CN101923370B

CN101923370B - 一种工控计算机

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Publication number: CN101923370B
Application number: CN2009101079378A
Authority: CN
Inventors: 刘启晌; 刘君玲; 陈勇
Original assignee: EVOC Intelligent Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Yanxiang Smart Technology Co ltd
Priority date: 2009-06-11
Filing date: 2009-06-11
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2029-06-11
Also published as: CN101923370A

Abstract

本发明涉及一种工控计算机，在机箱内设置有系统功能板和工控底板以及连接两者的针孔式总线连接器，在机箱内还设置有与系统功能板滑动连接的至少一个限位导轨，在系统功能板上设置有至少一个插拔手柄，针孔式总线连接器包括带屏蔽壳的母型插孔式连接组件和带屏蔽针的公型插针式连接组件；带屏蔽壳的母型插孔式连接组件包括至少一段带屏蔽壳的母型插孔式连接构件，带屏蔽针的公型插针式连接组件包括至少一段带屏蔽针的公型插针式连接构件。该工控计算机增加了功能板与底板的接合力，可以提高功能板与底板接合的可靠性，系统功能板上与工控底板连接的部分，其总长度不超过半长卡长度，不需在插全长卡时增加工控底板的面积。另外，其可满足PCIE总线高达2.5G位/秒的传输速率和电磁屏蔽要求。

Description

一种工控计算机

技术领域

本发明涉及计算机，更具体地说，涉及一种工控计算机。

背景技术

在工业控制领域，通常工业控制计算机(简称：工控机)主要由底板(如无源或有源底板)、功能板(如CPU全长卡或CPU半长卡)、机箱等组成。满足PICMG1.3规范的工控机以其强大的处理功能、良好的兼容性、大规模低成本的硬件和丰富的软件资源，广泛应用于各个工业领域，但随着应用的广泛，也暴露出一些缺点：其金手指连接方式的可靠性不能保障，在多尘、潮湿、振动的环境下连接处易堵塞或氧化而接触不良使工控机失效。并且在处理器性能越来越好，风扇越来越大的今天，金手指连接处易因受力面小而变形，导致接触不良，使用场所经常被迫暂停维修。对于很多生产控制型或实时监控型的应用场所影响严重，有的还会产生很大损失。在交通、石化、纺织、化工等多尘、振动、潮湿、盐雾等环境中应用尤为突出。同时我们知道，为满足新型外接设备对数据传输速率越来越高的要求PICMG推出了最高传输速率是原来PCI传输速率30倍的PCIE总线，即PICMG1.3规范中确定的总线，其最高传输速率为2.5G位/秒，要达到该速率要求采用非金手指连接并非易事。

对于现有符合PICMG1.3规范的工控机的功能板与底板连接都是采用金手指连接方式，即在底板上设置多个与功能板对应的插槽，在功能板上设置金手指，使用时将功能板上的金手指插入到底板上的插槽内，通过插槽内的金属弹片对金手指两面挤压，完成功能板与底板间的电气连接，其存在以下缺陷：

1.金手指连接处受力面小，在受力的情况下易变形导致接触不良；

2.金手指的气密性和接合力不够，在多尘、潮湿、振动的环境下连接处易堵塞、氧化或松脱。

对于申请号为200820093243.4的实用新型专利“针孔式板卡结构及其功能板和底板”所公开的技术方案，存在以下缺陷：

1、虽然功能板和底板之间的接合力变大了，但未考虑到更换或维护时如何方便拔出；

2、该技术方案的底板只能插入全长卡，不能插入半长卡，兼容性有限；

3、该技术方案实施例采用的欧式连接器满足不了PCIE总线高达2.5G位/秒的传输速率和电磁屏蔽要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的系统功能板更换或维护不方便、兼容性不高、以及不能满足高速率传输和电磁屏蔽等缺陷，提供一种工控计算机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种工控计算机，包括机箱，在所述机箱内设置工控机底板，以及安装在所述工控机底板上的系统功能板；所述工控机底板与所述系统功能板之间设有将两者固定电连接的针孔式总线连接器；在所述机箱内还设置有与所述系统功能板滑动连接的至少一个限位导轨，在所述系统功能板上设置有至少一个插拔手柄，所述针孔式总线连接器包括带屏蔽壳的母型插孔式连接组件和带屏蔽针的公型插针式连接组件；所述带屏蔽壳的母型插孔式连接组件包括至少一段带屏蔽壳的母型插孔式连接构件，所述带屏蔽针的公型插针式连接组件包括至少一段带屏蔽针的公型插针式连接构件。

在本发明所述的工控计算机中，所述带屏蔽壳的母型插孔式连接组件设置在系统功能板上，带屏蔽针的公型插针式连接组件设置在工控机底板上；或者所述带屏蔽壳的母型插孔式连接组件设置在工控机底板上，带屏蔽针的公型插针式连接组件设置在系统功能板上。

