CN103473205A - 一种用于PCI Express X2至CPCI Express X2的转接卡 - Google Patents

Abstract

一种用于PCI Express X2至CPCI Express X2的转接卡，它用于将商用和工业控制台式计算机中的PCI Express X2插槽转换为符合PICMG EXP.0R1.0标准的CPCI Express X2插槽，以使符合PICMG EXP.0R1.0标准的CPCI Express X2接口卡（扩展卡）可以在普通商用和工业控制台式计算机中的PCI Express X2插槽中进行应用、调试与测试。该转接卡由阻抗控制电路板、PCI Express X2接口、CPCI Express信号插座、双排孔插座、转接电路板、连接块、弯针双排插头、CPCI Express电源插座和一挡板组成。本发明不影响PCI Express X2和CPCI Express X2中信号的质量和功效，大幅度降低CPCI Express X2接口卡开发的难度和成本，结构简单、使用方便。

Description

一种用于PCI Express X2至CPCI Express X2的转接卡

技术领域

本发明涉及一种用于PCI Express X2至CPCI Express X2的转接卡，它用于将计算机中PCIExpress2插槽转换为符合PICMG EXP.0R1.0标准的CPCI Express X2插槽，以使符合PICMGEXP.0R1.0标准的CPCI Express X2插卡可以在PCI Express2插槽中进行应用、调试与测试。本发明属于计算机通信，计算机辅助测试及自动测试领域。

背景技术

PCI Express是新一代的计算机串行总线，其以协议替代了传统的同步或异步时序逻辑总线接口，具有传输速率高、节省硬件资源、无串扰、无码间干扰、无信号偏移、无直流偏置等突出特点。所以，一经推出就得到了广泛的重视和应用。目前各类商用计算机、工业控制计算机等都具有PCI Express扩展槽。可以说，PCI Express总线正逐步替代和取代传统的PCI总线。

PCI Express总线可以配置成1条通道（Lane）连接至32条通道连接，具有非常强的伸缩性，以满足不同系统设备对数据传输带宽不同的需求。PCI Express总线常用的通道配置包括：X1、X2、X4、X8以及X16。通道少的PCI Express卡可以插入通道多的PCI Express插槽中使用，称为上插（Up-plugging）。PCI Express扩展卡外廓尺寸和连接形式与PCI总线非常类似，但是它的引脚定义完全不同，且不支持-12V和5V电源。

CompactPCI Express是国际工业计算机制造者联合会（PCI Industrial ComputerManufacturer's Group，简称PICMG）既CompactPCI（Compact Peripheral ComponentInterconnect，简称CPCI，中文称紧凑型PCI）后，于2005推出发布的紧凑型Express标准（即PICMG EXP.0R1.0）。

CompactPCI Express一方面继承了CompactPCI的原有技术优势，采用高可靠欧洲卡结构，改善了散热条件、提高了抗振动冲击能力、符合电磁兼容性要求，采用2mm密度的高速针孔连接器替代PCI Express中的金手指式互连方式，进一步提高了可靠性，保持了高速差分信号完整性，并增加了负载能力。另一方面更为重要的是，CompactPCI Express中传输的主要是高速、低摆幅差分信号，兼容了PCI Express总线的全部接口协议。由于CompactPCI Express的独到优势，其在电信、计算机通信、工控与测试、航空航天等领域有着非常广阔的应用前景。

但是，由于CompactPCI Express规范接口卡板及机箱的特点，造成了CompactPCI Express接口卡在机箱中的布置非常紧凑，几乎无法方便地进行相关的开发、测试和调试工作。同时，CompactPCI Express相关的设备还比较昂贵，构建一套CompactPCI Express基本平台（机箱和控制器）成本高。

因此，非常有必要为CompactPCI Express接口卡板提供一个既符合接口协议、成本低廉，又便于开发、测试和调试的环境。实际上，由于PCI Express与CompactPCI Express接口协议完全相同，因此二者有诸多内在的关联；而且PCI Express无论商用和工控系统非常普及、价格低廉、系统开发性好，非常适于作为开发、测试和调试的平台。但是由于CompactPCI Express和PCI Express标准连接器及接口定义的区别，致使CompactPCI Express接口板卡根本无法直接在PCI Express系统（计算机）中应用、调试和测试。也就是说，目前PCI Express系统不兼容CompactPCI Express接口板卡（扩展卡）。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于PCI Express X2至CPCI Express X2的转接卡，用于将商用和工业控制台式计算机中的PCI Express X2插槽转换为符合PICMG EXP.0R1.0标准的CPCI Express X2插槽，以使符合PICMG EXP.0R1.0标准的CPCI Express X2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 X2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 X2物理插槽转换为CPCI Express X2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，PERp1和PERn1）、发送差分信号（PETp0和PETn0，PETp1和PETn1）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。

本发明为一种用于PCI Express X2至CPCI Express X2的转接卡，该转接卡包括：

一阻抗控制电路板，用以高速、低损耗、短距离地传输PCI Express X2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 X2接口，其位于阻抗控制电路板的下部边缘，用以与PCI Express X2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 ExpressX2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 Express X2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，至少包括两个参考地层和两个信号层，电路板厚度为1.6mm以上，其外形呈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，两个不同发送通道之间的长度差小于2.54mm（100mil）；两个不同接收通道之间的长度差小于2.54mm（100mil）。

其中，所述的阻抗控制电路板中差分信号线的长度小于66mm（2600mil）。

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（5mil）。

其中，所述的PCI Express接口为符合PCI Express Card Electromechanical SpecificationRevision1.0规范的PCI Express X2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，PERp1和PERn1）、发送差分信号（PETp0和PETn0，PETp1和PETn1）和参考地信号。

