模块化的ATCA FRU电源管理架构

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1、模块化的ATCAFRU电源管理架构作者：莱迪思半导体公司ShyamChandraAdvancedTCA或者缩写ATCA意为先进电信计算架构，由PICMG3.0委员会定义。符合ATCA的系统由一个或多个热插拔线卡组成。符合AdvancedTCA标准的线卡也称为现场可更换单元(FRU)，系统必须实现一些基本的管理功能，例如电源输入、冷却及互连要求。电路板上的微控制器实现所有这些管理功能，这个微控制器称为智能平台管理控制器(IPMC)。PICMG3.0还定义了分层管理结构的实现，通过智能平台管理总线IPMB

2、，机架管理器(ShelfManager)与FRU上的IPMC进行通信。FRU插入背板及打开载荷前(载荷是指在FRU中实现的特定应用功能)，电路板上的IPMC发送详细的FRU卡信息至机架管理器。然后，机架管理器命令IPMC打开载荷。如果背板上插入了不正确的卡，管理器会命令IPMC不要打开载荷，这样就保护了其他的FRU。为了符合ATCA，按照PICMG3.0规范，所有的FRU应该实现基本的管理结构。本文阐述了ATCA电源分布结构和用平台管理整合载荷电源管理的方法。FRU电源图1为在FRU中电源分布安排的实

3、例。大多数FRU有两个连接器，称为Zone1连接器和Zone2连接器。Zone1连接器为FRU提供-48V电源。Zone2连接器用于内部FRU载荷通信。Zone1连接器还能连接到智能平台管理总线(IPMB)。IPMB是基于I2C总线的规范。图1：FRU中的主电源分布背板提供的-48V电源通过隔离的DC/DC转换器产生主载荷电源电压(通常为12V)。在电路板上，这个12V的总线产生所有指定的载荷电压。通过管理电源12V为IPMC供电。图1展示了在ATCAFRU中控制电源分布的4个主要块：热插拔控制器，F

4、ET和隔离的DC/DC转换器；智能平台管理控制器(IPMC)管理电源；载荷电源管理控制器，载荷DC/DC转换器和负载点(POL)电源；电路板载荷。PICMG3.0标准指定了热插拔控制器和IPMC的功能。然而，载荷电源管理控制器或者DC/DC转换器的工作取决于实际的载荷电路，但是这些并没有在规范中涵盖。热插拔控制器Zone1连接器的-48V通过一系列FET调整管为图中显示为“-48V隔离的DC/DC”的隔离DC/DC转换器供电。FRU插入机箱背板时，热插拔控制器控制浪涌电流。浪涌电流发生后，热插拔控制器

5、打开-48V电源，通过开启FET全部送入隔离DC/DC转换器。隔离DC/DC转换器为载荷和管理控制电路分别提供12V和3.3V电压。智能平台管理控制器智能平台管理控制器(IPMC)是一种微控制器，用来控制至电路板载荷的电源、管理电路板互连和冷却需求。FRU插入背板时，IPMC首先与管理器通信。根据机箱管理器发出的指令，通过载荷电源管理控制器，IPMC控制送到载荷的电源。此外，管理器还可以决定是否复位FRU主处理器(CPU)，用冷复位还是热复位。IPMC还会测量各种电源电压、电流、温度，并把它们存入称为

6、传感器数据记录(SDR)的中央存储区。ATCA定义了IPMC和管理器之间的通信协议(指令处理、数据结构、状态机和SDR)，对所有ATCAFRU的实现都是通用的，而与载荷的功能无关系。载荷电源管理控制器和载荷DC/DC转换器载荷电路决定了FRU中产生的电源电压数目。载荷电源由载荷集成电路决定上电和关闭的时序。为了确保可靠的操作，对所有的电压和电流都应该进行监控。发生故障时，监控信号应对电路板上的CPU发出报警信号，用IPMC记录故障。在极端的情况下，应该关闭用于载荷的电源，以免损坏整个电路板。载荷电源管

7、理控制器的功能如下：管理电路板上的DC/DC控制器，即软启动、定序、跟踪、裕度和调整；产生所有电源相关状态和控制逻辑信号，即产生复位信号、指明过电压、欠电压和过电流(监控)和电压电流测量；针对ATCA，控制送入的主电源；针对AMC，短路电流保护和送入AMC的电源。典型的载荷电源管理控制器实现平均来说，ATCAFRU有6到10个电压。上面列出的电源管理功能会很复杂，通常需要一个PLD或一个微控制器，除单功能电源管理集成电路，还要监控器、复位产生器和热插拔控制器。图2展示了典型的电源管理控制器块。在图的左

8、上方为主电源(+12V)。图2：传统的电源管理控制IPMC发出指令时，载荷电源控制块开启载荷电路电源。这个块还控制送入AMC的电源。通常用若干个热插拔控制器集成电路实现这个块。12V总线开启后，所有的DC/DC转换器都用一个方式打开，即满足载荷电路的定序或跟踪需求。电路板调试过程中，这些要求会发生变化，通常用IPMC或者PLD实现时序算法，这样就易于改变时序算法。电路板完全上电后对电压进行监控。发生电源故障时，在关闭整个电路板之前，中断主处理器并安全地终