CN1505784A - 用于66兆赫pci总线竖板卡系统的拓扑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种小型竖板卡系统，其提供了两个或更多的PCI连接器以连接一个或多个外设板到一条在计算机底板上的PCI总线，同时满足对1U系统的高度要求。在一个实施例中，这个发明在连接到在一条66兆赫PCI总线上的单个连接器的两个竖板卡上提供了两个64位的连接器。

Description

用于66兆赫PCI总线竖板卡系统的拓扑结构
发明领域
这个发明涉及用于计算机底板的一个竖板卡(risercard)拓扑结构，而且尤其涉及一个能够连接一个或多个外设板到一条PCI总线的66兆赫PCI总线竖板卡系统。
一般的背景知识
随着计算机系统的发展，对在每平方英寸的底板空间中提供更多组件、诸如半导体设备、连接器、存储器等有日益增加的需要。在某些应用、诸如网络服务器中，这个需要一部分通过使用排列在一个导轨内的多个机架已经得到了解决。机架是一个被设计成能包容或者保持一个计算机底板或电路板的设备。多个机架然后可以在一个导轨中紧密地排列或者层叠，该导轨通常是一个类似柜子的结构。导轨提供了一条计算机底板可以连接到其上面用于操作的公共总线。
为了提供某些设计标准，机架外壳被规定为1U、2U、等。“1U”定义了一个能够包含不超过1.75英寸高的电路板的机架。“1U”系统经常被配置在数据中心和主机服务提供者站点中以实现最大的性能密度。“2U”被定义为“2×1U”或者3.5英寸，诸如此类。因此，这些间隔单位定义了计算机底板、包含能够被配置在这种机架中的所有组件和外设板的最大高度。
一种实现这种性能密度的方法是通过最小化安装在一个底板上的连接器或者插槽的数目。然而，这同时限制了可以被连接到该底板上的卡的数目。
由于在每个计算机底板之间的有限空间，所以还存在一个重要的问题。例如，在一个1U系统中，在高度上仅仅有1.75英寸可以用来安装存储器模块和外设卡。因为在一个计算机底板上垂直于底板表面安装了许多连接器和插槽，由于它们在高度上将超出1.75英寸，所以这会阻止安装许多外设卡。
这个问题的一种解决方案是使用一个竖板卡，其允许在一个与计算机底板水平的位置安装外设卡。通常，“竖板卡”是一个连接到在计算机底板上的现有连接器或者插槽的模块，并且在外围设备可以连接到其上的该模块上包含一个或多个连接器。通过使竖板卡紧凑并且在一个与计算机底板水平的位置在其上安装连接器，外设卡可以被连接到竖板卡以便装配在1U系统的1.75英寸限制条件的范围之内。
用于外设卡的一个普通连接器是外设组件互连(PCI)插槽。PCI总线由Intel公司提出作为提供一种高速扩展总线标准的一种解决方案。原有的PCI总线标准已经升级了若干次，现行标准为修订版2.2，可以从位于5440WestgateDrive，Suite217Portland，Oregon97221的一个被称为PCI专业组的同业公会中获得，也可在 www.pcisig.com处找到。PCI规范Rev.2.2被包括在此作为参考。提供用于32位或者64位的PCI总线以33兆赫(MHz)或者66MHz传输。它能够用包含适配器、需要到彼此的快速访问和/或系统存储器的外设卡填充，并且能够由主处理机以接近处理器本地总线速度的速度进行访问。一条64位、66MHzPCI总线具有一个528兆字节/秒的理论最大传送率。
随着对更快计算机需要的增长，66MHzPCI总线在计算机系统中已经变得普遍。在使用66MHzPCI总线标准的计算机底板设计中的一个考虑是信号反射。在一个传输信号从第一传输介质横跨具有不同特征阻抗的第二传输介质的地方会发生信号反射。例如，在一个连接器电连接一条PCI总线到一个外设卡的地方就是这种情况。反射的另一个来源是在单条传输路径分成两条或更多传播路径的地方。