本发明一种用于PCI Express X2至CPCI Express X2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PCI Express X2和CPCI ExpressX2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 X2插槽的应用，使其兼容CPCIExpress X2接口卡（扩展卡），大幅度降低CPCI Express X2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 X2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 ExpressX2接口

103CPCIExpress信号插座          104CPCIExpress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0走线 407+12V直流电源覆铜

408PCI Express差分接收信号0走线 409热插拔存在检测信号走线

410M3螺孔                       411M2螺孔

412PCI Express X2金手指         413CPCI Express信号插座孔

41410针双排孔                   415PCI Express差分发送信号1走线

416PCIExpress差分接收信号1走线  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，图1B，本发明较佳实施方式一种用于PCI Express X2至CPCI Express X2的转接卡包括一阻抗控制电路板101、一转接电路板105、一CPCI Express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 X2接口102，用以与PCI ExpressX2插槽进行物理连接，传递信号和直流电源。

其中，所述PCI Express X2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 X2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CPCIExpress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PXIExpress Hardware Specification Revision1.0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。

表3

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

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(Reference clock)信号走线403，PCIExpress差分发送(PCI Express Transmitter Lane0)信号走线406，PCI Express差分发送(PCIExpress Transmitter Lane1)信号走线415，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 X2接口102的金手指管脚B5连接至CPCI Express信号插座103的管脚B3。

其中，SMDAT信号由PCI Express X2接口102的金手指管脚B6连接至CPCI Express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 X2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 X2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 Transmitter Positive Lane0)信号、PETn0(PCI Express Transmitter Negative Lane0)信号。

PCI Express差分发送信号走415包括PETp1(PCI Express Transmitter Positive Lane1)信号和PETn1(PCI Express Transmitter Negative Lane1)信号。

其中，PETp0信号由PCI Express X2接口102的金手指管脚B14连接至CPCI Express信号插座103的管脚C5。

其中，PETn0信号由PCI Express X2接口102的金手指管脚B15连接至CPCI Express信号插座103的管脚D5。

其中，PETp1信号由PCI Express X2接口102的金手指管脚B19连接至CPCI Express信号插座103的管脚E6。

其中，PETn1信号由PCI Express X2接口102的金手指管脚B20连接至CPCI Express信号插座103的管脚F6。

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 X2接口102的金手指管脚A1(PRSNT1#信号)和PCI Express X2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 X2接口102的金手指管脚B1和PCI Express X2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 ExpressReceiver Lane0)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 X2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 X2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 X2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PERp0(PCI Express Receiver Positive Lane0)信号、PERn0(PCI Express Receiver Negative Lane0)信号。

PCI Express差分接收信号走线416包括PERp1(PCI Express Receiver Positive Lane1)信号和PERn1(PCI Express Receiver Negative Lane1)信号。

其中，PERp0信号由PCI Express X2接口102的金手指管脚A16连接至CPCI Express信号插座103的管脚A5。

其中，PERn0信号由PCI Express X2接口102的金手指管脚A17连接至CPCI Express信号插座103的管脚B5。

其中，PERp1信号由PCI Express X2接口102的金手指管脚A21连接至CPCI Express信号插座103的管脚E5。

其中，PERn1信号由PCI Express X2接口102的金手指管脚A22连接至CPCI Express信号插座103的管脚发F5

所述PCI Express Reset信号走线404包括PERST#信号。

其中，PERST#信号由PCI Express X2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 X2接口102的金手指管脚A9和PCI Express X2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CPCI Express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 X2至CPCI Express X2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。

Claims (10)

1.一种用于PCI Express X2至CPCI Express X2的转接卡，其特征在于：该转接卡包括：

一阻抗控制电路板，用以高速、低损耗、短距离地传输PCI Express X2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 X2接口，其位于阻抗控制电路板的下部边缘，用以与PCI Express X2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 ExpressX2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 Express X2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，另一侧通过螺钉与计算机机箱边缘连接固定在一起。

2.根据权利要求1所述的一种用于PCI Express X2至CPCI Express X2的转接卡，其特征在于：所述的阻抗控制电路板为4层以上多层电路板，至少包括两个参考地层和两个信号层，电路板厚度为1.6mm以上，其外形呈L形。

3.根据权利要求1所述的一种用于PCI Express X2至CPCI Express X2的转接卡，其特征在于：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。

4.根据权利要求1所述的一种用于PCI Express X2至CPCI Express X2的转接卡，其特征在于：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。

5.根据权利要求1所述的一种用于PCI Express X2至CPCI Express X2的转接卡，其特征在于：两个不同发送通道之间的长度差小于2.54mm即100mil；两个不同接收通道之间的长度差小于2.54mm即100mil。

6.根据权利要求1所述的一种用于PCI Express X2至CPCI Express X2的转接卡，其特征在于：所述的阻抗控制电路板中差分信号线的长度小于66mm即2600mil。

7.根据权利要求1所述的一种用于PCI Express X2至CPCI Express X2的转接卡，其特征在于：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即5mil。

8.根据权利要求1所述的一种用于PCI Express X2至CPCI Express X2的转接卡，其特征在于：所述的PCI Express接口为符合PCI Express Card Electromechanical SpecificationRevision1.0规范的PCI Express X2金手指接口。

9.根据权利要求1所述的一种用于PCI Express X2至CPCI Express X2的转接卡，其特征在于：所述的双排孔插座传递的电源包括+12V和+3.3V直流电源。

10.根据权利要求1所述的一种用于PCI Express X2至CPCI Express X2的转接卡，其特征在于：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，PERp1和PERn1、发送差分信号PETp0和PETn0，PETp1和PETn1和参考地信号。

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