具有冗餘風扇盤的嵌入式計算機機箱的製作方法

2023-05-07 23:30:31

專利名稱：具有冗餘風扇盤的嵌入式計算機機箱的製作方法
具有冗餘風扇盤的嵌入式計算枳4幾箱
背景技術：
嵌入式計算機機箱系統一般包括與背板或中板相連的安裝在 架上的很多計算機卡。計算機卡可以包括使用背板上的總線或交 換結構拓4卜通信的有效載荷卡和交換卡。可以選擇有效載荷卡和 交換卡，從而使計算機機箱具有用戶所需的功能性和特徵。
嵌入式計算機機箱一般包括安裝在機箱中的冷卻風扇盤以冷 卻計算機卡。周期性地，需要在不中斷嵌入式計算機機箱的操作 的情況下移除這些冷卻風扇盤以進行維修和更換。
對於嵌入式計算機機箱中的每個區域，先前的冷卻方法使用 容納任意數目的冷卻風扇的單片風扇盤。儘管在單片風扇盤中風 扇的數目可以冗餘，但是沒有用於風扇盤自身的冗餘。如果單片 風扇盤被移除，則風扇失效，因為沒有風扇盤，計算機卡將很快 過熱，整個機箱可能必須關機。從服務質量角度來說，機箱的關 機是不能接受的。
在嵌入式計算機機箱中的給定冷卻區域中的風扇盤數目中提 供冗餘方面，現有技術是有所欠缺的。因此，十分需要克服如上 所述的現有技術的缺陷的裝置和方法。


本發明的代表性元件、操作特徵、應用和/或優點尤其存在於 此後更完整示意、描述和權利要求的結構和操作的細節中。對形 成本說明書的一部分的附圖做出參引，其中貫穿附圖，相同的數
字表示相同的部件。其他元件、操作特徵、應用和/或優點將依照
具體實施例中陳述的某些示例性實施例而變得顯現，附圖中
4圖1代表性示出了根據本發明的一個示例性實施例的嵌入式 計算機機箱的側視圖；以及
圖2代表性示出了根據本發明的示例性實施例的嵌入式計算 機機箱的頂面局部剖視圖。
為了簡單和清晰目的，示意的圖中的元件不必按比例繪製。
一步理解本發明的各個實施例。而且，此處，如果存在，術語"第 一"、"第二"等尤其用於在相似元件之間進行區分而不一定是
用於描述連續或時間順序。而且，如果存在，說明書和/或權利要 求書中的術語"前"、"後"、"頂，，、"底"、"上，，、"下"
等一般用於描述性目的而不必理解成描述排他的相對位置。如此 使用的上述術語其中任意一個在合適的條件下可以互換，使得此 處描述的本發明的各個實施例能夠在不同於此處明確說明或描述 的其他配置和/或方向中操作。
具體實施例方式
本發明的下面的代表性描述一般涉及示例性實施例和發明人 的最佳^^莫式概念，且並不旨在以任意方式限制本發明的應用性或 配置。而是，下面的描述旨在提供用於實施本發明的各種實施例 的便利的說明。如將顯現的，可以在披露的示例性實施例中描述 的任意元件的功能和/或設置中做出改變而不偏離本發明的精神和 範圍。
當在此使用時，術語"一"或"一個，，被定義為一個或多於 一個。當在此使用時，術語"多個"被定義為兩個或多於兩個。 當在此使用時，術語"另一個，，被定義為至少第二個。當在此使 用時，術語"包括"和/或"具有"被定義為包括(即，開放語言)。 當在此使用時，術語"連接"被定義為連接，儘管不必直接也不 必機械地連接。示例性應用的詳細描述被設定為一種特定的授權/>開，該授 權公開可以一般化為用於根據本發明的各種實施例的計算機系統 的才皮露的系統、設備和方法的任意應用。
圖1代表性示出了根據本發明的一個示例性實施例的嵌入式
計算機機箱102的側視圖。如圖1所示，嵌入式計算機機箱102 可以由包括正面118和背面120的多個外表面定義。嵌入式計算 機機箱102可以包括具有任意數目的槽的部分，該任意數目的槽 被適當地調適以用於接收一個或多個計算機卡。例如， 一個部分 可以-敗適當地調適以用於接收前卡(front card) 106或後卡(rear card) 108其中的至少一個。例如，前卡106可以連^t妄到中板104 的第一側面105,且後卡108可以連接到中—反104的背面107。
中板104可以包括必需的硬體和軟體以1吏用並行多站拓樸 (multi-drop topology)、交換結構拓樸等實現數據網絡。中板l(M 在嵌入式計算機機箱102中基本垂直地布置且基本平行於正面 118和背面120。在另一實施例中，中板104可以被水平地布置。
