CN1285968A - 一种用于电源箱输电系统的改进的连接器方案 - Google Patents
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Abstract
一种用于电源箱输电系统的改进的连接器方案,它给电源和耗电模块之间提供了一条低电阻、低电感通路。具体地讲,本发明为一种连接器方案,它包括一个带有多组平面垫片的印刷电路板和一个弹性连接件,平面垫片的每一组均耦合到一个电源和/或一个信号源上,而弹性连接件则用于可拆分地耦合印刷电路板上的每组平面垫片。
Description
参照相关申请
这是1996年6月28日提交的第08/672,864号申请的部分继续。
发明领域
本发明通常涉及对电子电路的电源输电,具体地讲,它涉及由电源供到耗电模块的改进电源输电系统的一种改进型连接器方案。
发明背景
随着集成电路向较高层次集成的发展,功率需求也在增加。对于当前的微处理器和近来已发展及正在发展的相关集成电路或芯片来说,尤其如此。这些芯片运行速度更快,需要并消耗比以前更多的功率。
在典型的计算机系统中,有一块称为主板的大印刷电路板。主板包括一定数量的基本器件并由一个电源提供电压,典型地,该电源电压比主板上器件所需要的直流电压高(如:12V)。主板还包括一些用于子板的连接器,子板能够插入主板并为计算机提供不同功能。例如:这种主板可以提供磁盘驱动器接口和CD ROM接口,以及为局域网提供的调制解调器接口等等。典型地,这些子板工作于母板提供的12V电压或经降低的电压如:5V。通常子板的功耗不是很高(如:<20W)。
然而,目前设计的微处理器工作在较低电压,如:3.3V。由于这些微处理器性能和速度的提高,尽管它们工作电压较低,但也要消耗很大的功率。它们工作在较低的电压时需要一个本地的直流-直流功率转换器来降低主板电压。通常,该直流-直流功率转换器被焊接在主板上,或插在主板的连接器中。这样,低电压便经主板上的导体或印刷电路线传至需要低电压的器件-如微处理器-的连接器上。这种相同的连接器也可提供信号连接。
在本领域的很多系统中,一个或多个微处理器,且在某些情况下与集成电路装置一起安装在一块电路板或模块上。然后,该模块插入到主板上的连接器中。由于微处理器所需的电压较低,且功耗较高,所以供给该模块的电流就变得相当大。其结果是,很难从主板的直流-直流转换器板到该模块之间建立一条低电阻、低电感的通路。由于现有技术领域的装置要求大电流通过两个连接器:一个是自直流-直流转换器进入主板,另一个是自主板经模块连接器到模块,所以上述结果尤其明显。另外,由于直流-直流转换器变成了一个必须与主板上其它器件一同测试的附加器件,所以现有技术装置在制造中可能存在困难。
因此需要一种改进的装置,它能够在低电压时给要求高功率的功耗模块输电,而此低电压必须经一个较高电压转换得到。
发明概述
本发明公开了一种用于电源箱输电系统的改进连接器方案。具体地讲,本发明为一种连接器方案,它包括一个带有多组平面垫片的印刷电路板和一个弹性连接件,平面垫片的每一组均耦合到一个电源和/或一个信号源上,而弹性连接件则用于可拆分地耦合印刷电路板上的每组平面垫片。
结合附图及详述,本发明的其他特点和优点将显而易见。
附图简述
本发明将通过举例来进行说明,但并不局限于附图中的例子,图中相同的参考数字表示类似的部件,其中:
图1A为本发明主要器件彼此独立的透视图。
图1B为模块的电源垫片侧示图,该模块通过伸进连接器由直流-直流转换器进行供电。
图1C为本发明一个实施方案的侧示图。
图2A为模块的电源垫片顶视图,该模块通过伸进连接器由直流-直流转换器进行供电。
图2B为模块的电源垫片底视图,该模块通过伸进连接器由直流-直流转换器进行供电。
图3为图1中直流-直流转换器的后部透视图,示出了它的高压触点。
图4为图1中多芯片模块的底部透视图,示出了它的管脚和底部电源接线。
