发明内容
本发明的目的在于提供一种用于PCI Express X1至CPCI Express X1的转接卡,用于将商用和工业控制台式计算机中的PCI Express 1插槽转换为符合PICMG EXP.0R1.0标准的CPCI Express X1插槽,以使符合PICMG EXP.0R1.0标准的CPCI Express X1接口卡(插卡)可以在普通商用和工业控制台式计算机中的PCI Express X1插槽中进行应用、调试与测试。
本发明中的转换包括:其一,将PCI Express X1物理插槽转换为CPCI ExpressX1信号插槽XP3和电源辅助插槽XP4;其二,利用阻抗控制电路板转接的信号至少包括参考时钟差分信号(RefClk+和RefClk-)、接收差分信号(PERp0和PERn0)、发送差分信号(PETp0和PETn0)和参考地信号;其三,利用阻抗控制电路板转接的电源包括+12V和+3.3V直流电源。
一种用于PCI Express X1至CPCI Express X1的转接卡,所述转接卡包括:
一阻抗控制电路板,用以高速、低损耗、短距离地传输PCI Express X1中的低摆幅差分信号(即LVDS信号)至CPCI Express信号插座。
一转接电路板,其通过连接块垂直固定安装在阻抗控制电路板的上部边缘。
一PCI Express接口,其位于阻抗控制电路板的下部边缘,用以与PCIExpress X1插槽进行物理连接,传递信号和电源。
一CPCI Express信号插座,其位于阻抗控制电路板的上部边缘,用以与CPCI Express X1中的XP3信号插头进行物理连接,传递信号。
一CPCI Express电源插座,其安装在转接电路板上,用以与CPCI ExpressX1中的XP4电源插头进行物理连接,传递电源。
一双排孔插座,其位于阻抗控制电路板的上部,用以传递电源。
一弯针双排插头,其安装在转接电路板上,用以与阻抗控制电路板上的双排孔插座连接,传递电源。
一连接块,其通过螺钉将阻抗控制电路板和转接电路板垂直固定连接在一起。
一挡板,一侧与阻抗控制电路板连接,另一侧可通过螺钉与计算机机箱边缘连接固定在一起。
其中,所述的阻抗控制电路板为4层以上多层电路板。
其中,所述的阻抗控制电路板至少包括两个参考地层和两个信号层。
其中,所述的阻抗控制电路板厚度为1.6mm以上。
其中,所述的阻抗控制电路板外形呈L形。
其中,所述的阻抗控制电路板中差分信号线的差分特性阻抗为100Ω±10Ω。
其中,所述的阻抗控制电路板中信号线对参考地的单端特性阻抗为50Ω±10Ω。
其中,所述的阻抗控制电路板中差分信号线的长度小于25.4mm。
其中,所述的阻抗控制电路板中两根属于同一对差分信号的信号线的长度差小于0.127mm。
其中,所述的PCI Express接口为符合PCI Express Card ElectromechanicalSpecification Revision 1.0规范的PCI Express X1金手指接口。
其中,所述的双排孔插座传递的电源包括+12V和+3.3V直流电源。
其中,CPCI Express信号插座传递的信号至少包括参考时钟差分信号(RefClk+和RefClk-)、接收差分信号(PERp0和PERn0)、发送差分信号(PETp0和PETn0)和参考地信号。
本发明一种用于PCI Express X1至CPCI Express X1的转接卡,其优点及功效在于:本发明利用多层阻抗控制电路板传递高速、低损耗、短距离地传输PCIExpress X1和CPCI Express X1中的低摆幅差分信号(即LVDS信号),只要阻抗控制精度满足要求,不会影响信号的质量和功效。同时,本发明可以大幅度拓展现有PCI Express X1插槽的应用,使其兼容CPCI Express X1接口卡(扩展卡),大幅度降低CPCI Express X1接口卡(扩展卡)开发的难度和成本,更便于科研和开发人员进行调试与测试,也即大幅度提高CPCI Express X1接口卡(扩展卡)的可测试性和可调试性。本发明结构简单、使用非常方便。
附图说明
图1A所示为本发明的轴侧视图。
图1B所示为本发明的后向轴侧视图。
图2所示为图1A中的阻抗控制电路板101的外廓尺寸图。
图3所示为图1A中的转接电路板105的外廓尺寸图。
图4A所示为图1A中的阻抗控制电路板101第一层(L1)PCB设计图。
图4B所示为图1A中的阻抗控制电路板101第四层(L4)PCB设计图。
图5A所示为图1A中的转接电路板105第一层(L1)PCB设计图。
图5B所示为图1A中的转接电路板105第二层(L2)PCB设计图。
图6所示为图1A中的阻抗控制电路板101的板层设计图。
图7所示为图1A中的转接电路板105的板层设计图。
图中具体标号如下:
101阻抗控制电路板 102PCI Express X1接口
103CPCI Express信号插座 104CPCI Express电源插座
105转接电路板 106挡板
107双排孔插座 108弯针双排插头
109连接块 110M3螺钉
111M2螺钉 401+3.3V直流电源覆铜
402WAKE#信号走线 403差分参考时钟走线
