3.热插拔引起的静电问题及其防治

(1)产生静电

物质由分子组成，分子由原子组成，原子由带负电荷的电子和带正电荷的质子组成。正常情况下，一个原子的质子数量与电子数量相同，正负平衡，因此没有带电。

但电子被原子核包围，一旦外力离开轨道，离开原子A，侵入其他原子B，A原子因减少电子数而产生正电，称为阳离子；B由于电子数量的增加，原子呈负电现象，称为阴离子。

电子分布不平衡的原因是电子受到外力的影响而脱离轨道。这种外力包括各种能量（如动能、位能、热能、化学能等）。在日常生活中，任何两种不同材料的物体接触后都可以产生静电。

当两个不同的物体相互接触时，一个物体会失去一些电荷，比如电子转移到另一个物体，使其带来正电，而另一个物体则会得到一些带有负电的剩余电子物体。如果电荷在分离过程中难以中和，电荷会积累，使物体带来静电。因此，物体接触其他物体后，会带来静电。

通常在从一个物体上剥离一张塑料薄膜时就是一种典型的“接触分离”起电，在日常生活中脱衣服产生的静电也是“接触分离”起电。由于接触分离，固体、液体甚至气体都会带来静电。这是因为气体也由分子和原子组成，当空气流动时，分子和原子也会发生接触分离。我们都知道摩擦起电，很少听说接触起电。摩擦起电本质上是一个接触和分离导致正负电荷不平衡的过程。摩擦是一个连续接触和分离的过程。因此，摩擦起电本质上是接触分离起电。在日常生活中，由于移动或摩擦，各种物体可能会产生静电。另一种常见的起电是感应起电。当带电物体接近无带电物体时，负电和正电将分别感应到无带电导体的两端。

由于直接接触或静电场感应，两个静电位不同的物体之间的静电电荷转移称为静电放电。如果带电体通过电子元件放电，会对元件造成损坏，导致设备故障。

以上两点我们可以明确:

1）静电无处不在，只要是绝缘机，就有可能带静电(比如我们常用的透明自封袋一般有500~2000V静电。

2）必须注意静电会导致设备故障和设备损坏。

(2)静电放电失效机理

ESD典型失效包括：

热二次击穿

金属化层的熔融体击穿

介质击穿

气体的电弧放电

表面击穿

仿真人体带8kV静电放电3次；半导体内部放大3000倍；

硬损伤和软损伤

人体静电会破坏任何常用的半导体器件。

(3)热插拔过程中的静电问题

正如静电定义中描述的两个不同材质的物体只要有接触，就有静电产生的可能。热插拔中至少首先存在三个物体，人体、热插拔单板、机箱背板，因此在热插拔中静电问题很容易出现。下面举两个最常见的例子：

a）人体本身有静电，机箱已接地。热插拔时，人体静电电荷将热插拔单板放电到机箱背面。

b）底盘背板有静电电荷，人体也有静电电荷。热插拔时，人体静电电荷和底盘静电电荷重新分布在热插拔系统中。

通过这些例子，我们发现了两个问题。

首先，由于热插拔功能，底盘背板接口（内部接口）不需要注意静电问题，成为必须讨论静电问题的接口。也就是说，背板接口设计需要防静电设计，背板通常存在接口管脚数量大、功能复杂、设备防静电能力低的问题。因此，在背板接口部分增加防静电设计将显著增加单板设计的难度和单板成本。

第二，如果人体、底盘和热插拔板能够很好地接地，则可以避免热插拔中的静电问题。这个假设非常有意义，因为它成功地避免了第一条提到的单板设计难度和单板成本的增加。只需在底盘上添加防静电手镯，然后在说明书中明确要求热插拔操作时，操作员必须携带防静电手镯或防静电手套。

但这只是一个假设。如果客户在热插拔时没有带防静电手镯，导致单板静电损坏，我们可以要求客户带静电手镯或防静电手套。如果客户裸手拿着单板，静电会导致坏板，我们需要修理。因此，如果我们想通过设计解决热插拔中的静电问题，我们还需要其他手段。