因此，在板上的设备和在外设卡上的PCI设备之间添加连接器和竖板卡会导致在66MHzPCI总线上一个较大的信号质量问题。随着传输频率的增加，由这种反射引起的信号波形的破坏就变得越来越成问题。因此，在设计一个包含66兆赫总线的计算机底板中，包含插槽、竖板卡和外设卡的传输路径必须被仔细地考虑以便最小化信号反射。
因此，需要有这样一个小型竖板卡系统，该系统将提供两个或更多64位PCI插槽以把一个或多个外设底板连接到在计算机底板上的一条66MHzPCI总线，同时满足对1U系统的高度要求。
附图简要说明
图1是主要竖板卡的一个示范实施例的前视图。
图2是主要竖板卡的一个示范实施例的后视图。
图3A是图1中的主要竖板卡的一个示范实施例的侧视图。
图3B是图2中的主要竖板卡的一个示范实施例的侧视图。
图4是辅助竖板卡的一个示范实施例的前视图。
图5是辅助竖板卡的一个示范实施例的后视图。
图6是辅助竖板卡的一个示范实施例的侧视图。
图7A是主要竖板卡和辅助竖板卡互连的一个示范实施例的侧视图。
图7B是在图7A中显示的主要和辅助竖板卡互连的一个示范实施例的第一分解透视图。
图7C是在图7A中显示的主要和辅助竖板卡互连的一个示范实施例的第二分解透视图。
图8A说明了图1中的主要竖板卡的配置。
图8B给出了用于在图8A中所示的配置的一组轨迹长度。
图9A说明了图4中的辅助竖板卡的配置。
图9B给出了用于在图9A中所示的配置的一组轨迹长度。
图10A说明了一个包含主要和辅助竖板卡的配置。
图10B给出了用于在图10A中所示的配置的一组轨迹长度。
图11A说明一个电路板的配置，在其上可以连接图8A、8B、9A、9B、10A、和10B中的竖板卡。
图11B给出了用于在图11A中所示的配置的一组轨迹长度。
图12说明了主要和辅助竖板卡可以连接到其上的一个电路板的一个示范实施例。
本发明的详细说明
图1说明了一个主要竖板卡100的一个示范实施例的前视图。“主要竖板卡”被定义为一个具有一个连接边106以连接到一个插槽或者基板连接器的竖板卡基底102。在一个实施例中，主要竖板卡100的连接边106可以被设计成与一个PCI插槽相连。连接边106可以遵循PCI标准规范，而且可以包含一个或多个电接触点110，以电连接该主要竖板卡100到一条PCI总线。在本发明的一个实施例中，在主要竖板卡的连接边106和相对边112之间的距离在0.25英寸到1.75英寸的范围之内。这样是使得主要竖板卡100将会装配在一个1U系统的物理限制范围内。依据第二实施例，主要竖板卡100大约为一(1)英寸高。
依据本发明的一个实施例，主要竖板卡100可以包含一个或多个插槽104，它们可以电连接到一个或多个电接触点110。在整个文档之中使用的术语“插槽”被定义为和术语“连接器”是同义的，并且可以互换。在一个实施例中，该一个或多个插槽104可以是64位或者32位的PCI插槽。一个或多个插槽104可以被安装在主要竖板卡基底102的前表面或者后表面上，以便使它基本上和主要竖板卡100可以连接到其上的计算机底板水平。
图2说明了主要竖板卡200的一个示范实施例的后视图。依据这个实施例，一个或多个板间连接器216和218可以被安装在主要卡基底202的一个表面上。这些一个或多个板间连接器216和218还可以被安装在和图1中的主要竖板卡100的插槽104相同或者相对的表面上。
依据另一个实施例，一个或多个板间连接器216和218可以与在主要竖板卡200上的一个或多个电接触点210相连。在另一个实施例中，连接器可以与在图1中的一个或多个插槽104电连接。这些一个或多个连接器216和218，不论是单独或者组合，都能够提供包括地址线、数据线、时钟、和配置线在内的PCI总线的所有信号。在一个这样的实施例中，一个或多个板间连接器216和218可以提供用于一条66MHzPCI总线的信号。在一个配置中，一个或多个板间连接器216和218可以包含一个第二PCI插槽。