图5示出了本发明处于一种组装状态下的器件的透视图。
图6为通过直流-直流转换器后部和主板的横截面图,示出了弹簧夹装置、以及直流-直流转换器触点与主板上触点的接触。
发明详述
所描述的是一种用于电源箱输电系统的连接器改进方案。在下面的详述中,对许多具体细节的陈述只是为了全面理解本发明。但是,对本领域的普通技术人员来说,实施本发明不必使用这些具体细节,这将是显而易见的。在其他例子中,为了不使发明造成不必要的模糊不清,众所周知的结构、接口和过程没有详细示出。
图1A的透视图示例地示出了改进的输电(电源箱)系统的基本器件。三个基本器件为主板11,功耗模块13和直流-直流转换器15。在所示的实施方案中,模块13为一种多芯片模块。但本发明同样适用于只有一个芯片的模块。转换器15包括有常规电压转换电路,这些电路位于横截面为矩形的外壳内。插口形式的第一连接器17安装在主板上,用以接收多芯片模块13的管脚19。
连接器17可以是一个信号连接器。与现有技术的连接器相比,功耗模块上所需的管脚数减少了,因此降低了插件插入和拔出时所需的力。在所示的实施方案中,连接器为一种熟知的针栅阵列(PGA)连接器。面栅阵列型(LGA)和球栅阵列型(BGA)或其他类型的连接器同样可以很好地使用。常规类型的连接器17包括多排插口,以便沿其侧面边缘接收管脚。虽然多芯片模块13可以包含需要多种电源的任何电子器件,但在一个典型的实施方案中,该模块只包括一个或多个高速处理器和可能的辅助电路。
安装在主板11上的连接器20有两个接线端21和23,其中可以插入相配套的管脚。直接在主板11上包含有触头的其他类型连接器均可用作接线端子。这些接线端子连接到主板11的总线(未示出)上,并提供一个高于多芯片模块13所需电压的电压-如±12V-和地电位。连接器20和连接器17的后沿25之间留有一定空间。
在所示的实施方案中,连接器17和连接器20之间为弹簧夹形式的紧固件27。如果需要,也可以使用其他形式的固定。所示实施方案中还有多芯片模块13,其顶面和底面分别为29和31。每个表面均为一种平面,且分别终止于多芯片模块13的后侧边缘上的平面电源垫片33和35。这种装置给功耗模块13提供初级电压。
直流-直流转换器包括一个能够安装在弹性或刚性外壳内的伸展连接器37。例如,该连接器37的上接触面和下接触面能够与多芯片模块上的电源垫片33和35相匹配。上下接触面可以是电源垫片平面和接地平面。此外,连接器37与信号连接器17是分开和独立的,通过该连接器37可以有利地为功耗模块13提供供电。供给该功耗模块的大直流电流决不会流到主板上。这样,用一个接口连接器代替了两个电源输电接口,且功率转换器与主板是可分离的。
根据一种实施方案,图1B示例性地示出了该装置的侧视图。具体地讲,图1B(未按比例)示出了多芯片模块的电源垫片33和35伸入到直流-直流转换器的接触面39和41内的方式。根据一种实施方案,电源垫片33和35为平面垫片。如图所示,直流-直流转换器15适于接收多芯片模块13。直流-直流转换器15上的接触面39和41能为多芯片模块13上的平面垫片33和35提供触点。弹性连接器48有一个基本为凹形的弯曲,并且能有弹性地将多芯片模块13耦合到直流-直流转换器15上。其结果是,在直流-直流转换器15和多芯片模块13之间形成一个低电阻、低电感的互连通路。
图1C举例说明了本发明另一个实施方案。如图所示,图1C中的实施方案对图1A-B的装置(未按比例)进行了扩展,使其包含了多于一组的垫片。因此,图1C示出的是多芯片模块13的垫片33、35、50和55伸入到直流-直流转换器的接触面39、41、60和63内的方式。当垫片50和55分别耦合到直流-直流转换器的接触面60和63时,垫片33和35便会继续耦合到直流-直流转换器的接触面39和41。根据一种实施方案,垫片33、35、50和55均为单个平面垫片。弹性连接器49和57能有弹性地将多芯片模块13耦合到直流-直流转换器15上。垫片33、35、50和55都有一个弯曲端和一个基本平直的端,垫片的平直端基本上是平行的,并且彼此绝缘地耦合。
