工程技术基础-热插拔知识详解及案例分析
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热插拔详细资料大全热插拔（hot-plugging或Hot Swap）即带电插拔，热插拔功能就是允许用户在不关闭系统，不切断电源的情况下取出和更换损坏的硬碟、电源或板卡等部件，从而提高了系统对灾难的及时恢复能力、扩展性和灵活性等，例如一些面向高端套用的磁碟镜像系统都可以提供磁碟的热插拔功能。
具体用学术的说法就是：热替换（Hot replacement）、热添加（hot expansion）和热升级（hot upgrade），基本介绍•中文名：热插拔•外文名：Hotswapping， Hot plugging, Hot plug in and out •套用学科：IT•适用领域范围：硬体•适用领域范围：术语功能特点,支持硬体,实现方式,技术支持,工作原理,特性,主机板BIOS,作业系统,设备驱动,电路设计,热插拔过程,热插拔好处,功能特点热插拔最早出现在伺服器领域，是为了提高伺服器易用性而提出的。
在我们平时用的电脑中一般都有USB接口，这种接口就能够实现热插拔。
如果没有热插拔功能，即使磁碟损坏不会造成数据的丢失，用户仍然需要暂时关闭系统，以便能够对硬碟进行更换。
而使用热插拔技术只要简单的打开连线开关或者转动手柄就可以直接取出硬碟，而系统仍然可以不间断地正常运行。
USB热插拔支持硬体纵观现今市场SATA主机板提供的附属档案中的Serial ATA线缆，特别是SATA电源线，大多为非标准附属档案。
如SATA电源线没有SATA 15-针脚电源接口界面，Serial ATA硬碟将无法遂行热插拔功能。
即使一些SATA硬碟同时提供SATA 15针脚电源接口和IDE 1x4-针脚常规电源接口，可以明确的是IDE1x4-针脚常规电源接口无法支持热插拔。
我们知道，在普通电脑里，USB（通用串列汇流排）接口设备和IEEE 1394接口设备等都可以实现热插拔，而在伺服器里可实现热插拔的部件主要有硬碟、CPU、记忆体、电源、风扇、PCI适配器、网卡等。
什么是热拔插？哪些硬件可以热拔插？
什么是热拔插？哪些硬件可以热拔插？原⽂出⾃：⽐特⽹ 我们⽇常经常⽤到的电脑外设⽇益增多，如键盘、⿏标、⽿机或⾳箱、U盘或移动硬盘、⽆线移动上⽹卡、显⽰器、笔记本电池、打印机、摄像头、数码相机、⼿机，还有⽆线路由器、宽带猫等，哪些可以热插拔，哪些必须关机后冷插拔呢? 什么是热拔插?简单地说就是在不关闭电源的情况下对某些部件进⾏插⼊(连接)或拔出(断开)的操作。
现在电脑上绝⼤部分插头和插座，包括串⼝、并⼝等，都是不允许热拔插的，因为插⼊或拔出时会在瞬间产⽣⼀个较⼤的电流，导致烧毁某个配件... 那么都有那些插头是可以热拔插的呢?让我们先来看看⾃⼰的爱机上都有那些插头吧。
机箱外部常见的有电源插座、键盘、⿏标、串⼝、并⼝、声卡上的各种插座(包括LINE IN、LINE OUT、MIDI)等、USB⼝、显⽰器VGA⼝等。
其中可以热拔插的只有声卡上的各种接⼝以及USB⼝，你可以在开机状态下随便拔插⾳箱(⽿机)或诸如摄像头⼀类的USB设备。
绝对不能热拔插的有串⼝和并⼝，极容易烧坏主板上的相关接⼝以及相关电路，但如果上⾯接的是⽆电源设备，⽐如串⼝⿏标，那么不会发⽣设备损坏，最多是不能⼯作，重启⼀次就正常了。
其他的键盘⿏标PS/2⼝等虽然没有规定可以热拔插，但从经验上看来，即使热拔插也不会造成什么损坏(当然还是⼩⼼为妙)。
从上⾯的例⼦中我们可以总结出： (1)⽬前能⽀持热拔插的硬件也就是USB接⼝、IEEE1394接⼝和⾳视频接⼝, 其⼯作原理是，插⼊过程:先接数据，后接电源; 拔出过程:先断电源,后断数据。
建议除了⾳视频接⼝和USB接⼝外,其他的不要热拔插。
这是最安全的做法。
(2)凡是热拔插，⼀定是两个设备之间的事，只要有⼀个设备不带电，⽐如关掉了电源的打印机(接并⼝)或者是⽆外接电源的键盘、⿏标等，就不会烧毁设备。
也就是说，如果我们打算连接⼀个打印机或者扫描仪、游戏⼿柄等设备到电脑上的话，⽐较保险的⽅法是先关掉外设的电源再连接，这⽐关掉电脑省事得多。
热插拔保护电路设计及实例