图3A说明了图1中的主要竖板卡100的侧视图。一个或多个插槽104以这样一种方式被安装在主要竖板卡基底102的第一表面上，以便使当主要竖板卡100与在一个计算机底板上的一个基板连接器相连时组合的结构在高度上不会超过1.75英寸。这允许第一外设卡与主要竖板卡的一个或多个插槽104相连。
图3B说明了包含图2中的一个或多个板间连接器216和218(没有显示)的一个示范性主要竖板卡200的侧视图。这些板间连接器216和218可以用来连接第二外设卡到和第一外设卡相同的PCI总线，该第一外设卡可以与在主要竖板卡200上的一个或多个插槽204相连。依据另一个实施例，连接器216和218可以用来与辅助竖板卡相连。在第一实施例中，一个或多个板间连接器216和218可以是单个64位的PCI插槽。在其它实施例中，该一个或多个连接器216和218可以是一组两个90个管脚的连接器或者三个60个管脚的连接器。
图4说明了一个辅助竖板卡400的示范实施例的前视图。通常，“辅助竖板卡”400被定义为一个具有一个插槽404以与一个外设卡相连的竖板卡基底402，并且可以可移动地和主要竖板卡相连的。辅助竖板卡对于允许两个或更多外设卡与在一个计算机底板上的单个插槽电相连是有用的。在一个实施例中，在辅助竖板卡400上的插槽是一个64位的PCI插槽。
图5说明了辅助竖板卡500的一个实施例的后视图。除了图4中的插槽404之外，辅助竖板卡500还可以包含一个或多个连接器506和510用于电连接到主要竖板卡。在辅助竖板卡500的各个实施例中，一个或多个板间连接器506和510可以被安装在和(在图4中的)插槽404相同或者相对的表面上。
图6说明了一个辅助竖板卡600配置的侧视图。在这个配置中，辅助竖板卡基底602具有一个安装在第一表面上的PCI插槽604和至少一个安装在第二表面上的板间连接器606。依据一个实施例，辅助竖板卡600的宽度在0.25英寸到1.75英寸的范围之内，以便使辅助竖板卡600将装配在一个1U系统的物理限制范围之内。在另一个实施例中，辅助竖板卡可以具有安装在该基底同一表面上的一个PCI插槽和一个或多个连接器。
图7A说明了主要竖板卡702和辅助竖板卡700互连的一个侧视图。这个配置包含一个主要竖板卡702，其包含基底710、插槽706、和一个或多个板间连接器732，连接到一个包含基底708、插槽704、和一个或多个板间连接器730的辅助竖板卡700。这些竖板卡经由板间连接器730和732电连接。这个侧视图还说明了在一个实施例中主要和辅助竖板卡702和700可以具有大约相同的高度。依据一个配置，这些竖板卡小于1.75英寸高。
在主要竖板卡基底710上提供了一个连接边712以电连接组件700和702到一个电路板或者计算机底板。依据一个实施例，在辅助竖板卡700上的插槽704可以电连接到在主要竖板卡702上的连接边712。
在一个实施例中，插槽704和706可以是32位和64位的PCI插槽的任意组合。这样的配置将允许至少两个外设卡与在一个计算机底板上的单个PCI插槽相连同时装配在一个1U系统的物理限制范围之内。在一个配置中，安装在主要和辅助竖板卡上的插槽704和706是64位的PCI插槽。
图7B说明了图7A中的主要和辅助竖板卡的一个实施例的第一分解透视图。如图所示，包含基底710、插槽706、和连接边712的主要竖板卡702可以与包含基底708、插槽704、和一个或多个板间连接器730的辅助竖板卡700相连。
图7C说明了在图7A中显示的实施例的第二分解透视图。如图所示，主要竖板卡702包含一个或多个板间连接器732以连接到辅助竖板卡700的板间连接器730(在图7B中)。另外，主要和辅助竖板卡702和700还可以包含一个或多个孔720和722，穿过这些孔可以安装一个锁紧机构或者紧固件以固定两个卡700和702。
设计以上所述的竖板卡以利用一条66MHzPCI总线进行操作的一个难题是选择沿着该总线和接口组件、将最小化信号反射并且满足PCI修订版2.2的时序规范的传输路径。通过仿真和实验测试，已经发现了一组特定的轨迹或者信号通路长度可以实现这些目的。
