳变点。运可W允许热插拔过程具有不同阶 段。每个阶段可W具有电压和电流跳变点的独特集合。例如，图2中所示的电路部件可W允 许多达四个阶段的热插拔过程，例如电压/电流跳变点的四个集合。因此，当在热插拔过程 期间电子组件190的电容性负载Cl充电时，滞后控制回路可W转换阶段。
[0032] 可W基于MOSFET晶体管化的安全操作区域（SOA)而选择阶段和它们各自的跳变 点。运可W确保MOSFET晶体管化操作在SOA之下W防止由于过量电流或电压引起对MOSFET 晶体管化的损伤。各个电流或电压比较器可W提供在ASC 170内，如图2中所示。在一些实施 例中，外部电流或电压比较器可W提供为与ASC 170分离。
[0033] PLD 100可W包括提供了热插拔控制器的逻辑功能的可编程逻辑块104和硬知识 产权内核(IP)块160。例如，PLD 100可W包括用作热插拔控制器200的各自部件的用户逻辑 230和热插拔逻辑210dPLD 100也可W包括用作在化D 100和ASC 170之间的通信接口的ASC 通信接口逻辑220。
[0034] 由传感器检测到的各个电压和/或电流条件通信发送至热插拔控制器200,其随后 可W基于由传感器检测到的电压和/或电流条件而实施热插拔过程。例如，如图2中所示，电 压和电流传感器可W基于电压和/或电流条件而产生传感器信号。传感器信号收集在寄存 器处，诸如S线接口（TWI)寄存器。感测信号随后通信发送至ASC通信接口逻辑220并且随后 转发至PLD 100处的用户逻辑230和热插拔逻辑210。热插拔逻辑210可W收集来自电压或电 流传感器的传感器信号并且可W控制各个热插拔操作。
[0035] 在实施例中，热插拔逻辑210可W向用户逻辑230报告状态并且从用户逻辑230接 收命令。热插拔逻辑210可W在用户逻辑通过确立(assert) "hs_enable"信号而使能热插拔 过程之后开始操作。热插拔逻辑210可W向用户逻辑230报告热插拔错误、过电流错误、W及 热插拔完成状态。一旦从热插拔逻辑210接收到一个错误状态，则由用户逻辑取消"hs_ enable"信号W停止热插拔过程。热插拔过程的完成，不论是否成功，可W由来自用户逻辑 230的"hs_enabIe"信号的取消来指示。
[0036] 在热插拔过程期间，当电子组件190的负载电压并未在规定时间量内达到希望水 平时，热插拔错误As_error)可W发生，指示了热插拔过程有问题。计时器可W用于热插拔 过程中W监测板行为。在热插拔过程期间，在负载电容器Cl上的电压通常逐渐增大至所希 望的水平。如果运没有在规定时间段中发生，则可能在电子组件190上存在短路。如果热插 拔过程持续过量时间量，则MOSFET化可能由于从操作产生的热量而损伤。因此，当用户逻 辑230接收"hs_enable"信号时，用户逻辑230可W关断HV0UT2并且可W启动计时器W允许 MOSFET化冷却。一旦来自用户逻辑230的"hs_enable"信号去确立（deassert)并且当冷却 时间过去时，清除"hs_error"信号。此外，当电子组件190的负载电压稳定在希望水平时，热 插拔逻辑210可W向用户逻辑230发出"hs_done"信号W指示热插拔过程的成功完成。
[0037] 一旦检测到短路情况，热插拔逻辑210可W通过向用户逻辑230发出"oc_error"信 号而向用户逻辑230报告过电流错误。单比特过电流错误信号"oc_error"指示了已经超过 电流限制。该电流限制通常远远超过在热插拔过程中使用的电流限制。例如，在热插拔过程 完成之后，当在电子组件190的正常操作期间存在装置故障时，可W发生短路情况。如图2中 所示，当在热插拔过程期间或之后在短路情况下检测到过电流时，热插拔逻辑210提供快速 停机机制。在快速停机过程期间，由传感器IM0N2_F检测短路情况。响应于此，热插拔逻辑 210可W控制晶体管化从陕速关断MOSFET晶体管化。
[003引热插拔逻辑210可W提供IOms的基本计时器。该IOms计时器对应于MOSFET IOms SOA曲线的单个脉冲宽度。取决于MOSFET晶体管化的特性，热插拔控制器200可W具有长达2 秒的可变长度的计时器W用于MOS阳T DC SOA曲线。
