Intercambio en caliente

Se pueden utilizar placas protectoras, escudos o biseles tanto en los componentes extraíbles como en el propio dispositivo principal para evitar el contacto del operador con circuitos eléctricos activos, para proporcionar protección antiestática a los componentes que se añaden o se retiran, o para evitar que los componentes extraíbles toquen accidentalmente y provoquen un cortocircuito con los componentes eléctricos del dispositivo en funcionamiento.

Se pueden utilizar ranuras guía adicionales, pasadores, muescas o agujeros para facilitar la correcta inserción de un componente entre otros componentes activos, mientras que los pestillos de acoplamiento mecánico, las manijas o las palancas pueden utilizarse para ayudar en la correcta inserción y extracción de dispositivos que requieren mucha fuerza para conectarse o desconectarse, o para facilitar el acoplamiento y la sujeción adecuados de los conectores de alimentación y comunicaciones.

Algunas implementaciones requieren un procedimiento de apagado del componente antes de su extracción. Esto suele resultar en un diseño más sencillo, pero dichos dispositivos no son robustos en caso de fallo del componente. En tales casos, si se extrae un componente mientras está en uso, las operaciones realizadas a ese dispositivo fallan y el usuario es responsable de volver a intentarlo si es necesario. En la práctica, esto puede ser una ventaja en ciertos diseños donde el coste es más importante que la fiabilidad.

Las implementaciones más complejas pueden recomendar, pero no exigir, que se apague el componente. En el caso subóptimo de que se retire un componente sin apagarlo, estas implementaciones suelen tener suficiente redundancia para permitir que continúe el funcionamiento esencial. En estos sistemas, el intercambio en caliente se utiliza normalmente para el mantenimiento rutinario del ordenador o para sustituir un componente averiado.

Muchos dispositivos cuentan con funciones para expulsar los dispositivos de conexión en caliente, lo que ayuda a reducir la posibilidad de corrupción de datos. Si un dispositivo no debe expulsarse, aparecerá un mensaje de error que explicará dónde se está utilizando y cómo apagarlo de forma segura.

La mayoría de los métodos modernos de conexión en caliente utilizan un conector especializado con pines escalonados, de modo que ciertos pines se conectan antes que otros. En la mayoría de los diseños con pines escalonados, los pines de tierra son más largos que los demás, lo que garantiza que ningún circuito sensible se conecte antes de que exista una conexión a tierra fiable del sistema. Los demás pines pueden tener la misma longitud, pero en algunos casos se utilizan tres longitudes diferentes para que el dispositivo entrante se conecte primero a tierra, luego las líneas de datos y, finalmente, se aplique la alimentación, en rápida sucesión a medida que se inserta el dispositivo. Los pines de la misma longitud nominal no necesariamente hacen contacto exactamente al mismo tiempo debido a las tolerancias mecánicas y al ángulo de inserción del conector.

En su momento, se creía que los pines escalonados eran una solución costosa, pero muchas familias de conectores actuales los incluyen de serie; por ejemplo, se utilizan en todas las unidades de disco SCSI seriales modernas. Actualmente, existen pines de conector de alimentación de conexión en caliente especializados, con capacidades de interrupción de corriente continua repetibles de hasta 16 A. Las placas de circuito impreso se fabrican con contactos de borde escalonados para la conexión directa en caliente a un conector de placa base. 

Si bien la velocidad de conexión no se puede controlar con precisión, consideraciones prácticas establecen límites que permiten determinar las peores condiciones. Para un diseño típico de pines escalonados con una diferencia de longitud de 0,5  mm, el tiempo transcurrido entre el contacto del pin largo y el corto oscila entre 25  ms y 250  ms. Resulta bastante práctico diseñar circuitos de conexión en caliente que puedan operar a esa velocidad.

Siempre que el conector de intercambio en caliente sea suficientemente rígido, uno de los cuatro pines de las esquinas siempre será el primero en acoplarse. En una configuración típica de conector de dos filas, esto proporciona cuatro pines de esquina que se acoplan primero y que normalmente se utilizan para la conexión a tierra. Otros pines cercanos a las esquinas pueden utilizarse para funciones que también se benefician de este efecto, por ejemplo, para detectar cuándo el conector está completamente insertado. Este diagrama ilustra una buena práctica donde las conexiones a tierra se encuentran en las esquinas y los pines de alimentación cerca del centro. Dos pines de detección se ubican en esquinas opuestas, de modo que la detección de acoplamiento completo se confirma solo cuando ambos están en contacto con la ranura. Los pines restantes se utilizan para todas las demás señales de datos.

Las fuentes de alimentación de CC de un componente de intercambio en caliente suelen precargarse mediante pines largos específicos que hacen contacto antes que los pines de alimentación principales. Estos pines de precarga están protegidos por un circuito que limita la corriente de irrupción a un valor aceptable que no dañe los pines ni altere la tensión de alimentación en las ranuras adyacentes. El circuito de precarga puede ser una simple resistencia en serie , una resistencia con coeficiente de temperatura negativo (NTC) o un circuito limitador de corriente . Se puede proporcionar protección adicional mediante un circuito de arranque suave que permite un aumento gradual y controlado de las tensiones de alimentación de CC internas del componente.