404PCI Express Reset信号走线 405系统管理总线走线
406PCI Express差分发送信号走线 407+12V直流电源覆铜
408PCI Express差分接收信号走线 409热插拔存在检测信号走线
410M3螺孔 411M2螺孔
412PCI Express X1金手指 413CPCI Express信号插座孔
41410针双排孔 501+12V直流电源覆铜
502+3.3V直流电源覆铜 503GND覆铜
504WAKE#信号走线 505CPCI Express电源插座孔
506M2螺孔 50710针双排孔
本发明中涉及到的单位符号说明如下:
Ω欧姆
mm毫米
mil密耳
具体实施方式
请参照附图1A,本发明较佳实施方式一种用于PCI Express X1至CPCIExpress X1的转接卡包括一阻抗控制电路板101、一转接电路板105、一CPCIExpress电源插座104、一CPCI Express信号插座103、一双排孔插座107、一弯针双排插头108、一连接块109、一挡板106、三个M2螺钉111、两个M3螺钉110。
所述阻抗控制电路板101的下部边缘布置有PCI Express接102,用以与PCI Express X1插槽进行物理连接,传递信号和直流电源。
其中,所述PCI Express接口102以金手指的形式具体布置在阻抗控制电路板101的下部边缘。
请参照表1,PCI Express接口102上的金手指管脚及其信号定义如下表1所示,其符合PCI Express Card Electromechanical Specification Revision 2.0规范。
表1
所述阻抗控制电路板101的上部边缘布置有CPCI Express信号插座103,用以与CPCI Express接口卡XP3信号插头进行物理连接,传递信号。
请参照表2,CPCI Express信号插座103管脚及其信号定义如下表2所示,其符合PXI Express Hardware Specification Revision 1.0规范。
表2
所述阻抗控制电路板101的偏左中部布置有弯针双排插头108,用以与双排孔插座107进行物理连接,将直流电源从阻抗控制电路板101传递至转接电路板105。
所述转接电路板105水平固定于阻抗控制电路板101的上部边缘,用以将直流电源从双排孔插座107传递至CPCI Express电源插座104。
所述CPCI Express电源插座104用以与CPCI Express接口卡XP4电源插头进行物理连接,传递直流电源。
请参照附图2,所述阻抗控制电路板101外形呈L形,厚度为1.6mm,外廓尺寸参照附图2,尺寸数据单位为mm。
请参照附图6,所述阻抗控制电路板101是一个四层阻抗控制电路板。
其中,所述阻抗控制电路板101的第一层(L1)为信号层1,第二层(L2)和第三层(L3)为接地层,第四层(L4)为信号层2。每层及其相关的厚度如下表3所示。
层号 |
类型 |
厚度(mils) |
L1 |
|
0.60 |
|
半固化片 |
4.00 |
L2 |
|
1.20 |
|
芯板 |
51.4 |
L3 |
|
1.20 |
|
半固化片 |
4.00 |
L4 |
|
0.60 |
表3
其中,对于所述阻抗控制电路板101上所有信号层1和信号层2的信号走线,其单端阻抗为50Ω±10Ω,其差分阻抗为100Ω±10Ω。
所述阻抗控制电路板101上信号阻抗控制的方法是,差分信号线宽度为5mil,一对差分信号线中的两条信号线的之间的间距为7mil,不同的差分信号线对之间的距离应大于至少20mil。通过信号阻抗计算可得到差分信号线的差分阻抗为101.8Ω,单端阻抗为51.78Ω。
请参照附图4A,所述阻抗控制电路板101的第一层(L1),即信号层1包括系统管理总线(System Management Bus)信号走线405,差分参考时钟(Referenceclock)信号走线403,PCI Express差分发送(PCI Express Transmitter Lane 0)信号走线406,热拔插存在检测信号走线409和+12V直流电源覆铜407。
所述系统管理总线(System Management Bus)信号走线405包括,SMCLK(SMBUS clock)信号和SMDAT(SMBUS data)信号。
其中,SMCLK信号由PCI Express X1接口102的金手指管脚B5连接至CPCIExpress信号插座103的管脚B3。
其中,SMDAT信号由PCI Express X1接口102的金手指管脚B6连接至CPCIExpress信号插座103的管脚A3。
所述差分参考时钟信号走线403包括一对差分参考时钟信号REFCLK+和REFCLK-。
其中,REFCLK+信号由PCI Express X1接口102的金手指管脚A13连接至CPCI Express信号插座103的管脚E4。
其中,REFCLK-信号由PCI Express X1接口102的金手指管脚A14连接至CPCI Express信号插座103的管脚F4。