(4)热插拔引起的静电问题设计对策

a）背板接口应设计放电，并在信号接口和电源接口中添加防静电器件(如TVS(一般来说，我们不对背板接口进行防静电处理)。ESD防护方法：

①并联放电器件

常用的放电器件有TVS，齐纳二极管、压敏电阻、气体放电管等。如图所示

齐纳二极管（ Zener Diodes ，又称稳压二极管 ）：齐纳二极管的反向击穿特性可以得到保护 ESD但是齐纳二极管通常有几十个 pF 对于高速信号(如 500MHz）它会导致信号畸变。齐纳二极管也能很好地吸收电源上的浪涌。

瞬变电压消除器 TVS(Transient Voltage Suppressor)：TVS 专门用于预防固态二极管 ESD 敏感的半导体器件被瞬态电压破坏。与传统的齐纳二极管相比， TVS 二极管 P/N 这种结构的改进使结构面积更大 TVS 具有更强的高压承受能力，同时也降低了电压截止率，因而对于保护手持设备低工作电压回路的安全具有更好效果。

TVS二极管的瞬态功率和瞬态电流性能与结的面积成正比。二极管结截面积大，可处理闪电和 ESD高瞬态电流。TVS也会有结电容，通常0.3个pF到几十个pF。TVS如果有单极性和双极性，使用时要注意。用在手机上。TVS大约0.01$，低容值约2-3分$。

多层金属氧化物结构器件 (MLV)：一般称为压敏电阻。MLV它还可以有效地抑制瞬时高压冲击，具有非线性电压 - 电流 ( 阻抗表现 ) 关系，截止电压可达到初始停止电压 2 ～ 3倍。该功能适用于静电或浪涌保护，对电压不敏感，如电源电路、按键输入端等。手机的压敏电阻约为0.0015$,大约是TVS价格为1/6，但保护效果不好TVS而且压敏电阻有寿命老化。

② 串联阻抗

一般可以通过串联电阻或者磁珠来限制ESD放电电流达到防静电的目的。如图。例如，手机的高输入阻抗端口可以串1K保护欧电阻，如ADC，输入的GPIO，按键等。不要担心0402的电阻会坏，实践证明这里的电阻不会坏。这里不详细分析。用电阻做ESD保护几乎不会增加成本。若磁珠与压敏电阻相似。但这里串电阻显然不适合大功率电源或高速信号。会导致电源压降或信号完整性问题。

③ 增加滤波网络

上述静电能量频谱，如果用滤波器面提到了静电能量频谱。

对于低频信号，如GPIO输入，ADC，可使用1个音频输入k 1000PF静电保护的电容器，成本可以忽略，性能不比压敏电阻差如果使用1K 50PF压敏电阻(以下复合防护措施)效果更好。经验证明，这种防护效果有时超过TVS。

如果使用射频天线的微波信号TVS静电保护用于管道、压敏等容性设备，射频信号会衰减，因此需要TVS电容很低，所以增加ESD措施的成本。对于微波信号，地并联几十个nH电感为静电提供放电通道，对微波信号影响不大，对9000MHZ和1800MHz手机常用22nH的电感。这可以吸收静电主要能量频谱上的大量能量。

⑤ 复合防护

有一种装置叫做EMI filter，有很好的ESD如图所示。EMI filter也有基于TVS管的和基于压敏电阻的，前者效果好，但很贵，后者廉价，一般4路基于压敏电阻的EMI价格在0.02$。

以下电阻可用于实际应用中 压敏电阻的方法。它具有低通滤波器、压敏电阻和电阻串联限流的功能。它是保护性价比最好的方法，可以使用1个高阻信号K电阻 50PF压敏；100欧电阻可用于耳机等音频输出信号 压敏电阻；对TP信号串联电阻不能太大，否则会影响TP10欧电阻可用于线性。虽然电阻小，低通滤波器效果消失，但限流仍然很重要。