根据本实施方案,设计弹性连接器49和57能够进一步缩短直流-直流转换器15和多芯片模块13之间的低电阻和低电感通路。因此,图1C所示的弹性连接器49和57取代了图1B所示的基本呈凹形弯曲的弹性连接器48,它们基本上是平行的,且具有极小的凸形弯曲。此极小的凸形弯曲允许在多芯片模块13和直流-直流转换器15之间进行弹性耦合,同时可进一步降低两单元之间通路上的电阻和电感。
第一组垫片33和35继续为功耗模块15传送初级电压。根据一种实施方案,第二组垫片50和55可以传送信号和其它电压。在另一实施方案中,也可以用第二组垫片50和55也用来传送初级电压,以进一步降低电阻。在这两个实施方案中,第二组垫片的使用使图1B的方案得到了扩充,从而可以用于更灵活的输电和信号传送系统。具体地讲,图1C的实施方案可以使信号及电压与主电源电压/初级电压一起并行传送。
只要保持一条低电阻、低电感的电流通路的主要目标不变,此方案可以进一步扩充为包括多组垫片。多组垫片可以用来传送信号和电压的组合。在本发明的任何一种实施方案中,关键是要提供一种具有低电感、低电阻电流通路的结构。
图2A-B示出了本发明的另一个实施方案。图2A是多芯片模块13的顶视图,它包括垫片50和33。在所示的实施方案中,垫片50和33均被接地。图2B是多芯片模块13的底视图,它包括垫片55和35。虽然本实施方案中垫片35被表示成单个的平面形片(同图1B-C的实施方案),但是,按照本实施方案,垫片55被分成多个较小的垫片。这样,垫片55能够提供多个电压和信号。如图所示,虽然垫片55只提供两个电压和一系列信号,但垫片55实际上可以设置为提供任意数量的电压和信号。
图3示出了直流-直流转换器15旋转后的视图,这样便可以看到其外壳的后面。如图所示,在此直流-直流转换器后面还包括有从其外壳底部延伸出来的管脚43和45,当直流-直流转换器15插到主板11上时,上述管脚便可以耦合到连接器20的端子21和23上。端子21和23的力量足以把直流-直流转换器15固定在主板上。
然而,在所示的实施方案中,还提供了附加的紧固件。为此,在本视图中可以看到直流-直流转换器外壳侧面的凹槽或凹壁47,当该直流-直流转换器安装到主板11上时,弹簧夹27能够卡进凹槽47中。弹簧夹的弹力能够把直流功率转换器牢牢地固定在主板11上,如果连接器20和管脚43和45提供的固定力量不够,那么还可以使用其它紧固如螺栓利用本领域技术人员熟悉的方法,直流-直流功率转换器15中的电路把较高的电压转换成较低的电压,然后将其加在它的触点39和41上,由此送至多芯片模块的电源垫片33和35。
图4是把模块13翻转过来的视图,这样就可以看到底部电源垫片35以及管脚19。图5示出了器件组装后的透视图。模块13的边缘插入到连接器37中后,其底部的管脚19便插入到连接器17中。如图所示,这种直流-直流转换器安装方法带来的制造上的优点是:直流-直流转换器可以独立测试,且能够方便地插入到主板上;不必在主板上构造和测试直流-直流转换器。通过弹簧夹27与凹壁47的啮合,直流-直流转换器15便与主板11保持接触。虽然图中示出的是弹簧夹,但也可采用其它形式的紧固方式,例如:可用螺栓穿过直流-直流转换器上带有开孔的连接片,然后旋进电路板的螺孔中。
如图6的后视图所示,上述紧固件能够使直流-直流转换器15与主板11保持良好接触,并且能防止管脚43及45与连接器20的端子之间的接线断开。
这样便公开了一种改进的用于电源箱输电系统的连接器方案。此处所描述的具体装置和方法仅仅用于说明本发明的原理。本领域的普通技术人员可对发明的形式和细节进行修改,但均不会脱离本发明的范围。虽然本发明是根据相关的优选实施方案来进行阐述的,但这不应视为限制。相反,本发明只受附属权利要求的范围限制。
