JP2937385B2 - モジュール付コンピュータバス構造 - Google Patents

モジュール付コンピュータバス構造

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JP2937385B2
JP2937385B2 JP2056279A JP5627990A JP2937385B2 JP 2937385 B2 JP2937385 B2 JP 2937385B2 JP 2056279 A JP2056279 A JP 2056279A JP 5627990 A JP5627990 A JP 5627990A JP 2937385 B2 JP2937385 B2 JP 2937385B2
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    • H02H9/001—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection limiting speed of change of electric quantities, e.g. soft switching on or off
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R12/00—Structural associations of a plurality of mutually-insulated electrical connecting elements, specially adapted for printed circuits, e.g. printed circuit boards [PCB], flat or ribbon cables, or like generally planar structures, e.g. terminal strips, terminal blocks; Coupling devices specially adapted for printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures; Terminals specially adapted for contact with, or insertion into, printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures
    • H01R12/70—Coupling devices
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    • H01R12/72—Coupling devices for rigid printing circuits or like structures coupling with the edge of the rigid printed circuits or like structures
    • H01R12/721—Coupling devices for rigid printing circuits or like structures coupling with the edge of the rigid printed circuits or like structures cooperating directly with the edge of the rigid printed circuits

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Description

【発明の詳細な説明】 （産業の利用分野） 本発明は通電動作中、にたとえば印刷回路基板のよう
なモジュールに対するコネクタの挿入と引抜きが可能な
コンピュータバス構造およびその類のものの構造に関す
る。
（従来技術とその問題点） 電子システム、特にコンピュータシステムにおいては
連続動作することがしばしば望まれる。コンピュータシ
ステムは典型的にはバックプレーンのバス構造を介して
相互接続されたモジュールから成る。モジュールあるい
はサブシステムは一般的にはオペレーティングシステム
ソフトウェアの制御のもとで別々にアドレス可能であ
る。
バックプレーンの動作中、そこにはバックプレーンを
通して電力が印加されており、モジュールコネクタとバ
ックプレーンコネクタを介してモジュールを挿入したり
引き抜くことは多くの問題を呈する。挿入あるいは引抜
きプロセス中に望ましくない過渡信号（トランジェント
信号）が生じ、バックプレーンの論理信号を妨害する。
もし電源あるいは負荷にかなりの容量性、あるいは誘導