作為一個實施例的示例，前卡106可以是有效載荷卡、交換 卡等。後卡108可以是後端轉換卡以將嵌入式計算機機箱102連 接到其他機箱、網絡設備等的。前卡106和後卡108其中每一個 可以包括印刷電路板(PCB ),該PCB上可以布置有任意數目的 電子設備，例如但不限於，處理器、內存、存儲設備、1/0元件等。 在一個實施例中，前卡106和後卡108可以與中板104 —起基本 垂直地布置。在另一實施例中，前卡106和後卡108可以基本水 平地布置。
嵌入式計算機機箱102可以被調適以用於需要模塊化的嵌入 式計算資源的任意應用，例如但不限於，電信、工業控制、系統 控制和數據採集(SCADA)等。在示例性實施例中，嵌入式計算 機機箱102可以包括1U、 3U、 6U、 9U計算機機箱等。嵌入式計 算機機箱102可以連接在一起且"堆疊"以形成從每個機箱連接到共享資源的分布式計算系統。
如現有技術中已知的，"U"和多個"U"可以表示卡的寬度
和嵌入式計算機機箱102的高度。在一個實施例中，"U"可以測 量為大約1.75英寸。作為實施例的示例，卡部分可以被連接以容 納6U外形封裝(form factor)的前卡106和後卡108。任意尺寸 的計算機機箱或卡都處於本發明的範圍內。"U"術語不是本發明 的限制。於是，本發明不限於"U"作為外形封裝參照。其他外形 封裝參照符號和增量都處於本發明的範圍內。
在一個實施例中，嵌入式計算機機箱102可以包括中板104、 前卡106和後卡108,它們-陂適當調適以操:作^使用本領域中已知的 VMEbus協議其中任意一個的並行多站(multi-drop)網絡，例如 VERSAmodule Eurocard ( VMEbus )網絡。VMEbus在VMEbus國 際貿易協會(VITA ) ( P.O.Box 19658， Fountain Hills, Arizona, 85269 )公布的ANSI/VITA 1-1994和ANSI/VITA 1.1-1997標準中 被定義(其中ANSI代表美國國家標準學會)。在本發明的一個實 施例中，基於VMEbus的協議可以包括但不限於，單周期傳輸協 議(SCT)、區塊傳輸協議(BLT)、多區塊傳輸協議(MBLT)、 雙邊VMEbus協議(2eVME)和雙邊源同步傳輸協議(2eSST)。 這些VMEbus協議在本領域中是已知的。
在另一實施例中，嵌入式計算枳4幾箱102可以包括"帔調適以 操作交換結構的中板104、前卡106和後卡108。交換結構可以使 用交換卡作為中央交換集線器，任意數目的有效載荷卡可以與交 換卡連接。交換結構可以基於點對點、交換輸入/輸入(I/O )結構， 由此可以是與終端節點設備互聯的級聯交換設備。在一個實施例 中，交換結構可以被配置為與本領域中已知的星形拓樸、網狀拓 樸等以用於通信地連接交換結構。交換結構可以包括卡到卡(例 如，支持I/O卡附加槽的計算機系統)和計算機機箱到計算機機箱 環境(例如，數據中心環境中的互聯計算機、外部存儲系統、外
7部區域網(LAN)和廣域網(WAN)存取設備)。交換結構可以 通過使用多個交換結構網絡標準其中的一個或多個來實現，這些 交換結構網絡標準例如但不限於，InfmiBandTM、 Serial RapidIO 、 FibreChannelTM、 Ethernet , PCI Express , AdvancedTCATM、 HypertransportTM、 Gigabit Ethernet等。交換結構不限於這些交換 結構網絡標準的使用且任意交換結構網絡標準的使用都處於本發 明的範圍內。
在另一個實施例中，嵌入式計算積4幾箱102可以包括中^！ 104、前卡106和後卡108,它們被適當地調適以遵循PICMG 3.0 AdvancedTCA規範中定義的高級電信計算架構(ATCATM)標準 (及其後續版本)。在另一實施例中，嵌入式計算機機箱102可 以包括中才反104、前卡106和後卡108,它們被適當地調適以遵循 CompactPC產標準。在又一實施例中，嵌入式計算機機箱102可以 包括中才反104、前卡106和後卡108,它們一皮適當地調適以遵循如 PICMG MicroTCA.O草案0.6中定義的MicroTCA.O標準-微電信 計算架構基本規範(及後續版本)。