⑥ 增加吸收回路

可在敏感信号附件中添加漏铜，以吸收静电。原理与避雷针原理相同。山寨手机设计中经常使用尖端放电点（火花间隙）。

b）在底盘结构设计和单板设计中增加预接地设计，使单板和底盘在热插拔前接地是非常必要的。这样，静电就不会在底盘侧或热插拔时引入。

但电路板拔出后，客户用手摩擦，没有办法。需要通过静电手镯和防静电手套的系统要求。

4.热插拔引起的浪涌问题及其防治

(1)浪涌的概念

浪涌（Electrical Surge）顾名思义，超过稳定值的峰值瞬间出现，包括浪涌电压和浪涌电流。

浪涌电压是指超过正常工作电压的瞬时过电压；浪涌电流是指电源连接或电路异常时产生的峰值电流或过载电流。

本质上，浪涌是发生在几百万分之一秒内的一种剧烈脉冲。p

热插拔(Hot Swap)是指在系统不断电的情况下，可以拔出或插入热插拔工作模块，而不影响系统的正常运行。热插拔技术可以提供有计划地访问热插拔设备，允许在不停机或很少需要操作人员参与的情况下，实现故障恢复和系统重新配置。

（2）产生原因

如果将机架上尚未充电的一块板卡插入带电背板时，如图4-1所示，将会发生以下情况：

电路板插入顺序和上电时的浪涌电流

在新插入并开始上电的PCB上，用于旁路和滤波存储的大电容将瞬间短路并开始充电。充电电荷来自于带电系统，电容C1、C2和C3 (这些其它板卡上已经充电的电容将开始放电)。这种不受控制的电容充电(或放电)将对新插入板卡上的电容注入较大的浪涌电流。浪涌电流的幅度可能在极短的时间内达到数百安培。 

（3）浪涌的影响

随着电容快速充电，它们将表现为短路状态，瞬间吸收较大的电流。下图给出了注入电解电容的浪涌电流的波形图，以及电容充电时两端的电压。从曲线图可以看出，电流峰值达到了9.44A，从系统吸取较大功率，这将导致背板系统的电容放电。从而使电源电压跌落，可能造成相邻板卡复位，引入数据传输故障或严重干扰其它系统的运行。

注入电解电容的浪涌电流和电容充电时两端的电压

热插拔过程中产生的电压瞬变可能对已插入背板的板卡造成严重威胁。浪涌现象会导致背板电源的跌落，而背板电源总线的电压跌落或电源上的脉冲干扰可能造成系统意外复位。不受限制的浪涌电流还会导致元器件损坏：板卡旁路电容被烧毁、印刷电路板(PCB)引线被烧断、背板连接器引脚或保险丝被烧断。

背板电源总线的跌落会在要插入系统的板卡电源上产生扰动或脉冲干扰，也会导致相邻板卡产生复位或影响背板与板卡之间的通信。热插拔期间由于电源电压和地电平的变化，会在信号总线上引入共模噪声。考虑到这一潜在问题，热插拔控制电路必须采取保护措施，避免在背板上产生强噪声而导致总线数据通信错误。

另外一个容易忽略的问题是系统的长期可靠性，设计不当的热插拔保护电路会使电路板上的元器件在长期受到热插拔事件的冲击下而损坏。解决这一问题的有效途径是对热插拔板卡的浪涌电流峰值加以控制。

（4）浪涌防治

a、交错引脚法

这种控制浪涌电流的方法是使用“交错式引脚”，也称为“早供电引脚”、“预充电压”或者是“预先加载”引脚。从物理架构上引入交错引脚，通过一长、一短两个电源引脚组成。热插拔过程中，通过串联电阻控制浪涌电流。如图所示。

 智能连接器提供有效的热插拔保护

长电源引脚首先接触到电源并通过一个串联电阻RPRECHARGE开始为新板卡的滤波、旁路电容充电。RPRECHARGE限制充电电流。板卡将要完全插入时，短电源引脚接入电源，从而旁路连接在长电源引脚的电阻RPRECHARGE，为板卡供电提供一个低阻通道。信号引脚通常在插入板卡的最后时刻接入。该方案中，电阻RPRECHARGE是保护器件，把浪涌电流限制在不至于烧坏引脚或干扰相邻板卡工作的水平。