性素子があれば、コンタクトに電力が瞬間的に印加ある
いは除去される場合はいつでもコンタクト間にアークが
生ずる。
信号および電力の望ましくない過渡現象問題に狙いを
定め、コンピュータシステム動作中のモジュール交換に
よるオンライン交換やオンライン修理手法の一部とし
て、モジュールのオンライン引抜きおよびオンライン挿
入を可能にする機構が必要である。
コネクタの引抜きおよび挿入によって、動作中の電気
回路内のモジュールの信号や電力の接続の接、断を行う
のに適したコンピュータバス構造に関する特許として以
下のものがある。
米国特許番号第4,034,172号（第１特許）、第4,079,440
号（第２特許）、第4,084,875号（第３特許）、第4,14
6,291号（第４特許）、第4,412,712号（第５特許）、第
4,510,553号（第６特許）、第4,549,036号（第７特
許）、第4,579,406号（第８特許）、第3,432,795号（第
９特許）、第3,993,935号（第10特許）、第4,767,337号
（第11特許） 第１特許は複数のピンの付いた雄コネクタ部材を持つ
高電圧コネクタに関する。該ピンの内の何本かは他のピ
ンより長く、それによって複数の電気信号ラインが同時
にあるいは順次に接続される。第２特許は、コネクタプ
ラグがまず長いピンのアセントを通してグラウンドの暫
定電力接続に接続し、次に連続電力を搬送する短いピン
に接続するような印刷回路基板を開示している。暫定電
力コネクタピンはインピーダンス素子を通して恒久電力
コネクタピンに接続され、定常直流電源が印加される時
には絶縁される。そのインピーダンス素子は電流を減少
し、アーク効果を最小にする。
第３の特許は２つの長さのコネクタ部材を持つコネク
タシステムを示し、電力用コンタクトが噛み合って初め
て信号用コンタクトが電気的に接続されるということを
示唆している。
第４特許は信号コネクタ用回路が完成する前にコネク
タを通して直流／交流電力が印加されるという２つのコ
ネクタシステムを示している。
第５特許は、２枚の回路基板が可動支持体上でお互い
にずれて取り付けられ、一枚の回路基板が２枚目の基板
に先立ってソケットに噛み合うような回路基板位置決め
構成を示している。
第６特許は異なる長さのガイドピンを用いたバックプ
レーン取り付けアセンブリを示している。そこでは３本
のピンの長さが定義されている。すなわちグラウンドピ
ンの長さ、電力ピンの長さ、および入力／出力信号ピン
の長さである。３本の異なるピンの長さは回路の要求を
満足し、回路部品を保護することが要求される。
第７特許は集積回路パッケージについて述べており、
該集積回路パッケージにおいてピンは同心円状に取り付
けられ、回路パッケージの中心に近いピンは外縁のピン
よりも長くなっている。
第８特許は、他の接続が行われる前に主電源から絶縁
された第１電源が回路基板に接続され、その後回路板が
さらに挿入されるにつれ第１電源が切り離されるような
印刷回路基板コネクタシステムについて開示している。
第９特許は長さが可変のピンを持ったコネクタを開示
している。
第10特許は複数の長さのピンを持つコンピュータバス
用の印刷回路基板コネクタについて述べており、ここで
それぞれのピンの長さは特定の信号のタイプによって選
択される。少なくともピンの長さには４種ある。すなわ
ちグラウンド用、電源用、信号用およびその他である。
第11特許は自動車アプリケーション用のコネクタにつ
いて述べている。それは電気接続システムと共に機械的
インターロックを含んでいる。相互接続システムと共に
長さが可変のピンが開示されている。
（発明の目的） 本発明の目的は、取外し可能なモジュールをコンピユ
ータの動作中に交換可能なコンピュータバス構造を提供
することであり、それには信号出力ラインを使って信号
を搬送する前にその信号出力ラインを予め決められた範
囲内に事前充電するための手段が提供され、さらにコネ
クタの電力および信号の搬送用に設計されたピンへのア
ークを最小にするための手段が提供される。
（発明の概要） 一実施例においてピンの長さ、すなわちコネクタの雄
部分と雌部分との間隔、は長いピンと短いピンに細分さ
れる。各電圧レベル毎の接地及び電力接続には長いピン
が割当られる。各電圧レベル毎の信号及び第２電力接続
には短いピンが割当られる。事前充電／事前バイアス回
路は電源と接地の間に接続された抵抗分圧器を含む。こ
の抵抗分圧器は指定された信号ピンに接続されている高
インピーダンスタップを有する。該信号ピンには充電コ
ンデンサまたは信号ラインの静電容量で代表される等価
物が接続されている。事前充電／事前バイアス回路に
は、短いピンが受け側に接続する前に信号ラインを予想
される信号値の高い方と低い方の間の所望中間信号レベ