图8A说明了用于一条从在计算机底板上的一个基板连接器802或者PCI插槽贯穿主要竖板卡和与该主要竖板卡相连的外设卡806的PCI总线的信号传输路径或者轨迹。依据本发明的一个实施例，从基板连接器802到在主要竖板卡上的PCI连接器804的信号通路应当不长于大约1.4英寸。在第二实施例中，该轨迹或者信号通路长度大约可以在0.3到1.1英寸之间。在外设卡或者PCI卡上的轨迹长度由用于66兆赫总线的PCI规范修订版2.2所定义。在本发明的第一实施例中，在外设卡上的轨迹长度应当不长于大约2英寸。在图8B中说明了这些值。
图9A说明了用于一条从在计算机底板上的基板连接器902或者PCI插槽、经过一个没有外设卡与之相连的主要竖板卡、到具有与之相连的外设908的辅助竖板卡的PCI总线的信号传输路径或者轨迹。依据本发明的一个实施例，从基板连接器902到在主要竖板卡上的板间连接器904的信号通路长度可以不长于大约2英寸，而且最好是在大约1到1.7英寸之间。从在辅助竖板卡上的板间连接器910到在辅助卡上的PCI连接器906的信号通路长度可以不长于大约1.9英寸，而且最好是在大约0.2到1.6英寸之间。在外设卡908或者PCI卡上的轨迹长度由用于66MHz总线的PCI规范修订版2.2定义，而且长度可以不长于大约2英寸。在图9B中说明了这些值。
图10A说明了用于一条从在计算机底板上的基板连接器1002或者PCI插槽经过主要竖板卡和辅助竖板卡的PCI总线的信号传输路径或者轨迹，其中每个竖板卡都具有一个外设1012和1014与之相连。在一个实施例中，PCI总线以66MHz进行操作。在另一个实施例中，在主要和辅助竖板卡上的PCI插槽是64位的PCI插槽。依据本发明的一个实施例，从基板连接器1002到在主要竖板卡上的PCI插槽1004的信号通路长度可以不长于大约1.4英寸，而且最好是在大约0.3到1.1英寸之间。依据另一个实施例，从PCI插槽1004到在主要竖板卡上的板间连接器1006的信号通路长度可以不长于大约1.5英寸，而且最好是在大约0.8到1.2英寸之间。在第三实施例中，从在辅助竖板卡上的板间连接器1010到在辅助卡上的PCI连接器1008的轨迹长度可以不长于大约1.9英寸，而且最好是在大约0.2到1.6英寸之间。在图10B中说明了这些轨迹长度值。
图11A说明了具有一条PCI总线、并且包含一个基板连接器1110或者PCI插槽的电路板1100或者计算机底板，如图8A、8B、、9B、10A、和10B所示的任何主要和辅助竖板卡配置都可以连接到连接器1110或者PCI插槽上。这个电路板和在其上的组件仅仅是许多在其上可以连接主要和辅助竖板卡的许多系统中的一个。
如图所示，在计算机底板1100上、被标识为段“C”和“D”的PCI总线由PCI规范修订版2.2定义，并且可以包含遵循PCI规范修订版2.2的主机桥接器1102及其它PCI设备1104。虽然在图11A中显示了一个主机桥接器1102和一个通用PCI设备1104，但是这仅仅是用来说明的，而且可以使用其它设备。例如，一个小型计算机系统接口(SCSI)控制器可以与PCI总线相连。
依据本发明的第一实施例，在主机桥接器1102和PCI设备1104之间的轨迹或者信号通路的长度最大值应当为大约2英寸。在这个段上选择由段“A”、“B”、“C”的交点定义的“T”点1106，以使得从这个点到主机桥接器1102和PCI设备1104中任何一个的轨迹长度不超过大约1.2英寸，最好是不长于大约1英寸，而且到基板连接器的总长度不超过大约8.5英寸，最好是不长于7英寸。
必须指出的是，主机桥接器1102和PCI设备1104连接到PCI总线的点可以是沿着段“C”或者“D”的任何地方。即，不论是单独或者组合，任何这些设备都可以在沿着总线的任何地方连接到PCI总线而没有改变本发明的特性。另外，PCI设备1102和1104不需要在如图所示的“T”点1106处连接。在一个实施例中，主机桥接器1102可以和段“C”相连，而PCI设备1104可以和段“D”相连。