但此方案不能控制滤波电容的充电速率。这种架构需要考虑两个关键因素：短引脚相对于长引脚的线长，板卡插入系统的快、慢。另外，这是一种机械方案，考虑到连接器的机械容差，完全相同的引脚长度并不能确保接触时间精确相同。实际应用中用户会看到上述不同变数。而且，当短电源引脚略长、PCB被快速插入背板时，RPRECHARGE将在输入电容充满电之前被短路，因此，这种看似可靠的方案实际存在一定隐患，不能可靠控制浪涌电流。

该架构的另一个关键设计步骤是选择RPRECHARGE，如果电阻选择不合理，将会直接影响系统工作。预充电阻的选择必须权衡预充电流和浪涌电流。所以，交错式引脚方案需要一个特殊的连接器，这在行业中也是难以接受的。

b、热敏电阻法

另一种实施方案是热敏电阻热插拔控制法。热敏电阻为电子元件，阻值在温度变化时将发生显著变化(电阻是温度的函数)。根据温度变化进行系统调节的电路应用非常普遍。负温度系数(NTC)热敏电阻的电流-时间特性取决于其温度特性，在其应用电路中的功率耗散很稳定。电流-时间特性可以抑制短暂的高压尖峰以及初始浪涌电流。如图所示为基于热敏电阻的热插拔限流电路，配合一个外部MOSFET使用。

基于热敏电阻的热插拔电路

此方案需要考虑作用在热敏电阻上的瞬态峰值功率。设计人员必须考虑电路板环境温度的变化(覆铜面积和气流)以及热敏电阻自身的因素，如果超出其额定电流或电压，则会导致器件损坏。

对于热敏电阻方案需要考虑几个因素，例如，在电信系统中，一旦系统交付运营商使用，将不允许更改或重新设计板卡。由此，热敏电阻可能会引发长期可靠性问题，设计人员必须考虑负温度系数(NTC)的反作用时间。另外一个关键问题是，当板卡反复插入或拔出背板时，热敏电阻可能没有足够的时间冷却，从而在随后的带电插入事件中不能有效地限制浪涌电流。最后，热敏电阻的特性参数会随时间变化，这将导致系统的抗冲击能力下降。

总而言之，该方案在需要根据温度变化进行调整的系统中能够提供良好特性，限制浪涌电流。但是，热敏电阻的热插拔控制器不能满足系统长期可靠性的需求。

c、单芯片热插拔控制器

事实上，抑制浪涌电流最好的解决方案是采用完全集成的单芯片热插拔控制器，利用一个电路限制插入板卡的浪涌电流、提供过流和负载瞬变保护、降低系统失效点，工程师可以严格控制热插拔保护板卡的长期可靠性。市场上可以找到高度集成的热插拔控制IC，有些控制器IC不需要外接检流电阻。许多IC可以简单、高效地实现热插拔保护功能，例如，在单一芯片内支持下列功能：欠压（UV）和过压（OV）保护；过载时利用恒流源实现有源电流限制；电源电压跌落之前断开故障负载；利用外部驱动FET构成“理想二极管”提供反向电流保护；多电压排序；发生负载故障后自动重试。

新一代热插拔IC集成了全面的模拟和数字功能，例如：板卡插入并完全上电后，可连续监测电源电流。连续监测功能可以在板卡正常工作期间继续提供短路和过流保护，还可以帮助识别故障板卡，在系统完全失效或意外关闭之前撤掉故障板卡。

热插拔控制器对于那些始终保持运行状态的系统是不可或缺的保护电路。发生带电插拔事件后，跟踪浪涌电流引起的PCB故障也是非常棘手的设计任务。利用那些拼凑起来的热插拔方案解决故障问题或者只是很好地解决了其中部分问题，对于系统的长期稳定性而言存在一定隐患，也是工程师无法预测的。

目前，高度集成的热插拔方案能够确保系统在带电插拔的操作中不会引起数据传输错误或导致系统已插入板卡的复位。这种方案对于保持系统的长期可靠性很有帮助。

相关阅读，缓启动电路设计用于热插拔。

电源缓启动原理
电源的缓启动电路设计及原理 (诺基亚西门子版本)