•引言服务器、网络交换机、冗余存储磁盘阵列（RAID），以及其它形式的通信基础设施等高可用性系统，需要在整个使用生命周期内具有接近零的停机率。
如果这种系统的一个部件发生了故障或是需要升级，它必须在不中断系统其余部分的情况下进行替换，在系统维持运转的情况下，发生故障的电路板或模块将被移除，同时替换部件被插入。
这个过程被称为热插拔（hot swapping）（当模块与系统软件有相互作用时，也被称为hot plugging1）。
为了实现安全的热插拔，通常使用带交错引脚的连接器来保证地与电源的建立先于其它连接，另外，为了能够容易的从带电背板上安全的移除和插入模块，每块印制板（PCB）或热插拔模块都带有热插拔控制器2。
在工作状态下，控制器还可提供持续的短路保护和过流保护。
尽管切断或开启的电流会比较大，但大电流设计的一些微妙之处却常常未得到充分的考虑。
“细节决定成败”，本文将重点分析热插拔控制电路中各部件的功能及重要性，并深入分析在设计过程中使用ADI公司ADM11773热插拔控制器时的设计考虑和器件选型标准。
热插拔技术常用的两种系统电源电压为-48 V和+12 V，它们使用不同的热插拔保护配置。
-48 V系统包含低端热插拔控制器和导通MOSFET；而+12 V 系统使用高端热插拔控制器和导通MOSFET。
-48 V方案来源于传统的通信交换系统技术，如高级通信计算架构（ATCA）系统、光网络、基站，以及刀片式服务器。
48 V电源通常可由电池组提供，选用48 V是因为电源及信号能被传输至较远的距离，同时不会遭受很大损失；另外，在通常条件下，由于电平不够高，所以不会产生严重的电气冲击危险。
采用负电压的原因是，当设备不可避免的暴露在潮湿环境中时，在正极端接地的情况下，从阳极到阴极的金属离子迁移的腐蚀性较弱。
然而，在数据通信系统中，距离并不是重要因素，+12 V电压会更加合理，它常用于服务器及网络系统中。
本文将重点介绍+12 V系统。
基础课堂 专家为你全面解析热插拔实现原理
基础课堂专家为你全面解析热插拔实现原理
热插拔作为一种被广泛应用在电路系统设计过程中的技术，能够确保工程师在系统导电时顺利插入连接器或模组，且因其不会耽误系统正常运行而被工程师们所欢迎。
那幺，这种热插拔技术的实现原理又是怎样的，你了解吗？就让专家老师来为我们科普一下吧。
常言道无图无真相，为了方便初次接触热插拔技术的工程师们更直观的了解这种技术的实现过程，我们先放上其实现过程示意图。
下图中图1所示即为热插拔技术的实现过程，图中左边代表系统及其供电，可以看到在供电的输出端有一个电容，右侧有两张卡，这些卡的输入端也有电容。
把卡插入系统之前，输入电容没有被充电。
当把卡插入系统时会有一个很大的瞬间电流向输入电容充电，这幺大的瞬时电流很可能造成系统供电电压不正常，因此，这就需要我们来采用热插拔技术来实现供电电压的稳定了。
图1 热插拔过程
在系统设计中使用热插拔技术的目的，主要是将高的瞬间电流人为的控制在一个比较低而且合理的水平。
想要实现这一目的，在实际操作中常用到的方法有很多，其中使用PTC正温度系数的热敏电阻来实现瞬间电流的稳定是最简单的方法。
PTC依靠本身的电流发热改变阻抗，从而降低瞬间电流的幅度，其缺点是反应速度慢，而且长时间使用会影响使用寿命。
除此之外，MOS管电流检测电阻加上一些简单的电阻电容延迟线路的方法也可以达成这一目标。
当然，最好的方法是采用专业的热插拔芯片，通常该芯片包含一个驱动MOS设计和电流检测电阻，它除了做基本热插拔之外，还可以提供特。
热交换和热插拔-概述说明以及解释
热交换和热插拔-概述说明以及解释1.引言1.1 概述热交换和热插拔技术在现代科技领域中扮演着至关重要的角色。
随着科技的不断发展和普及，我们对设备的性能和效率要求也越来越高。
热交换技术可以通过在设备中实现热能的传递和分配，提高设备的工作效率和稳定性，同时延长设备的使用寿命。
而热插拔技术则可以在设备运行的情况下，实现设备组件的更换和升级，极大地提高了设备的可维护性和灵活性。
本文将重点介绍热交换和热插拔技术的原理和作用，探讨其在各个领域的应用前景和发展趋势。
通过深入了解这两项技术，我们可以更好地把握设备的运行机理，提高设备的性能表现，并为科技领域的持续发展做出贡献。
1.2 文章结构本文将围绕热交换和热插拔这两个概念展开讨论。
首先，将介绍热交换的概念，包括其基本原理和应用领域。