在本发明的一个实施例中，在“T”点1106和基板连接器1110之间放置一个衰减电阻1108。衰减电阻1108的功能是当主机桥接器1102驱动时衰减来自在外设卡或者PCI设备上的接收器的反射。依据一个实施例，从衰减电阻1108到基板连接器1110的轨迹长度不超过大约2.5英寸，最好是不长于大约2英寸。从电阻1108到“T”点1106的轨迹长度应当不长于大约6英寸，最好是不长于大约5英寸。依据本发明的一个实施例，衰减电阻1108可以小于或等于大约200欧姆。
在另一个实施例中，可以在基板连接器1110处给出一个上拉电阻1112以连接到电压电源1114。从上拉电阻1108到基板连接器1110的短截线长度应当最大为大约1.2英寸，最好是不长于1英寸。依据本发明的一个实施例，上拉电阻1112小于或等于大约2K欧姆。
图12说明了主要竖板卡1302和辅助竖板卡1304可以如何与电路板1306相连的示例配置。在这个实施例中，辅助竖板卡1304与主要竖板卡1302相连。主要竖板卡1302可以与在电路板1306上的插槽1308相连。依据这个配置，每个竖板卡1302和1304都可以包含插槽1310和1312，外设卡可以在一个实质上和电路板1306水平的位置连接到这些插槽上。
虽然已经对本发明进行了详细的描述和举例说明，但是应清楚地理解这仅仅是用于说明和示例而不是用于限制，本发明的精神和范围仅仅由以下的权利要求书来进行限定。

Claims (40)

1.一种设备，包含：
一个主要竖板卡基底，包含一个电连接的边以连接到一条PCI总线；以及
一个PCI插槽，安装到主要竖板卡基底的第一表面上，并且电连接到连接边。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于：主要竖板卡基底从连接边到相对的一个边在高度上小于1.75英寸。
3.如权利要求所述的设备，其特征在于：连接边连接到一条66兆赫的PCI总线。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于：PCI插槽是一个用于66兆赫PCI总线的64位插槽。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于：连接边包含至少一个导电的指针。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于：在至少一个导电的指针和安装到第一表面上的PCI插槽之间的电路长度不会长于1.4英寸。
7.如权利要求5所述的设备，其特征在于：在至少一个导电的指针和安装到第一表面上的PCI插槽之间的电路长度在0.3英寸到1.1英寸的范围之内。
8.如权利要求5所述的设备，进一步包含：
至少一个连接到主要竖板卡基底的连接器。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于：该至少一个连接器连接到基底的第二表面上。
10.如权利要求8所述的设备，其特征在于：该至少一个连接器能够传输66兆赫PCI总线中的信号。
11.如权利要求8所述的设备，其特征在于：在该至少一个导电的指针和该至少一个连接器之间的电路长度在不会长于1.5英寸。
12.如权利要求8所述的设备，其特征在于：在该至少一个导电的指针和该至少一个连接器之间的电路长度在0.8英寸到1.2英寸的范围之内。
13.如权利要求1所述的设备，进一步包含：
一个辅助的竖板卡基底；以及
一个PCI插槽，安装到辅助竖板卡基底的第一表面上，并且电连接到主要竖板卡的连接边。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于：辅助竖板卡基底在第一表面的最短尺寸上小于1.75英寸。
15.如权利要求13所述的设备，其特征在于：辅助竖板卡的PCI插槽是一个用于66兆赫PCI总线的64位插槽。