在本发明所述的工控计算机中，在所述带屏蔽壳的母型插孔式连接构件上设置有至少一块滑块，在所述带屏蔽针的公型插针式连接构件上设置有至少一个与所述滑块相配合的滑轨，所述屏蔽壳的母型插孔式连接构件通过所述至少一块滑块和滑轨，滑动插装在所述带屏蔽针的公型插针式连接构件上。

在本发明所述的工控计算机中，在所述带屏蔽壳的母型插孔式连接构件上设置有两块滑块，在所述带屏蔽针的公型插针式连接构件上设置有两个与所述滑块相配合的滑轨。

在本发明所述的工控计算机中，在所述机箱内设置有一个限位导轨，在所述系统功能板的一端设置有与所述限位导轨相配合的滑动件。

在本发明所述的工控计算机中，在所述机箱内设置有两个限位导轨，在所述系统功能板的两端分别设置有与所述限位导轨相配合的滑动件。

在本发明所述的工控计算机中，在所述系统功能板上设置有两个插拔手柄，其分别对称设置在所述系统功能板的两端。

在本发明所述的工控计算机中，所述带屏蔽壳的母型插孔式连接组件设置在系统功能板上，其长度小于半长卡长度；或者所述带屏蔽针的公型插针式连接组件设置在系统功能板上，其长度小于半长卡长度。

在本发明所述的工控计算机中，所述带屏蔽针的公型插针式连接构件包括多排插针，其中，最外侧的一排或两排插针为接地插针。

在本发明所述的工控计算机中，所述带屏蔽针的公型插针式连接构件包括正、负差分信号插针，在所述正、负差分信号插针相邻位置设置有至少一根接地插针和/或至少一根电源插针。

实施本发明的工控计算机，具有以下有益效果：通过在机箱内设置了导轨并在系统功能板上加插拔手柄结构，方便系统功能板插拔或加固在工控底板上，增加了功能板与底板的接合力，可以提高功能板与底板接合的可靠性，其每根针的拔出力不小于0.15牛顿，以采用管脚数为110针的连接器来计算拔出力就不低于16.5牛顿，采用3个110针的连接器则拔出力不小于49.5牛顿；系统功能板上与工控底板连接的部分，其总长度不超过半长卡长度，不需在插全长卡时增加工控底板的面积。另外，为针孔式总线连接器设置屏蔽结构，使得其可满足PCIE总线高达2.5G位/秒的传输速率和电磁屏蔽要求，进一步地，对于该针孔式总线连接器中的插针采用电源或地信号对高速差分信号进行隔离外，还把最外的一排或两排所有针脚定义为地的同时有屏蔽壳对所有信号进行电磁屏蔽。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明工控计算机一实施例的结构示意图；

图2是图1所示的带屏蔽壳的母型插孔式连接构件和带屏蔽针的公型插针式连接构件第一实施例未插接的结构示意图；

图3是图1所示的系统功能板的结构示意图；

图4是图1所示的带屏蔽壳的母型插孔式连接构件和带屏蔽针的公型插针式连接构件第二实施例未插接的结构示意图。

具体实施方式

本发明的技术方案针对如何解决符合PCIMG1.3规范的工业计算机采用金手指连接带来的不可靠问题的同时满足PCIE总线高传输速率要求和电磁屏蔽要求，还要解决兼容性和维护性不足的问题。

如图1所示，在本发明的工控计算机的一实施例中，其主要包括机箱30，在该机箱30内设置有工控机底板10，以及安装在工控机底板10上的系统功能板20，即系统功能板20与工控机底板采用可拆卸的方式连接，以便维护；在一优选实施例中，工控机底板10与系统功能板20之间采用针孔式总线连接器将两者固定电连接起来。

本发明的创新点在于，在机箱内还设置有与系统功能板20滑动连接的至少一个限位导轨31，通过该限位导轨31，系统功能板20在向工控机底板10插接的过程中，不会出现插歪或插错等情况，只要使用者将系统功能板导入该限位导轨31就可正确无误的与工控机底板10插接，如图1所示，在该实施例中，限位导轨31由两排限位柱构成，每排限位柱包括间隔设置的多个限位柱31构成，同时在系统功能板20的一端设置有与限位导轨31相配合的滑动件41，该滑动件41的宽度与该两排限位柱的间距相配合，以便该滑动件41可导入该两排限位柱之间，同时在该滑动件41的两侧形成两折边，从而可分别与该两排限位柱抵靠，在具体设计中，该折边的高度可与限位柱的高度一致。在图1所示的实施例中，在机箱内仅设置有一个限位导轨31，同时在系统功能板20的一端相应设置一个滑动件41，可以理解的，在具体设计中，也可在机箱内设置两个限位导轨31，并在系统功能板20的两端分别设置两个滑动件41，从而可更准确无误地实现对系统功能板20在向工控机底板10的插接过程中的方向引导。另外，为了方便使用者对该对该系统功能板20施力，在系统功能板20上设置有至少一个插拔手柄40，可以理解的，为了使得使用者更好施力，可在系统功能板20上设置两个插拔手柄40，其分别设置在系统功能板20的两端。对于该针孔式总线连接器，其主要包括带屏蔽壳的母型插孔式连接组件和带屏蔽针的公型插针式连接组件；如图1和2所示，该带屏蔽壳的母型插孔式连接组件由至少一段带屏蔽壳的母型插孔式连接构件21拼接而成，带屏蔽针的公型插针式连接组件由至少一段带屏蔽针的公型插针式连接构件11拼接而成。