然后，将探讨热交换在工程和科技领域中的重要作用，以及其对系统性能和效率的影响。
接着，将深入探讨热插拔技术的原理，包括其在硬件设备中的应用和优势。
最后，通过总结热交换和热插拔的重要性，展望它们在未来的应用前景。
通过对这两种技术的深入讨论，旨在帮助读者更好地理解热交换和热插拔的意义和作用，以及它们在现代科技领域的重要性。
1.3 目的本文旨在探讨热交换和热插拔技术在现代工程中的重要性以及其应用前景。
通过对热交换和热插拔技术的原理和作用进行分析和讨论，我们可以深入了解这两种技术在不同领域中的应用，为工程师和相关人士提供更多的知识和信息。
同时，我们也希望能够引起读者对热交换和热插拔技术的关注，认识到其在提高设备效率、节约能源和保护环境方面的重要作用。
通过本文的阐述，我们希望能够促进热交换和热插拔技术的进一步发展和应用，为工程领域的进步做出贡献。
2.正文2.1 热交换的概念热交换是一种将热量从一个系统传递到另一个系统的过程，而在这个过程中，系统始终保持运行状态，不需要停机。
热交换通常发生在工业生产中的设备中，尤其是涉及到需要稳定温度和热量控制的系统中。
热插拔的硬道理
电子开关实现过流保护
我们以
ＯＵＴ １ ＧＮＤ ２ ＳＥＴ ３
图 ６ ＡＡＴ４６１０ 引脚定义
５ ＩＮ ４ ＯＮ
ＡＡＴ４６１０ 为 例 说明电子 开关实现过 流保护的工 作原理
ＡＡＴ４６１０ 采用 ＳＯＴ－２３ 塑料封装（图 ６） ５ 个引脚的定
表１
引脚号 引脚定义 引脚功能
１
ＯＵＴ
电源输出端
２
ＧＮＤ
过去我们一直告诫用户不可带电插拔 因为电脑 中的串口 并口以及鼠标 键盘和并口打印机等设备 都不能热插拔 如果带电插拔 轻则造成死机或重启 动 重则导致设备或主板接口电路损坏 造成难以挽 回的损失 那么带电插拔那些不支持热插拔的设备为 什么会造成如此严重的后果呢
热插拔为什么会损坏硬件？ 伤 在哪里？
热插拔 也称 热交换 （ｈｏｔ－ｓｗａｐ） 是指将设 备 板卡或模块等带电 接入 或 移出 正在工作 的电脑 热插拔技术为服务于金融 电信 军事等重 要用途的电脑而开发 因为那些电脑一旦投入运行就 必须夜以继日地运转 停机则意味着服务中断和经济 损失 对这些机器中的关键部件（如 ＣＰＵ 内存条 硬 盘等）要采用冗余结构 冗余的部件又要具有热插拔特 性 以便在带电情况下进行拆卸和安装 完成维修工 作 为实现即插即用 普通台式 ＰＣ 和笔记本电脑中 也逐步引入了热插拔技术 ＵＳＢ ＩＥＥＥ １３９４ ＳＡＴＡ ＳＣＳＩ和Ｃｏｍｐａｃｔ ＰＣＩ总线等新型的接口和一些设备（如 打印机 扫描仪 闪存和 ＳＡＴＡ硬盘等）均支持热插拔
图 ２ 主板上的保险丝
电路板上发生短 路 导致故障范围
扩大（图 ２） 金属熔丝是最原始的过流保护器件 其特
点是成本低 但熔丝熔断后需要停机更换
PTC 热敏电阻
简单介绍西门子PLC S7-300热插拔功能
简单介绍西门子PLC S7-300热插拔功能用户通过合理配置西门子PLC S7-300系列和其他西门子设备，例如：西门子触摸屏，西门子变频器等，可以组合成完整的一套控制系统。
西门子PLC S7-300系列为用户提供了多种扩展模块，用户可以根据控制系统的需求进行灵活选择。
在实际的自动化控制系统中，有时需要西门子PLC实现热插拔功能，来保证系统不间断稳定的运行。
本文下面就对西门子PLC S7-300系列热插拔功能做一个介绍，供用户在配置时进行参考。
西门子PLC S7-300系列的热插拔功能介绍如下：1. 热插拔定义西门子PLC系列对于热插拔的定义为：当用户带电插拔模块时，确保不造成模块的硬件损坏;CPU不会因此而停机，并产生报警;该模块I/O 通道的数值保持不变，而其他模块的运行不受影响;CPU中触发中断组织块或通过DP诊断程序块，得到模块拔出或插入的事件信息，在用户程序或中断组织块中进行相应控制逻辑和I/O通道的处理;2. 热插拔功能使用条件西门子PLC S7-300系列如果需要使用热插拔功能，需满足以下条件：(1)西门子PLC S7-300系列的型号要求：用户需要配置CPU315以上的型号才能支持此功能;(2)一般情况下，西门子PLC S7-300的主系统中无法使用热插拔功能，而分布式I/O模块-ET200M从站可以使用热插拔功能;(3)在分布式I/O模块ET200M中使用热插拔功能时，用户需要配置接口模块IM153的总线模块，同时还需要配置西门子PLC S7-300系列的扩展模块的总线模块;(4)这些总线模块需要安装在有源导轨上，通过有源导轨可以实现模块间电源及信号的连接和传输，当其中一个模块从有源导轨中拔出时，其他模块还可以正常工作;3.热插拔功能的应用在西门子PLC S7-300系列组成的控制系统中，如果用户需要配置为软冗余系统，则可将ET200M从站配置为有源导轨，从而是实现模块热插拔的功能。