Claims (16)
1.一种连接器方案,包括:
一个具有多组平面垫片的印刷电路板,所述多组平面垫片的每一组均耦合到一个电源和/或一个信号源上;以及
一个弹性连接件,它用于与印刷电路板上的多组平面垫片的每一组进行可拆分地耦合。
2.根据权利要求1的连接器方案,其中,所述印刷电路板还包括:
上表面;
下表面;和
所述多组平面垫片还包括:
具有第一和第二垫片的第一组平面垫片,第一垫片安装在上表面上且第二垫片安装在下表面上;
具有第一和第二垫片的第二组平面垫片,第一垫片安装在上表面上且第二垫片安装在下表面上,第二组平面垫片安装在离第一组垫片有一预定距离的地方。
3.根据权利要求2的连接器方案,其中,所述弹性连接装置还包括:
可拆分地耦合到所述第一组平面垫片的第一组平面;
可拆分地耦合到所述第二组平面垫片的第二组平面,该第一和第二组平面均耦合到至少一个功耗模块上。
4.一种连接器方案,包括:
一块印刷电路板,含:
上表面;
下表面;
具有第一和第二垫片的第一组平面垫片,第一垫片安装在上表面上且第二垫片安装在下表面上;
具有第一和第二垫片的第二组平面垫片,第一垫片安装在上表面上且第二垫片安装在下表面上,第二组平面垫片安装在离第一组垫片有一预定距离的地方;
弹性连接装置包括:
可拆分地耦合到所述第一组垫片的第一组平面;
可拆分地耦合到所述第二组垫片的第二组平面,该第一和第二组平面均耦合到至少一个功耗模块上。
5.根据权利要求4的连接器方案,其中,所述弹性连接装置中第一和第二组平面彼此是基本平行的。
6.根据权利要求4的连接器方案,其中,所述第一组平面包括两个基本平行的金属片,这两个基本平行的金属片每个均含一个直端和一个弯曲端,直端耦合在至少一个功耗模块上,弯曲端适于可拆分地耦合到所述第一组垫片上。
7.根据权利要求6的连接器方案,其中,所述第二组平面包括两个基本平行的金属片,这两个基本平行的金属片每个均含一个直端和一个弯曲端,直端耦合在至少一个功耗模块上,弯曲端具有极小的凸形弯曲,且适于可拆分地耦合到所述第二组垫片上。
8.根据权利要求7的连接器方案,其中,所述第二组平面基本上居于第一组平面内,第二组平面的两个基本平行的金属片较第一组平面的两个基本平行的金属片更靠近。
9.根据权利要求7的连接器方案,其中,所述每个第一和第二组平面的基本平行的金属片其弯曲端均构成一个弹性装置,以便可拆分地在该印刷电路板上耦合第一和第二组垫片。
10.根据权利要求7的连接器方案,其中,所述基本平行的金属片均包括一个具有单个连接片的顶部、和一个被分成多片的底部,其中被分成多片后的每一片均耦合到不同的电源上。
11.一种将一个功耗模块耦合到至少一个电源上的可拆分连接器,该可拆分连接器包括:
具有一个直端和一个弯曲端的第一弹性连接装置;
具有一个直端和一个弯曲端的第二弹性连接装置,第二弹性连接装置的直端与第一弹性连接装置的直端基本平行,且彼此绝缘。
12.根据权利要求11的可拆分连接器,其中,第一和第二弹性连接装置的每个弯曲端均适于接收连在该至少一个电源上的接线。
13.根据权利要求12的可拆分连接器,其中,第一和第二弹性连接装置的弯曲端为弹簧片。
14.一种适于耦合到可拆分功耗模块上的印刷电路板,该印刷电路板包括:
安装在印刷电路板的上表面和下表面的第一组垫片;安装在印刷电路板的上表面和下表面的第二组垫片,该第二组垫片安装在离第一组垫片有一预定距离的地方,第一组垫片电气耦合在第一电源上,而第二组垫片则耦合在第二电源上。
15.根据权利要求14的印刷电路板,其中,第一电源和第二电源均为供电电源。
16.根据权利要求14的印刷电路板,其中,所述第二电源为一种信号源。
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