[0039] 图3示出了根据本公开的实施例的用于电子组件的热插拔过程300。例如，当电子 组件190连接至电源背板160W限制由电子组件190的电容性负载Cl吸取的突入电流时，可 W执行图3的过程。
[0040] 在操作302中，热插拔控制器200可W检测电子组件190连接至通电的功率源，诸如 电源背板160。例如，可W由电压传感器检测至功率源的连接，诸如电压比较器 VM0N9_B。响应于此，热插拔控制器200可W开始限制来自功率源的突入电流的热插拔过程。 [0041 ]在操作304中，热插拔控制器200可W控制MOSFET晶体管化W限制突入电流。例如， 热插拔控制器200可W控制HV0UT2W调整在MOSFET晶体管化的栅极上的偏置W限制流入电 子组件190中的突入电流。在操作306中，热插拔控制器200可W监测负载电压，诸如跨越电 容性负载Cl的电压。例如，可W由电压比较器HVM0N_A、HVM0N_B、VM0N6_A、和VM0N6_B监测负 载电压。每个电压比较器具有电压跳变点，在该处电压比较器输出指示了已经到达电压跳 变点的传感器信号。如图2中所示，实施四个电压比较器W为多达四个阶段的热插拔过程提 供四个电压跳变点。
[0042] 在其他实施例中，电压比较器的数目和组成可W改变W基于电子组件和电源的设 计需求而提供具有不同电压/电流跳变点的不同数目的阶段。例如，对于电压较低的电源， 可W实施具有一个或两个阶段的热插拔过程。对于电压较高的电源，可W实施具有四个至 六个阶段的热插拔过程。
[0043] 在操作308中，热插拔控制器200可W确定负载电压是否已经达到电源电压。例如， 在图2中，热插拔控制器200可W确定负载电压是否已经达到+12V的电源电压。如果负载电 压已经达到电源电压，指示了电子组件190的电容性负载Cl已经被充电，则热插拔控制器 200可W在操作316处确定已经完成了热插拔操作并且从功率源160向电子组件190提供稳 定化的电压和电流，移动至操作316。
[0044] 如果在操作308中负载电压没有达到电源电压，则过程可W继续至操作310,其中 热插拔控制器200可W确定时间限制是否已经达到。例如，可W重复阶段W允许大电容达到 用于下一阶段所需的电压。如果时间限制已经达到，则热插拔控制器200可W在操作318中 关断电源并且向用户展示错误消息W防止对MOSFET晶体管化的过度加热。在一些实施例 中，热插拔控制器200可W暂时地中止热插拔操作W冷却MOSFET晶体管化。在设计阶段期间 基于MOSFET特性而确定冷却时段的长度。相同的冷却时段可W用于在热插拔过程内的所有 阶段。
[0045] 如果没有达到时间限制，则热插拔控制器200可W在操作314中确定负载电压是否 已经达到本阶段的电压跳变点。如上所述，每个阶段具有由针对阶段分配的电压比较器所 限定的电压跳变点。如果负载电压没有达到电压跳变点，则热插拔控制器200可W通过前进 至操作304而重复本阶段。每个阶段具有电压跳变点W及对应于电压跳变点的电流限制，如 基于MOSFET晶体管化的SOA所确定。如果本阶段重复，则热插拔过程继续在如本阶段中所限 定的相同电流限制之下对电容性负载Cl充电。
[0046] 对于使用DC SOA曲线的热插拔过程，重复相同阶段和冷却时段的步骤可能不适 用。替代地，对于每个阶段使用长于IOms的时间限制。如果当计时器到期时负载电压并未达 到所希望水平，热插拔错误发生并且热插拔过程终止。
[0047] 如果负载电压在操作314中已经达到本阶段的电压跳变点，则热插拔控制器200可 W在操作312中转换至下一个阶段。下一个阶段可W具有新的电压跳变点和新的电流限制， 由此MOSFET晶体管化限制了突入电流。
[0048] 热插拔过程可W在多个阶段之间转换，其中重复一些或所有阶段。通过监测负载 的电流和电压条件，热插拔控制器200可W实施合适的阶段W将MOSFET晶体管化控制在 MOSFET晶体管化的SOA内。该滞后控制回路允许更小和/或更便宜的MOSFET用于热插拔操 作。