在又一個實施例中，嵌入式計算機機箱102可以包括中板 104、前卡106和後卡108,它們被適當地調適以操作VXS網絡， 其中中板104符合如VMEbus國際貿易協會(VITA) ( P.O.Box 19658, Fountain Hills, Arizona, 85269)公布的VITA 41中提及 的VERSAmodule Eurocard (MVEbus)交換串聯標準背板(VXS )。 VXS網絡包括均位於中板104上的交換結構和VMEbuw網絡。換 句話說，VXS網絡包括相符的交換結構，且與中板104上的 VMEbus網絡並行操作。本發明的實施例不限於遵循這些標準其 中任意 一個的計算機系統，且遵循其他系統的計算機系統也處於 本發明的範圍內。
當操作時，在其他設備之間，計算卡可能產生熱量，必須從 嵌入式計算機機箱102去除該熱量。在一個實施例中，嵌入式計
8算機機箱可以包括任意數目的表面來定義冷卻區域110。冷卻區域 110可以包括充氣區域和空隙區域，其中空隙區域被適當地調適以
接收第一風扇盤112和第二風扇盤114。第一風扇盤112可以被適 當地調適以連接到中板104的第一側面105，且第二風扇盤114 可以一皮適當地調適以連接到中板104的第二側面107,第一側面 105和第二側面107基本;f皮此面對。在一個實施例中，對於去除至 少一個計算卡產生的熱量，第一風扇盤112和第二風扇盤114是 充分冗餘的。可選地，第一風扇盤112和第二風扇盤114可以包 括溫度傳感器和其他硬體和軟體模塊以檢測和反應嵌入式計算機 才凡箱102中的溫度變化。
冷卻區域可以延伸嵌入式計算機機箱102的高度或延伸其一 部分。冷卻區域110的特定尺寸和配置可以通過本領域才支術人員 調整以符合特定應用且處於本發明的範圍內。冷卻區域110可以 包括圍繞一個或多個計算機卡(例如前卡106和後卡108)的區域。 冷卻區域llO可以-陂適當地調適以冷卻至少一個計算才幾卡，例如， 前卡106和後卡108其中至少之一。
在一個實施例中，嵌入式計算機機箱102的表面，例如正面 118，可以包括一個或多個孔以允許冷卻空氣116在基本垂直於正 面118的方向被抽入到嵌入式計算機機箱102中，例如，抽入到 充氣區域中。充氣區域可以包括進入屏蔽/過濾器和空腔，冷卻空 氣116從屏蔽/過濾器和空腔進入嵌入式計算機機箱102。冷卻空 氣116可用於冷卻與前卡106、後卡108和中^反104等相關的發熱 電子設備。冷卻空氣116可以沿著基本限定的路徑122通過嵌入 式計算機機箱102和冷卻區域110。
在一個實施例中，嵌入式計算機機箱102可以包括被適當配 置以可滑動地插入到冷卻區域110的空隙區域的第一風扇盤112 和第二風扇盤114。第一風扇盤112可以連接到中板104的第一側 面105,且第二風扇盤114可以連接到中板104的第二側面107，
9第二風扇盤114基本對立於第一風扇盤112。在一個實施例中，第 一風扇盤112和第二風扇盤114可以從中板104或從嵌入式計算 機機箱102中的其他專用電路吸取功率。在一個實施例中，第一 風扇盤112和第二風扇盤114其中每一個可以在嵌入式計算機機 箱102中熱插拔(hot-swappable)，使得可滑動插入或移除的第一 風扇盤112和/或第二風扇盤114不中斷嵌入式計算機機箱102的 操作。
在一個實施例中，第一風扇盤112和第二風扇盤114其中每 一個可以包括任意數目的風扇124，所述風扇可以包括，例如^f旦不 限於，離心式風扇、軸流式風扇、鼓風機等。風扇124可以以"推" 或"拉"方式的組合被適當地配置且在風扇盤中以任意適當角度 布置。風扇124可以在一個或多個計算卡上"推動，，冷卻空氣116 或在一個或多個計算機卡上"拉動"冷卻空氣116,或是其任意組 合。在計算機卡上推動或拉動冷卻空氣11的過程中，冷卻空氣116 可以在計算機卡的一面或兩面流過。作為一個實施例的示例，第 一風扇盤112和第二風扇盤114其中每一個可以包括一個或多個 軸流式風扇。風扇124的數量和操作點可以被選擇以符合特定應 用且這是本領域技術人員能力範圍內的事情。