ルに事前充電するのに充分な期間バイアスが印加され
る。
事前充電／事前バイアスにオンボードバッテリやモン
キケーブル、あるいは長いピンを介しての電源のどれか
から成る電源があってよい。
（実施例） 第１図を参照するとバス20に接続されるモジュール1
2、14、16、18のオンライン交換に適したコンピュータ
システム10が示されている。コンピュータバス20はコネ
クタを備えており、これはソケットまたはプラグであつ
てよい。ここではプラグ22、24、26および28として描
き、回路モジュール12、14、16および18のそれぞれの対
応するソケット32、34、36、38と噛み合う。
プラグ、例えば代表的にプラグ22、は異なる長さのピ
ンを備えている。この長さの差は噛み合うピン受けから
の意図的な離間距離の差である。たとえば長いピン40と
呼ばれるピンのカテゴリーと短いピン42と呼ばれるピン
のカテゴリーがある。長短により長いピンとそれに噛み
合うソケット内のピン受けとの離間距離が、短いピンと
それに噛み合うソケットとの離間距離より短いことを意
味している。（もしソケットのピン受けをずらして置
き、長いピンとソケットとの間の離間距離を短いピンと
ソケットとの間の離間距離より短くしておけば、全ての
ピンの物理的長さを同じにしてもよい。） 第２図を参照すると本発明に従って長いピンは捨てピ
ン44、48および接地ピン46、50を含んでもよい。接地ピ
ンは、モジュール12がまず挿入されるとき、接地電位と
の接続を確立し、そしてモジュールを完全に引き抜くま
で接地電位を維持するために使用される。各電圧レベル
に対して、特に５ボルト以上の直流電圧に対して捨てピ
ンが提供されている。捨てピンは信号がモジュール12を
介して確立される前に対応するソケット44に嵌まるよう
に設計された長いピンである。捨てピンはモジュール12
が挿入される嵌め込みプロセスの間およびモジュールを
取り除く場合の外しプロセスの間アークによる損傷に耐
えるように設計されたピンである。嵌め込みプロセスの
間、長いピンはアークが起こる点までそれが噛み合うソ
ケットと並置される。挿入時のアークおよび接続は通常
電子回路中の電圧ラインに必要とされる静電容量を充電
し始める。挿入が進行するにつれて回路のその静電容量
は完全に充電される。そこで短いピンが噛み合い挿入プ
ロセスが完了する。選択された短いピンが通常動作状態
における回路動作電力を搬送する。電力を搬送するその
短いピンは、対応する電圧の電力を搬送するように仕向
けられた長いピンに恒久的に電気的に接続されている。
この短い電力ピンはアークを受けないので電圧との接
続の信頼性が高い。短い電力ピンの例はソケット52およ
び54に嵌まるピンである。
コネクタのピンを冗長にして、とくに対称的に冗長に
して、嵌め込み部分のわずかなミスアラインメントが嵌
め込み特性を変化しないようにし、また電流を分散して
コネクタの電流搬送能力を増加させることができる。
さらに漂遊信号に対する保護として、出力ドライバ56
のような出力ドライバがANDゲート58を介して３状態（t
hree-state）制御を受けるようになっている。ANDゲー
ト58の一個の入力60はバイアス抵抗器62と長いピン46を
通して接地64にバイアスされている。初期バイアスはソ
ケット66に嵌め込まれた短いピンを通り入力60を通って
ANDゲート58に印加された「パワーオン」信号によって
克服される。信号の制御および他の動作はANDゲート58
を通る信号に応じた３状態イネーブル入力68によってイ
ネーブルにされる。ANDゲート58は固定状態マシン、あ
るいはランダムロジック70に応答する。該ステートマシ
ン70はソケット74とそれに対応した短いピンを通して受
信した信号に応答してドライバ72を通して駆動される。
ここで第３図を参照すると、本発明に従った事前充電
／事前バイアス回路80が示されている。モジュール12の
挿入によりバックプレーン20上の論理信号が妨害される
のを防ぐため手段が提供され、この手段は挿入されたモ
ジュール12が信号ライン82への出力を予想される高レベ
ルと低レベルの中間の論理レベルにバイアスすることを
保証している。このようにバイアスされ、事前充電され
た場合、ソケット84を通る信号ライン82とそれに対応す
るピン86との接触により発生した過渡ノイズは論理的な
誤りを起こさない。それぞれのバックプレーン20にはコ
ンデンサ88で示した実効静電容量CBが付随している。そ
れぞれの信号搬送回路にはコンデンサ90で示した実効回
路静電容量CCが付随している。コンデンサ90は重要では
あるが一般的にコンデンサ88の値より本質的に小さい値
である。もし実効静電容量90が事前充電、事前バイアス