[0049] 图4示出了根据本公开的实施例的用于电子组件的热插拔设置过程400。实际上， 在实施电子组件190的热插拔操作之前，用户可W设计并配置热插拔操作，诸如基于各种热 插拔参数、诸如电子组件的电容性负载、功率源的电源电压、用于限制突入电流的MOSFET晶 体管类型等等而确定所需的阶段数W及阶段的相应电压跳变点和电流限制。
[0050] 在实施例中，可W由外部系统130提供用于设置热插拔操作的用户接口。外部系统 130可W编程并配置电子组件190的热插拔操作。例如，外部系统130的用户接口 135可W显 示用于设置热插拔操作的用户接口500,如图5中所示。在操作402中，外部系统130可W经由 用户接口 500从用户接收热插拔参数。
[0051] 用户接口 500可W包括用于接收用户的热插拔参数的输入的各个数据输入栏。例 如，如图5中所示，叮he_12V_HS"的热插拔名称用于该特定的热插拔设计。外部系统130可W 存储各种热插拔设计，其可W被选择W实施用于不同的电子组件。输入栏502被提供用于接 收输入电压ViN。输入电压Vin表示来自背板功率源160的电源电压，并且可W用于计算热插 拔操作的阶段数。
[0052] 输入栏504被提供用于接收输入源可W提供的最大电流Imax。输入栏506被提供用 于接收MOSFET的名称或类型。在如图5中所示的示例中，MOSFET型号名称或类型"i计7932" 被输入在输入栏506中。外部系统130可W具有存储了MOSFET的各种类型和型号的信息的数 据库。当在输入栏506中选择或输入MOSFET时，用户接口 500可W显示电流-电压图，其示出 了所选择或输入的MOSFET的安全操作区域。在一些实施例中，用户可W输入MOSFET的SOA的 一个或多个数据点，并且可W选择DC或IOms曲线，如图5中所示。
[0053] 输入栏508被提供用于接收电流感测电阻器Rs的电阻值。输入栏510被提供用于接 收电子组件的电容性负载Cload的数值。输入栏514被提供用于接收电流限制，在其下触发了 快速停机。
[0054] 在MOSFET框内存在两个上部单选按钮5 16 W允许用户在电源或负载处放置 M0SFET。接口基于所选择的按钮而动态地改变。在MOSFET框内存在两个下部单选按钮518W 用于选择SOA数据是用于IOms还是DC曲线。
[0055] 快速停机限制514具有下拉式列表，其取决于电流感测放大器单选按钮W及增益、 电流感测电阻器数值、和可应用的电流和电压传感器(例如IMON和/或VMON)的跳变点而计 算。
[0056] 电阻器Rg和电容器Cg形成了低通滤波器W防止MOSFET过冲和振荡。时间常数比"最 化'栅极电阻器将提供的显著更长，W使得限制了MOSFET寄生振荡。220US时间常数慢于电 流和/或电压传感器的采样时间W防止任何MOSFET"过度校正"。在已经输入热插拔参数之 后可W由用户按压"计算"按钮512。
[0057] 在操作404中，在用户按压"计算"按钮512之后，外部系统130可W首先确定所选择 MOSFET的安全操作区域。基于所选择MOSFET的型号和/或名称，外部系统130可W检索所选 择MOSFET的规格，包括SOA限制曲线，如图帥所示。图帥所示的曲线表现为笔直线条巧有 负斜率），因为垂直和水平轴线是基于对数的。对于热插拔算法的曲线的关键区段可W由W 下方程表示，其表示了电压(V)与电流(A)之间的关系。
[0化引 A=mV-b
[0059] 常数m和b可W基于所选择MOSFET而改变，并且可W W使用在极限曲线上两个已知 数据点而求解，诸如(VI ,Al)和(V2，A2)，如图5中所示。例如，
[0060]
[0061]
[0062] 在求解了b和m之后，对于irf7832 MOSFET的IOms SOA限制的方程为：
[0063] a = 70V_i'249
[0064] 在操作406中，对于MOSFET的SOA限制的方程随后可W用于计算对于MOSFET的SOA 表格。基于电流感测电阻器数值W及电子组件中可用电流传感器W及它们各自的电流跳变 点，可W使用SOA限制方程建立SOA表格。在一些实施例中，MOS阳T可W具有SOA曲线，其包括 具有不同的斜率的多个区段。如此，可W计算区段的每个不同斜率W填充SOA表格。