Una secuencia típica para conectar un componente de intercambio en caliente a una ranura podría ser la siguiente:

1. Los pines de tierra largos hacen contacto; se dispone de seguridad eléctrica básica y protección ESD.
2. Los pines de precarga largos (o medianos) hacen contacto; los condensadores de desacoplamiento comienzan a cargarse.
3. Retraso en tiempo real de decenas de milisegundos.
4. Los pines de alimentación/señal cortos hacen contacto.
5. El conector queda completamente insertado; se activa la señal de reinicio por encendido dentro del componente.
6. El circuito de arranque suave comienza a suministrar energía al componente.
7. Retraso en tiempo real de decenas de milisegundos.
8. Soft-start circuit completes sequence; power-on reset circuit deasserted
9. Component begins normal operation.

Hot-swap power circuits can now be purchased commercially in specially designed ASICs called hot-swap power managers (HSPMs).

Circuitry attached to signal pins in a hot-swap component should include some protection against electrostatic discharge (ESD). This usually takes the form of clamp diodes to ground and to the DC power supply voltage. ESD effects can be reduced by careful design of the mechanical package around the hot-swap component, perhaps by coating it with a thin film of conductive material.

Particular care must be taken when designing systems with bussed signals which are wired to more than one hot-swap component. When a hot-swap component is inserted its input and output signal pins will represent a temporary short-circuit to ground. This can cause unwanted ground-level pulses on the signals which can disturb the operation of other hot-swap components in the system. This was a problem for early parallel SCSI disk-drives. One common design solution is to protect bussed signal pins with series diodes or resistors. CMOS buffer devices are now available with specialized inputs and outputs that minimize disturbance of bussed signals during the hot-swap operation. If all else fails, another solution is to quiesce the operation of all components during the hot-swap operation.

Modern day radio transmitters (and some TV transmitters as well) use high power RF transistor power modules instead of vacuum tubes. Hot swapping power modules is not a new technology, as many of the radio transmitters manufactured in the 1930s were capable of having power tubes swapped out while the transmitter was running—but this feature was not universally adopted due to the introduction of more reliable high power tubes.

In the mid-1990s, several radio transmitter manufactures in the US started offering swappable high power RF transistor modules.

• There was no industry standard for the design of the swappable power modules at the time.
• Early module designs had only limited patent restrictions.
• By the early 2000s, many transmitter models were available that used many different kinds of power modules.

The reintroduction of power modules has been good for the radio transmitter industry, as it has fostered innovation. Modular transmitters have proven to be more reliable than tube transmitters, when the transmitter is properly chosen for the conditions at the transmitting site.

Power limitations:

• Lowest power modular transmitter: generally 1.0 kW, using 600 W modules.
• Highest power modular transmitter: 1.0 MW (for LW, MW).
• Transmisor modular de máxima potencia: 45  kW (FM, TV).

Aunque la mayoría de los sistemas de videojuegos contemporáneos pueden intercambiar juegos y contenido multimedia (por ejemplo, Blu-rays ) sin apagar el sistema, las generaciones anteriores de sistemas variaban en su compatibilidad con la función de intercambio en caliente. Por ejemplo, mientras que la Sony PlayStation y la PlayStation 2 podían expulsar un disco de juego con el sistema encendido, la Nintendo Game Boy Advance y la Nintendo 64 se bloqueaban y podían dañarse si se extraía el cartucho con el sistema encendido. Los fabricantes advertían específicamente sobre estas prácticas en el manual del usuario o en el propio cartucho. ^{[ 5 ]} Supuestamente, por esta razón se eliminó la función Stop 'N' Swop de la serie Banjo-Kazooie y de Donkey Kong 64. Con el sistema Sega Genesis/Mega Drive , a veces era posible aplicar trucos (como vidas infinitas) y otras modificaciones temporales del software a los juegos mediante el intercambio en caliente de cartuchos, aunque estos no estaban diseñados para ello. ^{[ 6 ]}

Los teclados con interruptores intercambiables en caliente permiten cambiar los interruptores sin necesidad de desmontar el teclado. ^{[ 7 ]} En los teclados mecánicos estándar, el interruptor está soldado directamente a la placa de circuito impreso (PCB) . En cambio, los teclados con interruptores intercambiables en caliente tienen un zócalo que permite reemplazar el interruptor libremente sin necesidad de volver a soldarlo. ^{[ 8 ]} Los teclados con interruptores intercambiables en caliente se pueden encontrar en una variedad de tamaños y diseños , incluyendo diseños ergonómicos más especializados .

El intercambio en caliente también puede referirse a la capacidad de modificar el código en ejecución de un programa sin necesidad de interrumpir su ejecución. La programación interactiva es un paradigma de programación que utiliza ampliamente el intercambio en caliente, de modo que la actividad de programación se integra en el propio flujo del programa.

Only a few programming languages support hot swapping natively, including Pike, Lisp, Erlang, Smalltalk, Visual Basic 6 (not VB.NET), Java and most recently Elm^[9] and Elixir. Microsoft Visual Studio supports a kind of hot swapping called Edit and Continue, which is supported by C#, VB.NET and C/C++ when running under a debugger.^[10]

Hot swapping is the central method in live coding, where programming is an integral part of the runtime process. In general, all programming languages used in live coding, such as SuperCollider, TidalCycles, or Extempore support hot swapping.

Some web-based frameworks, such as Django, support detecting module changes and reloading them on the fly. However, although the same as hotswapping for most intents and purposes, this is technically just a cache purge, triggered by a new file. This does not apply to markup and programming languages such as HTML and PHP respectively, in the general case, as these files are normally reinterpreted on each use by default. There are a few CMSes and other PHP-based frameworks (such as Drupal) that employ caching, however. In these cases, similar abilities and exceptions apply.

Hot swapping also facilitates developing systems where large amounts of data are being processed, as in entire genomes in bioinformatics algorithms.^[11]