在具体设计中，该针孔式总线连接器可以采用2mm HM连接器，即在功能板20上设置带屏蔽壳的母型插孔连接器21，而在底板10上设置带屏蔽针的公型插针槽11，但是可以理解的，只要是满足PCIE总线高达2.5G位/秒的传输速率和电磁屏蔽要求的针孔式连接器都可采用。如图1和3所示，该带屏蔽壳的母型插孔式连接组件由三段带屏蔽壳的母型插孔式连接构件21拼接而成，带屏蔽针的公型插针式连接组件由三段带屏蔽针的公型插针式连接构件11拼接而成。在一优选实施例中，通过将工控底板和系统功能板均可设置为三段式结构，从而使得该针孔式总线连接器可兼容全长卡也可兼容半长卡在一具体设计中，其插针数量可分布PCIMG1.3标准的信号。

在具体设计中，如图1所示，带屏蔽壳的母型插孔式连接组件可设置在系统功能板20上，而带屏蔽针的公型插针式连接组件则设置在工控机底板10上；可以理解的，也可将带屏蔽壳的母型插孔式连接组件设置在工控机底板10上，而带屏蔽针的公型插针式连接组件设置在系统功能板20上。如图2所示，该带屏蔽壳的母型插孔式连接构件21具有金属屏蔽壳，在该母型插孔式连接构件21的底部设置有多排插孔3，每个插孔3可具有相同或不同的深度，在一优选实施例中，每个插孔3均具有相同的深度，同时在该母型插孔式连接构件21的上设置有多个插接杆5，以用于将其插接到系统功能板20上。对于带屏蔽针的公型插针式连接构件11，其为一槽体结构，在该槽体中设置有多排插针4，其中，最外侧的一排或两排插针为接地插针，即为屏蔽针，其一部分在槽体中，另一部分从槽体底部伸出，从而可插接在工控机底板10上，而该插针4位于槽体中的部分其长度和外形均与母型插孔式连接构件21的插孔3相配合，本发明进一步的发明点在于，在带屏蔽壳的母型插孔式连接构件21上设置有至少一块滑块211，在带屏蔽针的公型插针式连接构件11上设置有至少一个与该滑块211相配合的滑轨212，通过该滑块211和滑轨212的配合与导向作用，每段带屏蔽壳的母型插孔式连接构件21可正确无误地插装到一段带屏蔽针的公型插针式连接构件上，如图2所示的实施例，在该母型插孔式连接构件21的两侧对称设置有一对滑块211，同时在公型插针式连接构件11的槽体内的两侧壁上对称设置有一对滑轨212。

该工控机底板10上还设有多组插槽，从而可以插入多组扩展功能卡，这些插槽包括PCI槽111和PCIE槽112，甚至ISA槽(ISA总线可由PCI或PCIE总线转换得到)。如考虑到成本，且可靠性要求一般时，除系统功能板的插槽采用2mm HM连接器进行连接外，其余插槽可以采用金手指连接；如可靠性要求较高时，则系统功能板的插槽采用2mm HM连接器进行连接，PCI总线插槽111和ISA总线插槽采用针孔式连接器连接，PCIE总线插槽112采用2mmHM连接器连接。

对图1中三段带屏蔽针的公型插针式连接构件11，从左到右其针脚定义如下表1～3：

表1

表2

表3

由上面3个表中的信号定义不难看出正、负差分对信号都有地或电源对其进行屏蔽隔离，可有效的减小电磁辐射或干扰。即在正、负差分信号插针相邻位置设置有至少一根接地插针和/或至少一根电源插针。