[0065] 如图7中所示，在SOA表格的左列中展示电流传感器的电流跳变点的列表。特别地， 用户提供的0.01欧姆的电流感测电阻器(Rs)的数值提供了 SOA表格第一列中所列出的电流 跳变点的基础。使用W上IOms SOA限制方程对于各自电流跳变点计算漏极至源极电压Vds。 基于电源电压(+24V)与跨越MOSFET的电压降Vds之间的差值而计算负载电压化0AD。
[0066] 接着，外部系统130可W仿真在热插拔过程期间电子组件190的电容性负载Cload的 充电。在初始状态中，负载电压化日AD为零，因为电子组件190尚未被供电并且电容性负载Cload 尚未被充电。如此，为了确定对于初始阶段或阶段1的电流限制，外部系统130可W参考SOA 表格中负载电压列，如图7中所示，并且找到最靠近零的负数值。对应的跳变点数值是对于 阶段1的电流限制。外部系统130可W指定该数值作为当全部电源电压跨越MOSFET时的开始 热插拔电流限制。例如，如图7中SOA表格中所示，电流限制是1安培；因此，该电流限制将用 于初始阶段或阶段1。
[0067] 在热插拔过程的每个阶段期间，假设没有错误，在负载电容器(Cload)上的负载电 压化OAD将增大。在负载处的电压的增大意味着跨越MOSFET降低更小的电压并且更多电流可 W用于在下一个阶段中对电容性负载充电（向SOA表格下方移动）。在操作410中，使用W下 方程对于每个阶段计算负载电压增加，其中n是阶段重复的次数，I是W安培计的电流跳变 点，W及*是W秒计的阶段时间。
[006引
[00例采一 ZF 3果巧1义化I W上方程，其中n = l并且t = 0.01s，I来自SOA跳变点表格，W及 Cload由用户输入。如果计算得到的电压增加小于来自表格的下一个负载电压数值，则阶段 必须重复。通常，运是当Cload非常大时的情形。W下是利用不同热插拔参数计算电压增加的 示例：
[0070] 示例l:CL。AD = 390uF，I = lA:AV=化.6V
[0071] 25.6V的电压增加超过了+24V的电源电压，因此仅使用阶段1 一次就完成热插拔过 程。对于阶段1的目标电压限制简单地是电源电压的90%数值，其为21.6V。在一些实施例 中，可W基于所使用电源的精确度而调整90%阔值。
[0072] 示例2:Cload=1,OOOuF,I = IA: A V=IO-OV
[0073] IOV的电压增加显然足够使得阶段1无需重复。确定阶段1结束的目标电压是计算 得到电压增幅的80%，其是8V。减小的电压考虑了负载电容器的容差W及电流跳变点的精 确度。使用8V的目标电压，向下查看SOA表格并且找到恰好低于其的负载电压数值，其是 6.8V并且对应于2安培。如此，对于下一个阶段的电流跳变点是2安培。
[0074] 示例3:Cload = 20,OOOuF,I = IA: AV=O.50V
[0075] 0.50V的电压增加小于SOA表格中紧接的下一个数值（1. IV)。因此需要重复阶段1 W便于足够地提升负载电压W前进至下一个阶段。当阶段重复时，其可W重复高达八(8) 次。使用W上方程，在重复了八次之后，负载电压应该为4.0V。对于阶段1的目标电压是4.OV 的80 %，其为3.2V。恰好在3.2V之下的负载电压增加为2.3V，其对应于1.5安培的电流跳变 点。如此，对于下一个阶段的电流限制为1.5安培。
[0076] 示例4:Cload=100,OOOuF,I = IA: A V=O-IOV
[0077] 0.1 OV的电压增加太小并且阶段1将必须重复11次W便于将负载处的电压提升至 1.1V(紧接下一个表格条目）。假设算法将每个阶段限制为重复8次，外部系统130可W将该 标记为错误并且通知用户W使用不同的MOSFET或者改变负载电容器的大小。
[0078] 因此，W上方程允许外部系统130仿真用于对电容性负载充电的热插拔过程。如图 4中所示，在操作410中，外部系统可W在阶段结束处估算负载电压。在操作414中，外部系统 130可W确定负载电压是否已经达到电源电压的90%。如果负载电压尚未达到电源电压的 90%，则外部系统可W在操作416中确定负载电压是否已经达到当前阶段的电压跳变点的 80%。如果是，则外部系统可W在操作418中通过参考SOA表格W找到下一个电压和电流跳 变点而递增至下一个阶段。过程随后可W返回至操作410W估算对于该下一个阶段的负载 电压。
