CP-TA：解决ATCA机架和电路板的热互用性问题

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作者：Ven Holalkere，Karel Rasovsky，Brian Jarrett，英特尔公司；David Chau，摩托罗拉公司；Kevin O'Connor，Mechanical Solutions公司；Rajesh Nair，CP-TA overview，Degree Controls公司
        通信平台贸易协会(CP-TA)是一个由通信平台和构建模块提供商组成的协会，致力于通过互用性认证，加速由SIG支配的、开放的、基于规范的通信平台的普及应用。在行业协作下，CP-TA计划通过认证互用性构建模块，推动基于通信标准的开放行业标准成为主流市场。
        CP-TA成员正在开发互用性依从文件(ICD)及测试程序手册(TPM)以定义目标和可验证的互用性准则。这两个文件的开发都是针对来自像PICMG、OSDL和服务可用性论坛这样的、基于现有开放行业标准的硬件和软件构建模块，并针对SCOPE开发的系统级规范。最初，CP-TA的重心是根据基于PICMG的ATCA的互用性要求来认证构建模块。
        本文描述用于冷却所有电路板及便于实现机架插槽互用性的先进TCA(ATCA)机架要求。它也覆盖电路板的流阻抗问题并介绍一种阻抗平衡方法。此外，迄今为止，还没有一种标准的测量技术可以被用于比较机架中通过每一个插槽的气流量。本文也描述一种测评ATCA机架中每一个插槽气流量的方法，该方法可以被用作每一个机架的测试基准。最近，装配了中层卡(AMC)的电路板要求气流具有较高的流阻。此外，还探讨了采用AMC之后给电路板带来的冷却挑战。
热互用性
        面向ATCA的PICMG指南为机架和电路板定义了热互用性，因为在任何使用的型号中，任何一个及所有插槽都可能在板上组装任何一种及所有电路板，其功耗在前板插槽小于200W，而在RTM插槽小于25W。
        在ATCA机架中一块电路板的冷却空气可能要与流过热板的气流相比，这可以由下式表示：

        该方程在板上产生大约29CFM的气流，其200W的热功耗把空气的温度增加了12度。
        若干流测试和仿真表明：跨越样品计算板以大约30CFM的气流实现了0.15到0.2英寸的水压降，在机架中的大多安装的电路板都是这样。计算板或SBC(单板计算机)的P-Q曲线的例子如图2所示。

图1：计算板。

图2：计算板的P-Q曲线从风隧道测试获得。

        假设电路板的功耗增加，跨越电路板的压降会因为附加元器件和散热的组合而增加，这在逻辑上是成立的。理论和实验评估表明：为了能够冷却一块200W的板，机架应该以0.15英寸的水压降为每一个插槽提供30CFM的气流。此外，机架需要以0.15英寸的水压降提供总计(nx30)CFM的气流，其中，n是机架中插槽的数量。
        作为一种基本的要求，机架迫切需要以0.15英寸的水压降提供至少每插槽30CFM的气流以适应任何电信产品型号。
机架气流测量方法
        目前，要比较通过机架中每一个插槽的气流量尚没有标准的测量技术可供采用。本节描述一种评估通过ATCA机架中每一个插槽的气流的方法，以便于被用作每一个机架的测试基准。已插入刀片的插槽被称为“气流校直板(FSB)”，它可以有效地校直通过每一个插槽的气流向量。图13描述了被用作气流测量的FSB设计。

图3：气流校直板(FSB)。

图4：对FSB的初步P-Q测量。

        在图4中可能要注意：FSB的初步设计有一个0.11英寸的水压降。进一步微调孔径产生一个大约描绘一块计算板(SBC)的压降。FSB的构成包括：在气流路径的每一端上所定义的孔、基于等于一块计算板的压降所做的设计及在图3中显示的跨越FSB各点用于测量气流速度的风速计探头插孔的开口。
        经校正的风速计被插入到每一个FSB，而跨越FSB横截面的气流速度的读数每隔一段时间被读出(例如0.5秒)。这些气流速度的平均值利用下列方程被转换为通过插槽的流量：
        测容量的流速(CFM)=平均线性流速(LFM)(测量值)X通过FSB横截面的气流面积
        这个测试对机架中所有插槽都重复了一遍。在气流测试之前，风速计和FSB要用风隧道进行校正。此外，在机架中的总气流要由风隧道测试，并与在每一个插槽中获得的气流测量结果比较，以实现验证的目的。插槽测试和总的气流(风隧道)测试之间的差异大约为5%。这种手工气流测量程序如果在FSB上采用嵌入式风速计可能会加速。以电子数据表形式输出的测量结果可能被设计到产品之中，以通过每一个插槽给出精确的读数。
        图5描述了在典型的ATCA机架上的气流测量结果。可能要注意的是：虽然通过所有插槽的气流相对一致，但是，通过每一个插槽的气流量小于20CFM。那就比通过机架热互用性测试所需要的30CFM要小33%。

图5：在典型的ATCA机架上的气流测量结果。