在一個實施例中，第一風扇盤112和第二風扇盤114其中每 一個均被適當地調適以在基本平行於中板104的方向中在前卡 106和後卡108上抽取冷卻空氣116。 一旦冷卻空氣116到達第一 風扇盤112和第二風扇盤114其中之一或者既到達第一風扇盤112 又到達第二風扇盤114,冷卻空氣116可以如限定的路徑122所示 向背面120旋轉大約90度。冷卻空氣116然後可以從嵌入式計算 機機箱102的背面120的孔排出。在另一實施例中，冷卻空氣116 可以從背面120進入且從正面118排出。冷卻空氣116可以從嵌 入式計算機機箱102的任意表面進入和/或排出且都處於本發明的 範圍內。
10在所示的實施例中，示出第一風扇盤112和第二風扇盤114
位於計算機卡上方，而充氣區域位於計算機卡下方。這不是本發
明的限制，因為風扇盤和充氣區域可以在嵌入式計算機機箱102 中或在嵌入式計算機機箱102周圍以任意配置布置，且處於本發 明的範圍內。
在一個實施例中，第一風扇盤112和第二風扇盤114其中之 一或二者都可以包括控制器卡。在一個實施例中，控制器卡插入 到中板104中且操作以控制每一個風扇盤卡中的風扇。例如但不 限於，控制器卡可以被適當調適以向第一風扇盤112和第二風扇 盤114二者供電，監控風扇124,並且基於來自一個或多個溫度傳 感器的反饋增力口/減小風扇到所選速度。在一個實施例中， 一個控 制器卡可以被適當地調適以操作第一風扇盤112和第二風扇盤 114。控制器卡還可以操作以向維護總線(例如智能平臺管理總線 (IPMB))報告風扇管理數據。風扇管理數據可以包括但不限於， 溫度、電壓、安培數、總線流量、狀態指示等。
在一個實施例中，第一風扇盤112和第二風扇盤114在冷卻 計算機機箱102的給定冷卻區域110中的一個或多個計算機卡方 面是充分冗餘的。例如，如果第一風扇盤112和第二風扇盤114 其中之一被移除，剩餘的風扇盤能夠從冷卻區域110充分去除必 須的熱量以允許冷卻區域110中的 一 個或多個計算機卡維持工作。
圖2代表性示出了根據本發明的示例性實施例的嵌入式計算 機機箱102的頂面剖視圖。圖2中示出的嵌入式計算機機箱102 包括三個不同的冷卻區域。每個冷卻區域由其自己的第一風扇盤 112和第二風扇盤114組服務，對於每個冷卻區域，這是充分冗餘 的。
例如，如果頂部冷卻區域(如箭頭所示)中的第二風扇盤114 被移除以進行維護，相應的第一風扇盤112能夠從其冷卻區域充 分去除必須的熱量以允許該冷卻區域中的一個或多個計算機卡維持工作。
類似地，如果正面冷卻區域(如箭頭所示)中的第一風扇盤
112被移除以進行維護，相應的第二風扇盤114能夠從其冷卻區域 充分去除必須的熱量以允許該冷卻區域中的一個或多個計算機卡 維持工作。本發明不限於一個、兩個、三個等冷卻區域。嵌入式 計算機機箱可以具有任意數目的冷卻區域且都處於本發明的範圍 內。
上述實施例通過具有用於嵌入式計算機機箱中的每個冷卻區 域的一組冗餘、分支的風扇提供了優於現有技術的單片風扇盤的 優點。具體而言，提供了可以連接到中板的相對面的冗餘風扇盤， 且所述冗餘風扇盤可以基於任一風扇盤提供的單個控制器卡操 作。而且，冷卻空氣可以連續地流經每個風扇盤，且風扇盤在向 嵌入式計算機機箱中的特定冷卻區域提供冷卻方面是冗餘的。
在上述說明書中，已經參照特定示例性實施例描述了本發明。 然而，應當意識到，如下面的權利要求所述，可以在不偏離本發 明的範圍的情況下做出各種修改和變化。說明書和附圖被認為是 說明性方式，而不是限制方式，且所有的這種修都被包括在本發 明的範圍內。因此，本發明的範圍應當由此處所附的權利要求書 和它們的合法等同決定，而不是僅由上述示例決定。