漫谈服务器热插拔技术
漫谈服务器热插拔技术我们都知道，即使再高的服务器可用性也有可能出现故障的时候，只不过不知道它何时出现而已。
然而一旦服务器出现故障，通常不太可能像PC机那样停下机来进行长时间的维修(除非迫不得已)，而是采用在线更换故障配件来进行维护的，这就是本文所要介绍的“热插拔”(Hot Plug)技术诞生的初衷。
热插拔技术就是指在服务器系统正常开机、运行的状态下，对故障配件进行更换、或者添加新的配件，涉及到三个方面的专业术语，那就是热替换(Hot Replacement)、热添加(Hot Expansion)和热升级(Hot Upgrade)。
热插拔技术其实很早就有了，最早的是SCSI硬盘的热插拔技术，我们最容易想起的也是它。
那是因为当时在整个服务器配件中，出现故障机率最大的就是硬盘，而当时的服务器硬盘接口基本上都是SCSI 接口类型，所以在SCSI硬盘上实现热插拔就成为当时之急需了。
随着硬盘阵列技术的日益成熟，热插拔SCSI硬盘阵列也就成了服务器热插拔硬盘的代名词。
它可以实现在在线情况下更换故障硬盘、添加新的硬盘进阵列中，极大地方便了服务器硬盘阵列系统的维护。
然而随着服务器应用的深入，服务器所承受的负荷远远走出了当时的情形，而且由于用户对网络的依赖性比以前更强了，所以对服务器系统的稳定性要求也较以前大大提高了。
这样一来，对其它配件支持热插拔技术的呼声也就越来越高了，因为现在服务器系统主要出现故障的配件不再仅是硬盘系统了，而更多的可能是内存、PCI适配器、电源和风扇等。
有的甚至支持CPU和服务器本身热插拔，当然这主要是在高端多路处理器服务器系统和群集服务器系统中。
现在，热插拔技术在确保服务器系统可用性已显得越来越重要了，已成为服务器的标准技术。
尽管不同档次的服务器所支持的热插拔配件并不完全一样，但对于像硬盘、电源和风扇的热插拔技术支持已成为最基本的服务器技术配置了。
不过要说明的是，热插拔技术现在已不再是服务器系统所专用，在PC系统也开始得到应用，但并不主要是出现系统维护方面考虑的，如支持热插拔的USB接口。
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目录第一章热插拔概述 ----------------------------------------------------------------------------------- 21.1历史-------------------------------------------------------------------------------------------------------- 21.2热插拔常见问题 ---------------------------------------------------------------------------------------- 2第二章热插拔导致的闩锁效应及其防治 -------------------------------------------------------- 42.1闩锁效应及其机理------------------------------------------------------------------------------------- 42.2闩锁的产生条件 ---------------------------------------------------------------------------------------- 62.3闩锁的常见诱发原因---------------------------------------------------------------------------------- 