5、总线热插拔及系统解决方案

在实际运用中，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。

所以，对总线进行热插拔时，必须采取一些措施对子卡上电进行控制，限制浪涌电流，同时也要提供一定的静电泄放通道。下面对几种总线热插拔技术进行讨论。

（1）I2C总线热插拔

I2C总线是Philips公司推出的串行总线标准，由数据线SDA和时钟线SCL构成，可发送和接收数据。I2C总线上扩展的外围器件及外设接口通过总线寻址，是具备总线仲裁和高低速设备同步等功能的高性能多主机总线。运用举例如图所示。

I2C总线运用举例

由图中可以看出，I2C总线上外挂了许多设备，当我们插入或者拔出某一个I2C设备时，不应该对其他设备造成影响，具体表现为：

1、不能产生浪涌电流，影响总线信号。

2、要有静电防护能力，消除插拔产生的静电影响。

I2C总线上设备要支持热插拔，最常用的方法是采用支持I2C热插拔的总线缓冲驱动器，Philips公司的PCA9510A——PCA9514A都支持I2C总线热插拔，总体原理差不多，具体性能上有点差异， PCA9511A，在系统中的运用如图所示。

PCA9511A运用实例

PCA9511A实现I2C热插拔的原理分析如下：

如上图所示，PCA9511A的2、7引脚接从设备，3、6引脚接主设备。当系统上电过程中，SDA和SCL都保持高阻状态，并且由于2（ENABLE）引脚处于低电平状态，所以SDAIN与SDAOUT之间是断开的，SCLIN和SCLOUT之间也一样是断开的。当上电过程完成后，ENABLE管脚由低电平变为高电平了，进入初始化状态，内部的预充电功能开始执行，当初始化进入尾声的时候，停止命令和总线空闲状态检测功能开始执行，ENABLE有效的时间足够长后，所有的SDA和SCL管脚都进入了高电平状态，这时候如果在SDAIN和SCLIN总线上检测到停止命令或者检测到空闲信号，则SCLIN和SCLOUT连接，同样的SDAIN和SDAOUT也连接，并且IN信号和OUT信号之间通过双向缓冲器对内部电容和外部电容进行隔离。经过以上处理过程，基本上消除了I2C热插拔时总线的浪涌电流。

同时，PCA9511A具有一定的静电放电保护，其中人体模型大于 2000V，机器模型大于150V，充电器件模型大于1000V。所以PCA9511A一定程度上解决了热插拔过程中的静电泄放问题。

I2C总线热插拔案例

现象描述：

多槽设备，子卡和背板设备MCU均为LPC2103，子卡与背板设备之间通过I2C总线通信，示意图如下所示。

 I2C总线连接示意图

当某个槽位空闲而其他槽位子卡在位工作时，空闲槽位插入子卡，则正常工作的槽位将通讯失败，经查，是由于插入子卡的瞬间，由于浪涌大电流拉死了背板I2C总线，导致I2C总线上其他正在运行的设备无法正常工作。

原因及解决办法：较早设计的设备，没有进行I2C热插拔设计，导致热插拔I2C总线上某个设备时对其他设备产生干扰，影响正常工作。

设计I2C总线板卡，需进行热插拔设计。

（2）74LVT16245在总线热插拔中应用

图中为通过总线连接到一起的板卡，Card1工作时，将接口总线被驱动为高电平（CMOS的上管导通），此时插入Card2，由于Card2的Vcc上电需要一定的时间，导致使能信号和输入端信号都为低电平，因此Card将驱动输出端口为低电平（CMOS的下管导通），从而在Card1和Card2之间出现了一条低阻抗的电流通路，两个接口器件都存在被损坏的可能。

总线连接设备上电示意图

子卡与背板之间通过总线通信的，比如PCI总线、telecomBus总线、UART总线等，一般采用逻辑器件来进行热插拔处理，74LVT16245就是我们最常用的芯片。

74LVT16245对总线热插拔的解决方法是使接口器件在Vcc上电完成之前，输出端口保持高阻而不对任何输入信号作出响应，这种解决方法称为上电三态（PU3S ：Power up 3 state），上电三态的内部结构如图所示。

上电三态内部结构图

PU3S内部包含一个如上图所示的结构，PU3S输出低电平时，器件输出端呈现高阻状态，只有在PU3S输出高电平时，输出端才能对输入端的信号做出正确的响应。PU3S结构中，R1和R2构成分压电路，使M1管只有在Vcc的电平超过阈值后才能导通，因此在Vcc上电的过程中，节点2保持为高电平，驱动PU3S输出低电平，Vcc上电完成后，M1导通，节点2变为低电平，驱动PU3S输出高电平，器件输出端开始正常工作。