例如，任意方法或處理權利要求中陳述的步驟可以以任意順 序執行且不限於權利要求中提出的特定順序。另外，任意設備權
置以得出與本發明基本相同的結果，且相應地並不限於權利要求 中陳述的特定配置。
如上所述，已經參照特定實施例描述了益處、其他優點或問 題的解決方法；然而，任意益處、優點、問題的解決方法或可以 導致任意特定益處、優點或解決方法發生或變得顯著的任意元件 並不應該被理解為任意或所有權利要求中的重要、需要或關鍵的
12特徵或組件。
除非明確說明，在本發明的實踐中使用的上述結構、設置、 應用、比例、元件、材衝牛或組件的其他組合和/或修改可以變化， 或尤其被調適為特定環境、測量規範、設計參數或其他操作需求, 而不偏離本發明的 一般原則。
權利要求
1. 一種嵌入式計算機機箱，包括中板，具有彼此基本面對的第一側面和第二側面，其中所述中板適用於在第一側面和第二側面其中每一個中接收至少一個計算機卡；以及冷卻區域，適用於冷卻所述至少一個計算機卡，其中所述冷卻區域的至少一部分適用於接收第一風扇盤和第二風扇盤，其中第一風扇盤適用於連接到所述中板的第一側面，其中第二風扇盤適用於連接到所述中板的第二側面，且其中第一風扇盤和第二風扇盤對於去除所述至少一個計算機卡產生的熱量而言是充分冗餘的。
2. 根據權利要求1所述的嵌入式計算機機箱，還包括控制器卡，其中 該控制器器卡適用於操作所述第 一風扇盤和所述第二風扇盤。
3. 根據權利要求1所述的嵌入式計算機機箱，其中冷卻空氣從所述嵌
4. 一種嵌入式計算機機箱中的冷卻方法，包括提供具有彼此基本面對的第 一側面和第二側面的中板，其中所述中板 適用於在第 一側面和第二側面其中每一個中接收至少 一個計算機卡；以及提供適用於冷卻所述至少 一個計算機卡的冷卻區域，其中所述冷卻區 域的至少一部分適用於接收第 一風扇盤和第二風扇盤，其中第一風扇盤適 用於連接到所述中板的第 一側面，其中第二風扇盤適用於連接到所述中板 的第二側面，且其中第一風扇盤和第二風扇盤對於去除所述至少一個計算 機卡產生的熱量而言是充分冗餘的。
5. 根據權利要求4所述的方法，還包括冷卻空氣從所述嵌入式計算
6. 根據權利要求5所述的方法，還包括所述冷卻空氣沿著所述冷卻 區域中的指定路徑而行。
7. 根據權利要求6所述的方法，還包括所述冷卻空氣經過所述第一 風扇盤和所述第二風扇盤中的至少 一個。
8. —種用於嵌入式計算機機箱的冷卻系統，包括第一風扇盤，適用於連接到所述嵌入式計算枳j凡箱的中^!的第 一側面； 第二風扇盤，適用於連接到所述嵌入式計算機機箱的中板的第二側面， 其中所述第一側面基本面對於所述第二側面，其中所述第一風扇盤和所述 第二風扇盤適用於布置在所述嵌入式計算機機箱中的冷卻區域的至少一部 分中，其中所述冷卻區域適用於冷卻至少一個計算機卡，且其中所述第一 風扇盤和第二風扇盤對於去除所述至少一個計算機卡產生的熱量而言是充 分冗餘的。
9. 根據權利要求8所述的冷卻系統，其中所述第一風扇盤和所述第二 風扇盤中的至少 一個是熱插拔的。
10. 根據權利要求8所述的冷卻系統，其中如果所述第一風扇盤和所 述第二風扇盤中的一個被移除，所述第 一風扇盤和所述第二風扇盤中剩餘 的另 一個將繼續充分地冷卻所述至少 一個計算機卡。
全文摘要
一種嵌入式計算機機箱(102)可以包括具有彼此基本面對的第一側面(105)和第二側面(107)的中板(104)，其中該中板適用於在第一側面和第二側面其中每一個中接收至少一個計算機卡。嵌入式計算機機箱還可以包括冷卻區域(110)，該冷卻區域(110)適用於冷卻至少一個計算機卡，其中該冷卻區域的至少一部分適用於接收第一風扇盤(112)和第二風扇盤(114)，其中該第一風扇盤適用於連接到該中板的第一側面，且其中該第二風扇盤適用於連接到該中板的第二側面。該第一風扇盤和第二風扇盤對於去除該至少一個計算機卡產生的熱量而言是充分冗餘的。
文檔編號H05K7/20GK101485242SQ200780024840
公開日2009年7月15日 申請日期2007年3月26日 優先權日2006年5月25日
發明者格雷格·R·哈姆林 申請人:艾默生網絡能源-深入計算股份有限公司