[0079] 如果负载电压在操作416中尚未达到当前阶段的电压跳变点的80%，则外部系统 130可W在操作422中确定当前阶段是否已经重复了多于7次。如果当前阶段尚未重复多于7 次，则外部系统130可W在操作424中向用户发出错误消息并且可W建议用户选择不同的 MOSFET或者选择不同的热插拔参数。如果在操作422中当前阶段尚未重复多于7次，则外部 系统130可W通过返回至操作410而重复当前阶段。
[0080] 因此，热插拔过程可W在多个阶段之间转换，其中重复了某些阶段。当负载电压在 操作414中达到电源电压的90%时，外部系统130可W在操作428中确定完成了热插拔。外部 系统130可W随后确定在仿真期间已经使用了多少阶段W及它们各自的电压和电流跳变 点。在最终完成设计之后，外部系统130可W使用设计信息W配置电子组件190用于热插拔 操作。例如，外部系统130可W基于所使用的阶段W及它们各自跳变点而选择并且设置电流 和/或电压传感器。外部系统130也可W根据设计而路由并连接各个电路部件W实施热插拔 操作。
[0081] W上过程400可W允许用户设计并配置电子组件的热插拔操作。特别地，用户可W 选择特定的MOSFET并输入各个热插拔操作。外部系统130可W随后仿真并计算热插拔操作 W基于用户的设计输入而确定所需的阶段和它们各自电压/电流跳变点。热插拔过程可W 在多个阶段之间转换，每个具有其自己的电压和电流限制，如基于所选择MOSFET的SOA所确 定。运可W允许电子组件使用更小和/或更廉价的MOSFETW实施热插拔操作。
[0082] 当合适时，可W使用硬件、软件或者硬件与软件的组合而实施由本公开所提供的 各个实施例。也当合适时，在此阐述的各个硬件部件和/或软件部件可W组合成为包括软 件、硬件和/或两者的复合部件而并未脱离本公开的精神。当合适时，在此阐述的各个硬件 部件和/或软件部件可W分割成包括软件、硬件或两者的子部件而并未脱离本公开的精神。 此外，当合适时，所设想的是软件部件可W实施作为硬件部件，并且反之亦然。
[0083] 根据本公开的软件，诸如程序代码和/或数据，可W存储在一个或多个非瞬态机器 可读介质上。还设想的是在此说明的软件可W使用一个或多个联网的和/或不联网的通用 或专用部件和/或计算机系统而实施。当合适时，在此所述的各个步骤的顺序可W改变，组 成成为复合步骤，和/或分割为子步骤W提供在此所述的特征。
[0084] 如上所述的实施例示出但是并不限制本发明。也应该理解的是，大量修改例和变 形例根据本发明的原理是可能的。因此，本发明的范围仅由W下权利要求所限定。
【主权项】
1. 一种系统，包括： 电子组件，具有电容性负载； 晶体管，配置用于选择性地允许和限制从电源至所述电子组件的突入电流； 电流感测装置，配置用于检测来自所述电源的所述突入电流；以及 热插拔控制器，配置用于控制所述晶体管以基于由所述电流感测装置检测到的所述突 入电流而限制所述突入电流，以使得所述电子组件的所述电容性负载被逐渐地充电。2. 根据权利要求1所述的系统，其中所述晶体管是MOSFET，并且所述控制器被配置成基 于所述MOSFET的安全操作区域而调整在所述MOSFET上的偏置。3. 根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被配置成当所述电容性负载被充电时 控制所述晶体管通过多个阶段，所述多个阶段中的每一个具有电压限制和电流限制。4. 根据权利要求3所述的系统，其中阶段的数目基于所述晶体管的类型、所述电源的输 入电压、所述电子组件的所述电容性负载、以及突入电流限制中的一个或多个而确定。5. 根据权利要求3所述的系统，其中当在所述晶体管处检测到的电压或电流达到第一 阶段的第一电压限制或第一电流限制时，所述控制器被配置成从所述第一阶段转换至具有 第二电压限制和第二电流限制的第二阶段。6. 