74LVT16245是一款高性能16位三态缓冲总线收发器，工作电压为3.3V，74LVT16245有输出使能管脚，能够控制总线之间的有效隔离，还有一个方向控制管脚，可以控制输入和输出的方向，具体方向控制见下图。

74LVT16245方向控制图

（3） CompactPCI总线热插拔

PCI和PCI-X总线是多点并行互联总线，多台设备共享一条总线。CompactPCI结合PCI的电气特性和Eurocard的机械封装特性，除了具有PCI总线的高性能外，还支持热插拔功能。为了使系统能够支持热插拔，CompactPCI协议在硬件和软件方面都做了特殊规定。

硬件方面，主要从连接器的角度进行了设计，CompactPCI的连接器分为长针、中针和短针，如图所示。

CompactPCI的连接器示意图

这样的设计使得CompactPCI模块在插入和拔出时各引脚按一定的顺序与系统底板进行连接和断开。

长针：电源、地引脚。用于插槽放电和Vo引脚预充电。

中针：PCI总线信号引脚。当模块上电以后，这些信号应该保持三态。为了减小对PCI信号的影响，在插入过程中，应预充电到1V左右。

短针：IDSEL、BD_SEL#引脚。用于模块插入/拔出的确认信号，当这个信号有效时（低电平），表示整个模块已完全插入系统中。

软件方面，需要在驱动程序级、服务程序级以及在应用程序级上有足够的附加软件来支持。

CompactPCI热插拔技术规范将热插拔划分为3个过程：物理连接、硬件连接和软件连接。

物理连接过程是一个机械连接过程，插入CompactPCI模块时，首先通过板卡两侧的静电条放电，电源、地线引脚首先接通，该模块的预充电电路对PCI信号线进行预加电，使这些信号线在与系统连接前维持在1.0V左右，从而使其与系统总线连接时产生的瞬态电流最小，最大限度的减小对总线的瞬态干扰，达到保护总线信号的目的，然后是中针引脚（pCI信号线）与系统总线接通，最后是短针引脚接通，同时向系统发出一个使能信号，系统由此知道有一模块已经插入系统，即开始对它进行初始化。当模块拔出时，上述事件的发生顺序正好相反。

硬件连接过程指模块与背板CompactPCI总线的电气连接/断开，包括上电复位、上电检测，模块自身的初始化以及加载配置空间数据等。

软件连接指软件层同系统的连接，对于模块的插入，这一过程包括分配系统资源（如内存空间分配）、加载驱动程序和其他相关软件。对于模块的拔出，这一过程包括释放系统资源、关闭驱动程序和相应的软件。

应用举例：CompactPCI热插拔设计的核心就是电源管理，按照一定的速率为模块上电和断电，同时为PCI总线信号提供1V左右的预充电电压。下图系统中采用PCI91054作为PCI接口芯片，利用电源管理芯片LTC1644对CompactPCI的电源节能型管理，同时也为PCI总线信号提供预充电。应用连接图如图所示。

CompactPCI热插拔设计图

lTC1644是一块专门用于热插拔的电源管理芯片。对于热插拔模块来说，除了PCI9054和LTC1644从CompactPCI的接口处取电以外，其他模块都只能从LTC1644的输出端取电。它支持对CompactPCI总线上的5V、3.3V、12V、-12V电源进线控制，同时对5V和3.3V输出电压提供过载和短路的双重保护。

PCI9054支持CompactPCI热插拔规范，利用ENUM#和LEDon/LEDin管脚以及相关寄存器实现热插拔功能。

（4）ATCA

AdvancedTCA®是一种用于在中心局电信环境的新型模块化计算构架，由P CIIndustrial Computer Manufacturers Group开发。在PICMG®3.0规范其中定义了背板、连接器和可插拨板卡的电气和机械特性。系统电源由电信装置中常用的–48V双电池馈电方式来提供，而且，ATCA™中的许多相关规范都取自已制定的电信标准。功率要求每一块可插拨板卡或前端电路板都是专为能够在一个运行系统中进行带电插拨而设计的。允许每块前端电路板吸取高达200W的功率，从而将最大负载电流置于4A至5A的范围内。与这些类型的系统中常见的一样，非常希望进行以板卡为中心的涌入限制以及电流和电压监视，以便清除输入电源馈电并最大限度地减少电源背板干扰。