以上表中所有信号与PICMG1.3的定义的区别有：

1.OC信号由4个合并为2个；

2.去掉了2组PEG_CLK信号；

3.新增信号SDVO_CLK，SDVO_DAT；

4.去掉了JTAG，GLAN两端口功能；

5.信号SHB_RST#改为FP_RST#；

6.去掉了SDONE、SBO#和PCIPRST#信号

7.去掉了CLKFO，CLKFI信号。

区别中这7类信号或端口在一般完全符合PICMG1.3规范的工业计算机中较少使用，所以本技术方案中把这些信号或端口去掉了。当然本技术方案中还可在保证连接器总长不变的情况下选用多于110针的连接器，如中间未设导向凸缘的满排布125针连接器，把上面去掉了的信号或端口通过自定义加在增加的针上即可完全符合PICMG1.3规范要求。

对于安装系统功能板20时，只需将系统功能板20沿着机箱内一端或两端设置的限位导轨31彻底插入后，再把插拔手柄40向系统功能板20内压入即完成连接；拆装时也只需先把插拔手柄40向远离系统功能板20方向拨开后，再沿着限位导轨31把系统功能板20取出即可。这里的插拔手柄40设置了一定的行程，可在拨开的同时把带屏蔽壳的母型插孔式连接组件和带屏蔽针的公型插针式连接组件的针脚啮合处分离。这样由于采用了针孔式总线连接器和设置了限位导轨31和插拔手柄40，解决了现有采用金手指连接和一般的针孔式板卡结构的缺陷，完全可应用于环境恶劣的场合。而且，由于针孔式总线连接器是采用压接工艺，是直接把连接器压在系统功能板或工控机底板上，可以避免焊接常见的问题，如无焊接工艺中常见的虚焊、短路、热应力等。

如图4所示，本技术方案实施例中还可采用ATCA常用的差分专用型2mm高速高密连接器直接替换2mm HM连接器，或与2mm HM连接器组合使用。ATCA常用的差分专用型2mm高速高密连接器，其特点是每对差分信号插针411都设立了自有的L型屏蔽用针412，将对应的一对差分信号插针411半包围住。

本发明是通过几个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims

1.一种工控计算机，包括机箱，在所述机箱内设置有工控机底板，以及安装在所述工控机底板上的系统功能板；所述工控机底板与所述系统功能板之间设有将两者固定电连接的针孔式总线连接器；其特征在于，在所述机箱内还设置有与所述系统功能板滑动连接的至少一个限位导轨，在所述系统功能板上设置有至少一个插拔手柄，所述针孔式总线连接器包括带屏蔽壳的母型插孔式连接组件和带屏蔽针的公型插针式连接组件；所述带屏蔽壳的母型插孔式连接组件包括至少一段带屏蔽壳的母型插孔式连接构件，所述带屏蔽针的公型插针式连接组件包括至少一段带屏蔽针的公型插针式连接构件；在所述带屏蔽壳的母型插孔式连接构件上设置有至少一块滑块，在所述带屏蔽针的公型插针式连接构件上设置有至少一个与所述滑块相配合的滑轨，所述屏蔽壳的母型插孔式连接构件通过所述至少一块滑块和所述至少一个与所述滑块相配合的滑轨，滑动插装在所述带屏蔽针的公型插针式连接构件上。

2.根据权利要求1所述的工控计算机，其特征在于，所述带屏蔽壳的母型插孔式连接组件设置在系统功能板上，带屏蔽针的公型插针式连接组件设置在工控机底板上；或者所述带屏蔽壳的母型插孔式连接组件设置在工控机底板上，带屏蔽针的公型插针式连接组件设置在系统功能板上。

3.根据权利要求1所述的工控计算机，其特征在于，在所述带屏蔽壳的母型插孔式连接构件上设置有两块滑块，在所述带屏蔽针的公型插针式连接构件上设置有两个与所述滑块相配合的滑轨。

4.根据权利要求1～3任一所述的工控计算机，其特征在于，在所述机箱内设置有一个限位导轨，在所述系统功能板的一端设置有与所述限位导轨相配合的滑动件。

5.根据权利要求1～3任一所述的工控计算机，其特征在于，在所述机箱内设置有两个限位导轨，在所述系统功能板的两端分别设置有与所述限位导轨相配合的滑动件。

6.根据权利要求1～3任一所述的工控计算机，其特征在于，在所述系统功能板上设置有两个插拔手柄，其分别对称设置在所述系统功能板的两端。

7.根据权利要求1～3任一所述的工控计算机，其特征在于，所述带屏蔽壳的母型插孔式连接组件设置在系统功能板上，其长度小于半长卡长度；或者所述带屏蔽针的公型插针式连接组件设置在系统功能板上，其长度小于半长卡长度。

8.根据权利要求1～3任一所述的工控计算机，其特征在于，所述带屏蔽针的公型插针式连接构件包括多排插针，其中，最外侧的一排或两排插针为接地插针。

9.根据权利要求1～3任一所述的工控计算机，其特征在于，所述带屏蔽针的公型插针式连接构件包括正、负差分信号插针，在所述正、负差分信号插针相邻位置设置有至少一根接地插针和/或至少一根电源插针。