62.4热插拔诱发闩锁的原因分析 ------------------------------------------------------------------------ 62.5闩锁的预防措施 ---------------------------------------------------------------------------------------- 7第三章热插拔导致的静电问题及其防治 -------------------------------------------------------- 83.1静电产生 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 83.2静电放电失效机理------------------------------------------------------------------------------------- 9第四章热插拔导致的浪涌问题及其防治 ------------------------------------------------------- 114.1浪涌说明 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 114.1.1概念 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 114.1.2产生原因---------------------------------------------------------------------------------------- 114.1.3影响 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 124.2浪涌防治 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 134.2.1交错引脚法------------------------------------------------------------------------------------- 134.2.2热敏电阻法------------------------------------------------------------------------------------- 144.2.3单芯片热插拔控制器 ------------------------------------------------------------------------ 15第五章总线热插拔 ---------------------------------------------------------------------------------- 175.1 I2C总线热插拔---------------------------------------------------------------------------------------- 175.2 I2C总线热插拔案例 --------------------------------------------------------------------------------- 185.3 74LVT16245在总线热插拔中应用 --------------------------------------------------------------- 195.5扩展知识CompactPCI总线热插拔------------------------------------------------------------- 21第六章热插拔最新解决方案-数字热插拔芯片 ------------------------------------------------ 246.1热插拔芯片的理念------------------------------------------------------------------------------------ 246.2典型应用框图 ------------------------------------------------------------------------------------------ 24第一章热插拔概述1.1历史热插拔（hot-plugging或Hot Swap）即带电插拔，是指将设备板卡或模块等带电接入或移出正在工作的系统，而不影响系统工作的技术。