根据权利要求1所述的系统，其中所述电流感测装置包括电流感测电阻器以及配置 用于测量跨越所述电流感测电阻器的电压的电压比较器，以及其中所述突入电流基于跨越 所述电流感测电阻器的电压以及所述电流感测电阻器的阻值而确定。7. 根据权利要求3所述的系统，进一步包括多个电压感测装置，每一个对应于所述多个 阶段中的一个并且配置用于检测对应阶段的所述电压限制。8. 根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被进一步配置成当达到时间限制或阶 段限制并且所述电容性负载并未充电时关断所述晶体管。9. 根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被进一步配置成当所述电容性负载被 完全充电时维持所述晶体管导通。10. -种方法，包括： 检测负载已经被连接至电源； 通过初始电压偏置耦合在所述电源和所述负载之间的晶体管以限制从所述电源至所 述负载的突入电流； 监测所述负载的负载电压； 确定所述负载电压是否达到第一电压跳变点；以及 当所述负载电压达到所述第一电压跳变点时增大在所述晶体管处的电流限制。11. 根据权利要求10所述的方法，进一步包括： 确定所述负载电压是否达到所述电源的电源电压； 当所述负载电压没有达到所述电源电压时，确定所述负载电压是否达到第二电压跳变 点；以及 当所述负载电压达到所述第二电压跳变点时进一步增大在所述晶体管处的电流限制。12. 根据权利要求11所述的方法，其中所述第一电压跳变点、所述第二电压跳变点以及 所述电流限制基于所述晶体管的安全操作区域而设置。13. 根据权利要求10所述的方法，进一步包括偏置所述晶体管通过多个阶段，其中所述 多个阶段中的每一个具有电压跳变点和电流限制的对应集合。14. 根据权利要求10所述的方法，进一步包括： 确定所述突入电流是否超过过电流限制；以及 当所述突入电流超过所述过电流限制时偏置所述晶体管以将所述电源与所述负载断 开连接。15. 根据权利要求14所述的方法，进一步包括当所述突入电流超过所述过电流限制时 通知用户。16. 根据权利要求11所述的方法，进一步包括： 确定所述负载电压是否在预定时间内达到所述电源电压；以及 当所述负载电压没有在所述预定时间内达到所述电源电压时暂时地中止所述晶体管 的偏置以冷却所述晶体管。17. -种系统，包括： 处理器；以及 存储器，适用于存储多个计算机可读指令，所述多个计算机可读指令当由处理器执行 时适用于使得所述系统执行方法，所述方法包括： 接收与用于具有电容性负载的电子组件的热插拔操作相关联的参数； 基于所述参数确定通过配置用于限制由所述电容性负载从电源吸取的突入电流的晶 体管、采用所述电源对所述电子组件的所述电容性负载充电所需的一个或多个阶段;以及 设置配置用于实施用于在所述电源处热插拔所述电子组件的所述一个或多个阶段的 热插拔电路。18. 根据权利要求17所述的系统，其中所述方法进一步包括： 确定所述晶体管的安全操作区域(SOA)，所述SOA指示了晶体管在其内操作的安全电压 和电流条件； 基于所述晶体管的所述SOA以及可应用于所述电子组件的电流或电压感测装置的电流 或电压感测范围而确定SOA表格，所述SOA表格列出了对于热插拔的可应用阶段与对于每个 可应用阶段的电压或电流限制；以及 从所述可应用阶段选择初始阶段，所述初始阶段具有接近零的电压限制。19. 根据权利要求18所述的系统，其中所述方法进一步包括： 确定在当前阶段的结束处的负载电压； 确定所述负载电压是否达到所述当前阶段的电压限制；以及 当所述负载电压达到所述当前阶段的所述电压限制时转换至下一个阶段。20. 根据权利要求19所述的系统，其中所述方法进一步包括，当所述负载电压没有达到 所述当前阶段的所述电压限制时重复所述当前阶段。
【文档编号】H02H9/00GK105846409SQ201610009612
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年1月6日
【发明人】C·W·迪克斯, C·梅, C·J·国, J·科普伦, S·钱德拉
【申请人】美国莱迪思半导体公司