16.如权利要求13所述的设备，进一步包含：
一个连接到主要竖板卡基底的第一连接器；以及
一个第二连接器，连接到辅助竖板卡基底并且连接到主要竖板卡的第一连接器，以把在辅助竖板卡基底上的PCI插槽电连接到主要竖板卡的连接边。
17.如权利要求16所述的设备，其特征在于：在主要竖板卡上的至少一个导电的指针和在主要竖板卡上的第一连接器之间的电路长度在1英寸到1.7英寸的范围之内。
18.如权利要求16所述的设备，其特征在于：在辅助竖板卡上的第二连接器和在辅助竖板卡上的PCI插槽之间的电路长度在0.2英寸到1.6英寸的范围之内。
19.如权利要求13所述的设备，其特征在于：在辅助竖板卡上的至少一个导电指针和在辅助竖板卡上的PCI插槽之间的电路长度不会长于3.9英寸。
20.如权利要求13所述的设备，其特征在于：在辅助竖板卡上的至少一个导电指针和在辅助竖板卡上的PCI插槽之间的电路在1英寸到3.3英寸的范围之内。
21.一种辅助竖板卡，包含：
一个基底；
一个连接到基底的板间连接器；以及
一个PCI连接器，连接到基底的第一表面上，并且电连接到板间连接器。
22.如权利要求21所述的辅助竖板卡，其特征在于：辅助竖板卡基底在第一表面的最短尺寸上小于1.75英寸。
23.如权利要求21所述的辅助竖板卡，其特征在于：PCI连接器是一个用于66兆赫PCI总线的64位PCI连接器。
24.如权利要求21所述的辅助竖板卡，其特征在于：PCI连接器是一个用于66兆赫PCI总线的32位PCI连接器。
25.如权利要求21所述的辅助竖板卡，其特征在于：在板间连接器和PCI连接器之间的电路长度在0.2英寸到1.6英寸的范围之内。
26.一个计算机系统，包含：
一个电路板；
在电路板上的一条PCI总线；
一个安装在电路板上并且电连接到PCI总线的第一PCI插槽；以及
一个主要竖板卡，连接到第一PCI插槽，并且包含第二PCI插槽以连接到一个外设卡。
27.如权利要求26所述的计算机系统，其特征在于：PCI总线是一条66兆赫的PCI总线。
28.如权利要求26所述的计算机系统，其特征在于：第一和第二PCI插槽是64位的PCI插槽。
29.如权利要求26所述的计算机系统，进一步包含：一个在电路板上并且电连接到PCI总线的主机桥接器。
30.如权利要求29所述的计算机系统，其特征在于：在主机桥接器和PCI总线之间的电路长度不会长于1英寸。
31.如权利要求29所述的计算机系统，其特征在于：在主机桥接器和第一PCI插槽之间的电路长度不会长于8英寸。
32.如权利要求29所述的计算机系统，其特征在于：在第一PCI插槽和第二PCI插槽之间的电路长度不会长于1.4英寸。
33.如权利要求26所述的计算机系统，进一步包含：
一个安装在主要竖板卡上并且电连接到PCI总线的板间连接器。
34.如权利要求33所述的计算机系统，进一步包含：
一个辅助竖板卡，电连接到在主要竖板卡上的板间连接器，并且包含一个第三PCI插槽以连接到一个外设卡。
35.一个设备，包含：
用于连接第一竖板卡到一个电路板并且提供第一连接器以连接第一外设卡的装置；以及
用于连接第二竖板卡到第一竖板卡并且提供第二连接器以连接第二外设卡的装置。
36.如权利要求35所述的设备，其特征在于：主要竖板卡和辅助竖板卡高度小于1.75英寸。
37.如权利要求35所述的设备，其特征在于：主要竖板卡和辅助竖板卡高度小于1英寸。
38.如权利要求35所述的设备，其特征在于：在主要竖板卡上的第一连接器是一个64位的PCI总线连接器。
39.如权利要求38所述的设备，其特征在于：在辅助竖板卡上的第二连接器是一个64位的PCI总线连接器。
40.如权利要求38所述的设备，其特征在于：在辅助竖板卡上的第二连接器是一个32位的PCI总线连接器。
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