されなければ、バックプレーン20の回路ピン86の電圧と
釣り合うのに必要な実効静電容量90上の電圧変化に比例
した大きさのスイッチング過渡信号が生ずる。バイアス
回路の一例として、抵抗器92、94および95から成り、電
圧分圧器を形成するバイアス回路を提供してある。抵抗
器92は抵抗器95の一端と電力ライン96間に接続され、電
力ライン96への電力はソケット84が接続を行う以前に供
給されている。抵抗器94は抵抗器95の一端とゼロすなわ
ち接地基準98との間に接続される。接地基準98はたとえ
ば長いピン51へのソケット50に接続されている。抵抗器
95は抵抗器92と94の接続点から信号ライン82へと接続さ
れている。
バイアス回路には出力ヘの信号印加に先立ってこのゼ
ロ電圧基準が必要である。ゼロ電圧基準に対する電力バ
イアスは様々な形によって提供される。本発明に従えば
バイアス回路用電力はソケット46を通して長いピン47に
供給されるか、またはオプションとしてバイアス回路の
電力ラインと接地基準の間に接続されたモジュール内の
バッテリー49を通して供給される。
出力ドライバの信号を妨害しない様にバイアス回路の
インピーダンスは好適には高くなっている。抵抗器92、
94および95の直並列の組合せとコンデンサ90によって形
成されるRC時定数は、モジュールの挿入すなわちソケッ
ト46の電力搬送ラインへの接続とソケット84による信号
搬送ラインの接続との間に、所望の中間レベルにまでラ
イン82を充電できるように充分短くなければならない。
十分な高インピーダンスを保証するにはフィーダ抵抗器
95の抵抗が十分高くなければならない。
（発明の効果） 以上の説明のより明らかなように、本発明において
は、２種類のピン（ソケット）構成と、事前充電を行う
バイアス回路とを用いることにより、コンピュータの動
作期間中でのモジュールの挿入／引抜きに基づく過渡信
号の発生を防止し、論理信号の乱れを防止している。
【図面の簡単な説明】
第１図はコンピュータの動作中に挿入／引抜きを行うモ
ジュールに接続可能なソケットを有するバスを持つコン
ピュータシステムのブロック図、 図２は取外し可能なモジュールに含むことができる本発
明の特徴を示す概略図である。図３は本発明に従う、コ
ンピュータバスに接続された事前バイアス回路の概略図
である。 20:バス、22-28:コネクタ、40、42:ピン、12-18:モジュ
ール、56:ドライバ、70:ランダムロジック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドナルド・エー・テリアン アメリカ合衆国カリフォルニア州ローズ バイル ハイランド・アベニュー 510 19909 (56)参考文献 特開 昭63−208109（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G06F 1/18 G06F 3/00

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】コンピュータの稼働中に、バスに接続でき
    る取外し可能モジュールの交換ができる取外し可能モジ
    ュールを含むコンピュータバス構造であって、前記コン
    ピュータバス構造が、 前記取外し可能なモジュールをバスラインに接続するた
    めに、前記バスの前記バスラインに接続された複数のコ
    ネクタ、 出力信号線の信号を前記コネクタを介して前記バスに接
    続するための、前記取外し可能な各モジュール内のドラ
    イバ、及び 前記コネクタに接続する前に、前記ドライバの出力信号
    線の出力レベルを設定する手段であって、前記出力設定
    手段が、前記出力信号線に接続された高インピーダンス
    電圧分圧器より成り、電圧基準接続に接続された電圧タ
    ーミナルとゼロ電圧基準に接続された基準ターミナルを
    有し、前記電圧基準接続が、前記出力信号線を前記バス
    に接続する前に所定の電圧レベルに駆動されている、前
    記手段を含むことを特徴とする、前記コンピュータバス
    構造。
  2. 【請求項２】前記コネクタが第１のピンと第２のピンを
    含み、前記取外し可能なモジュールが第１のピンを受け
    る手段と第２のピンを受ける手段を含み、前記取外し可
    能モジュールを前記コネクタに挿入する際、前記第２の
    ピンが前記第２のピンを受ける手段と噛み合う前に、前
    記第１のピンが前記第１のピンを受ける手段と噛み合う
    ように配置されていることを特徴とする、請求項１に記
    載のバス構造。
  3. 【請求項３】前記第１のピンが、選択された数の電圧レ