所述PCI Express差分发送信号走线406包括PETp0(PCI Express TransmitterPositive Lane 0)信号和PETn0(PCI Express Transmitter Negative Lane 0)信号。
其中,PETp0信号由PCI Express X1接口102的金手指管脚B14连接至CPCIExpress信号插座103的管脚A5。
其中,PETn0信号由PCI Express X1接口102的金手指管脚B15连接至CPCIExpress信号插座103的管脚B5。
所述热拔插存在检测信号走线409包括PRSNT1#信号和PRSNT2#信号。
其中,PCI Express X1接口102的金手指管脚A1(PRSNT1#信号)和PCIExpress X1接口102的金手指管脚B17(PRSNT2#信号)通过热拔插存在检测信号走线409相互连接。
所述+12V直流电源覆铜407将+12V直流电源从PCI Express X1接口102的金手指管脚B1和PCI Express X1接口102的金手指管脚B2传送至弯针双排插头108。
请参照附图4B,所述阻抗控制电路板101的第四层(L4),即信号层2包括WAKE#信号走线402,差分参考时钟(Reference clock)信号走线403,PCI Express差分接收(PCI Express Receiver Lane 0)信号走线408和PCI Express Reset信号走线404,+3.3V直流电源覆铜401。
所述WAKE#信号走线402由PCI Express X1接口102的金手指管脚B11连接至弯针双排插头。
所述差分参考时钟信号走线403包括一对差分信号REFCLK+和REFCLK-。
其中,REFCLK+信号由PCI Express X1接口102的金手指管脚A13连接至CPCI Express信号插座103的管脚E4。
其中,REFCLK-信号由PCI Express X1接口102的金手指管脚A14连接至CPCI Express信号插座103的管脚F4。
所述PCI Express差分接收信号走线408包括,PETp0(PCI Express TransmitterPositive Lane 0)信号和PETn0(PCI Express Transmitter Negative Lane 0)信号。其中,PETp0信号由PCI Express X1接口102的金手指管脚B14连接至CPCIExpress信号插座103的管脚A5。
其中,PETn0信号由PCI Express X1接口102的金手指管脚B15连接至CPCIExpress信号插座103的管脚B5。
所述PCI Express Reset信号走线404包括PERST#信号。
其中,PERST#信号由PCI Express X1接口102的金手指管脚A11连接至CPCI Express信号插座103的管脚B4。
所述+3.3V直流电源覆铜401将+3.3V直流电源从PCI Express X1接口102的金手指管脚A9和PCI Express X1接口102的金手指管脚A10传送至弯针双排插头。
请参照附图3,所述转接电路板105外形呈矩形,厚度为1.6mm,外廓尺寸参照图3,尺寸数据单位为mm。
请参照附图7,所述转接电路板105是一个二层转接电路板。
其中,所述转接电路板105的第一层(L1)为信号层1,第二层(L2)为信号层2。每层的厚度如下表4所示。
层号 |
类型 |
厚度(mils) |
L1 |
|
0.60 |
|
芯板 |
60.4 |
L2 |
|
0.60 |
表4
请参照附图5A,所述转接电路板105的第一层(L1),包括+12V直流电源覆铜501,+3.3V直流电源覆铜502。
所述+12V直流电源覆铜501将+12V直流电源从双排孔插座107传送至CPCIExpress电源插座104的管脚A3和CPCI Express电源插座104的管脚B3。
所述+3.3V直流电源覆铜502将+3.3V直流电源从双排孔插座107传送至CPCI Express电源插座104的管脚C4,CPCI Express电源插座104的管脚D4和CPCI Express电源插座104的管脚E4。
请参照附图5B,所述转接电路板105的第一层(L1),包括GND覆铜503,WAKE#信号走线504。
所述WAKE#信号走线504由双排孔插座107连接至CPCI Express电源插座104的管脚D2。
请参照附图1B,所述用于PCI Express X1至CPCI Express X1的转接卡的安装步骤如下:
将CPCI Express信号插座103和弯针双排插头108分别焊接到阻抗控制电路板101上。
将CPCI Express电源插座104和双排孔插座107分别焊接到转接电路板105上。
将转接电路板105如附图1A和附图1B所示水平置于阻抗控制电路板101上部边缘,并且物理连接弯针双排插头108与双排孔插座107。
通过连接块109和M2螺钉111将转接电路板105与阻抗控制电路板101连接固定在一起。
通过M3螺钉110将阻抗控制电路板101与挡板106连接固定在一起。