一方面，在军事、电信、金融等领域，设备投入运行后，必须夜以继日的运转，对这些设备的部件进行拆装维修、维护、扩展时，系统不能停机，停机则意味则重大的经济损失。
这就要求设备部件能够在系统带电运行的情况下进行接入或者移出。
另一方面，对连接到总线上的设备，对单个设备进行插入或者拔出的时候，不能对总线产生较大干扰，否则会在总线上产生较大的噪声，引起总线上其他设备的停机或者误码产生，影响整条总线业务。
热插拔技术正是在这种需求下应运而生。
民用热插拔技术开始于PC机的开发中，从586时代开始，系统总线都增加了外部总线的扩展，此时的系统总线已经初步满足的热插拔的要求1997年开始，新的BIOS中增加了即插即用功能的支持，虽然这种即插即用的支持并不代表完全的热插拔支持，仅支持热添加和热替换。
至今PC机的多数外设均以推出了支持热插拔的产品。
1.2热插拔常见问题在以前，我们使用电脑或者其他电子设备时，总会受到警告：不能带电插拔，如果我们带电插拔，轻则造成系统死机或者重启，重则造成接口电路硬件损坏，造成巨大损失。
这是什么原因呢，对不支持热插拔的系统，带电插拔为什么会造成如此严重的后果？热插拔引发闩锁效应：热插拔前设备之间可能存在较高电位差，如果不采取相应措施这种电位差将对设备上的IC 芯片构成严重危害，尤其是CMOS器件，有可能引发闩锁效应。
●热插拔诱发静电问题：虽然冷插拔过程中也有静电问题，但是由于热插拔时一部分电路是处于上电工作状态，因此热插拔时的静电干扰会引发诸如“闩锁效应”之类恶性故障，除此之外，热插拔对于稳定工作的背板设备的静电干扰使得本来在设备内部的背板连接器变成了被静电直接击中的外部接口。
●热插拔导致浪涌问题：当单板插入机框时，机框中其他设备已处于稳定工作状态所，所有储能电容均被充满电，而单板上的电容没有电荷，当设备与主板接触时设备上的电容充电将在短时间内从电源系统吸入大量电能，在供电线路上形成一股比正常工作电流高出数倍的浪涌电流。
浪涌电流会使电源出现瞬时跌落导致系统复位、引发闩锁效应、导致连接器电路板金属连线和电路元件烧坏。
●热插拔对总线造成干扰：总线上插入板卡时，由于新插入板卡电容的充电以及上电过程中一些低阻抗通道的存在，会产生极大的浪涌电流，拉低总线电平，对总线上其他设备产生干扰，影响总线上其他设备的正常运行。
同时插拔时也对总线接口带来静电问题。
第二章热插拔导致的闩锁效应及其防治2.1闩锁效应及其机理●定义：闩锁（Latch up）是指CMOS器件所固有的寄生双极晶体管被触发导通，在电源和地之间形成一个低阻通路。
●故障现象：CMOS芯片的电源和地之间大电流通过，导致芯片自身烧毁失效，严重时会波及周围的电路和易燃器件（如：钽电容）。
●内部机理：见图2-1图2-1 闩锁内部机理示意图如图2-1所示，CMOS发生闩锁效应时，其中的NMOS的有源区、P衬底、N阱、PMOS的有源区构成一个n-p-n-p的结构，即寄生晶体管，本质是寄生的两个双极晶体管的连接。
P衬是NPN的基极，也是PNP的集电极，也就是NPN的基极和PNP的集电极是连着的；N阱既是PNP的基极，也是NPN的集电极。
再因为P衬底和N阱带有一定的电阻，分别用R1和R2来表示。
当N阱或者衬底上的电流足够大，使得R1或R2上的压降为0.7V，就会是Q1或者Q2开启。
例如Q1开启，它会提供足够大的电流给R2，使得R2上的压降也达到0.7V ，这样R2也会开启，同时，又反馈电流提供给Q1，形成恶性循环，最后导致大部分的电流从VDD 直接通过寄生晶体管到GND ，而不是通过MOSFET 的沟道，这样栅压就不能控制电流i 。
闩锁机理的集总器件表述：元器件中的寄生晶体管连接关系可以用集总元件来表示，如图2-2所示，其结构实际上是一个双端PNPN 结结构，如果再加上控制栅极 ，就组成门极触发的闸流管。