    ベルのうちのそれぞれ１つに対して、第１の電力接続を
    含み、前記第２のピンが、前記選択された数の電圧レベ
    ルのうちのそれぞれ１つに対して、対応する第１のピン
    に直接接続された第２の電力接続を含み、前記第１の電
    力接続が最初の電力接続の実施と最後の電力接続の切断
    を、前記モジュールと前記バスの間の電圧差、及び電流
    差によるアークを吸収し、分散させるために、各電力レ
    ベルで行うよう配置され、それによって前記第２のピン
    を介して電流の流れる安全な噛み合わせと信頼性のある
    電力搬送接続が提供されることを特徴とする、請求項２
    に記載のバス構造。
  4. 【請求項４】前記ドライバが３状態ドライバを含み、前
    記モジュールが、前記モジュールが少なくとも部分的に
    前記バスから切断されているときはいつも、パワーオン
    信号ピンから受信したパワーオン信号の非付勢（disass
    ertion）をデフォルト状態として確立する手段を含み、
    前記各３状態ドライバは、前記パワーオン信号の非付勢
    期間の間、前記非付勢手段によって、デフォルトで受動
    状態に制限されることを特徴とする、請求項１に記載の
    バス構造。
  5. 【請求項５】前記コネクタが、第１のピンを受ける手段
    と第２のピンを受ける手段を含み、前記取外し可能モジ
    ュールが第１のピンと第２のピンを含み、前記取外し可
    能モジュールを前記コネクタに挿入する際、前記第２の
    ピンが前記第２のピンを受ける手段と噛み合う前に、前
    記第１のピンを受ける手段が前記第１のピン手段と噛み
    合うように配置されていることを特徴とする、請求項１
    に記載のバス構造。
  6. 【請求項６】コンピュータの稼働中に、取外し可能モジ
    ュールの交換ができる取外し可能モジュールを含むコン
    ピュータバス構造であって、前記コンピュータバス構造
    が、 入出力モジュールを前記バスラインに接続するために、
    前記バスラインに接続された複数のコネクタであって、
    前記コネクタのそれぞれが第１及び第２のインタフェー
    スピンを有し、前記第１のインタフェースピンが第１の
    定義された長さであり、前記第２のインタフェースピン
    が前記第１の定義された長さより短い第２の定義された
    長さである、前記コネクタ、 前記入出力モジュールのドライバ要素に関する、接地接
    続、ゼロ電圧基準接続、及び電力供給接続に接続されて
    いる前記第１のピンの選択されたピン、 電力供給接続及び対応する第１のピンに接続されている
    前記第２のピンの選択されたピン、 前記取外し可能モジュールが少なくとも部分的に前記コ
    ネクタから切断されているときはいつも、パワーオン信
    号ピンから受信したパワーオン信号の非付勢をデフォル
    ト状態として確立するための前記各モジュール内の手
    段、及び それぞれが、前記パワーオン信号の非付勢期間の間、デ
    フォルトで受動状態になる、前記各取外し可能モジュー
    ル内の３状態ドライバを含むことを特徴とする、前記コ
    ンピュータバス構造。
  7. 【請求項７】前記第１のピンの選択されたピンが、プラ
    グインの間の電流負荷を、電流の流れる安全な噛み合わ
    せのための拡張された電圧の範囲に分散するために、冗
    長であることを特徴とする、請求項６に記載のバス構
    造。
  8. 【請求項８】前記３状態ドライバが、前記バスライン上
    の過渡電圧を最小化するために、その出力を付勢（asse
    rt）及び非付勢の間の中間のデフォルト電圧に設定する
    手段を含むことを特徴とする、請求項６に記載のバス構
    造。
  9. 【請求項９】前記出力設定手段が、前記第１のピンの１
    つに接続された電圧基準接続と前記第１のピンの１つに
    接続されたゼロ電圧基準接続の間に接続された電圧分圧
    器上に高インピーダンスタップを含むことを特徴とす
    る、請求項８に記載のバス構造。
  10. 【請求項１０】電力供給接続が、前記取外し可能モジュ
    ールの電力負荷を分散させるために、前記第２のピンの
    選択されたピンに分散されることを特徴とする、請求項
    ６に記載のバス構造。
JP2056279A 1989-03-07 1990-03-07 モジュール付コンピュータバス構造 Expired - Lifetime JP2937385B2 (ja)

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