电路解决方案图，是一种专为具备对最大可用功率的处理能力而设计的完整电路。LTC4252A所设定的精确电流限值旨在提供至少5.5A的电流（在所有的条件下）、一个针对200W功率的舒适裕度、并能够在7A电流以下关断，以便在出现有害过载时使熔断器保持完好。该电路兼具过压（OV）和欠压（UV）监视功能。UV门限被设定在–37V接通时和在–33.3V关断，在“或”二极管之后进行测量。OV在–74.7V时关断，并在–73.2V时重新接通（“或”二极管之后进行测量）。

这确保了在–43V至–72V的满量程内以及至–75V的输入浪涌和至–100V的瞬变条件下的正常操作（与ATCA规范一致）。

一旦检测到有板卡插入，则LTC4252A将暂停运行达230ms的时间以便允许触点颤动，然后采用一个斜坡电流电路来对负载进行软启动。涌入电流将逐渐增加，直到MOSFET完全导通为止。利用三个截然不同的响应级来处理由SENSE引脚和8mΩ分流电阻器进行检测的电流过载。如果检测到一个小且在7A或更大的持续过载，则TIMER引脚将在延迟5.7ms之后关断。如果过载超过7.5A，则LTC4252A将调低MOSFET电压并把电流维持在该数值上。同样，在经过了一个5.7ms的延迟之后，电路关断。如果过载很严重，则一个坚固且非常快速的放大器将迅速地对MOSFET的栅极电压进行校正，使其降至器件的门限附近。LTC4252A的电流限制电路随后开始起作用，并在5.7ms的TIMER延迟周期中将过载维持于7.5A。LTC4252A还对MOSFET两端的压降进行监视，并可在电压应力增加时将TIMER延迟降至小至1.8ms。这便能够在出现硬故障的情况下使MOSFET舒适地保持在其安全工作区之内。

6、数字热插拔芯片

（1）热插拔芯片的理念

 热插拔芯片基本上是一个开关：

1）单板电源开关

2）主要防止浪涌电流产生

3）监控后续电流，一旦故障立即关闭系统

（2）典型应用框图

热插拔数字芯片典型应用框图如图所示。

 热插拔数字芯片典型应用框图

LM5067应用示意图

LTC4260CGN具 I2C 兼容型监视功能的正高电压热插拔控制器特点

允许在带电背板上安全地进行插拔操作

8 位 ADC 负责监视电流和电压

I2CTM / SMBus 接口

宽工作电压范围：8.5V 至 80V

用于外部 N 沟道 MOSFET 的高端驱动

输入过压 / 欠压保护

几个控制参数：

错误触发延迟处理时间：dt(sec) = C(TIMER)(F) ×10,000(Ω)——上图中的C4即为C(TIMER)

输出电压翻转速率控制：dVs/dt=15 uA/Cgd——上图中的C4即为Cgd

电路中断门限电流：ILMT = RISET x 50 x 10–6/ RISENSE——上图中的R1和R2分别为RISENSE和RISET

电源状态良好指示电压Vomin=（Rt+Rb）xVSENSE/Rb——VSENSE为1.225V，上图中的R4即为Rt，R5即为Rb

本文整理自

1、《工程技术基础-热插拔知识详解及案例分析教材》百度文库，作者不详

2、“闩锁效应”与“热插拔”

3、KyechongKim a, Agis A. Iliadis ，Latch-upeffects in CMOS inverters due to high power pulsed electromagnetic interference

4、 GENDA.HU,ABetter Understand of CMOS Latch-Up

5、凌特文档《ATCA热插拔设计要点》

6、CPCI接口热插拔设计规范

7、【ESD】电路级静电防护设计技巧与ESD防护方法

8、ESD防护方法及设计要点