CN201594206U - 一种工控主板及其扩展板、工业计算机 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于线路板技术领域，提供了一种工控主板及其扩展板、工业计算机，所述工控主板上不包括音频组件和/或视频组件，所述工控主板通过一扩展接口与包括音频组件和/或视频组件的外部扩展板连接；所述扩展接口包括音频功能引脚和/或视频功能引脚。本实用新型中，通过在工控主板上减少音频/视频组件，可以节省更多的空间用于工控主板关键元器件的布局，散热方便的同时也使信号质量得以提高，从而提高了工控主板系统的稳定性，还可降低系统功耗。

Description

一种工控主板及其扩展板、工业计算机

技术领域

本实用新型属于线路板技术领域，尤其涉及一种工控主板及其扩展板、工业计算机。

背景技术

目前常见到的工控主板在设计时，不会根据使用环境是否会使用到音频和视频而作电路设计的加减。而是将音频芯片、VGA电路统统做到工控主板上，如图1所示，其中各标号含义为：1.功能接口连接器区域；2.中央处理器；3.北桥；4.南桥；5.音频芯片；6.音频信号(从南桥传输到音频芯片)；7.VGA信号(从北桥通过VGA信号输出滤波电路和静电保护电路传输到VGA信号输出接口，或者通过电压转换电路传输到VGA信号输出接口)；8.VGA信号输出接口；9.模拟音频信号(从音频芯片传输到音频模拟信号输出接口)；10.音频模拟信号输出接口；11.VGA信号输出滤波电路、静电保护电路；12.电压转换电路。这种功能繁多的结构使尺寸本来已经非常小的工控主板的空间更加紧凑，不利于合理的工控主板布局和散热设计，也为PCB工程师的设计带来非常大的限制，同时增加了系统功耗。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种工控主板及其扩展板、工业计算机，旨在解决现有的工控主板布局不合理、不利于散热、系统功耗较高的问题。

本实用新型是这样实现的，一种工控主板，所述工控主板上不包括音频组件和/或视频组件，所述工控主板通过一扩展接口与包括音频组件和/或视频组件的外部扩展板连接；所述扩展接口包括音频功能引脚和/或视频功能引脚。

进一步地，所述音频功能引脚包括音频时钟信号引脚、音频数据输入信号引脚、音频数据输出信号引脚、音频同步控制信号引脚、音频芯片复位信号引脚、电源信号引脚、零电位信号引脚中的一种或多种。

进一步地，所述视频功能引脚包括VGA信号引脚和/或LVDS信号引脚；

所述VGA信号引脚包括：VGA三原色信号引脚、VGA垂直方向同步控制信号引脚、VGA水平方向同步控制信号引脚、VGA显示通路数据信号引脚、VGA时钟信号引脚、电源信号引脚、零电位信号引脚中的一种或多种；

所述LVDS信号引脚包括：LVDS供电信号引脚，LVDS差分数据信号引脚，LVDS差分时钟信号引脚，LCD EDID信号引脚、零电位信号引脚中的一种或多种。

进一步地，所述VGA信号引脚还包括一扩展板侦测信号引脚；所述工控主板包括：

与所述扩展板侦测信号引脚连接的控制信号发生器；

输出VGA信号的显示芯片控制器；

第一信号选通IC，其控制信号端与所述控制信号发生器连接，其输入端与所述显示芯片控制器的VGA三原色信号输出端、VGA显示通路数据信号输出端、VGA时钟信号输出端连接，其第一输出端连接高电平电位端，其第二输出端则与所述视频功能引脚中的VGA三原色信号引脚、VGA显示通路数据信号引脚、VGA时钟信号引脚连接；所述控制信号发生器控制其输入端与其第一输出端、第二输出端之间交替导通；

第二信号选通IC，其控制信号端与所述控制信号发生器连接，其输入端与所述显示芯片控制器的VGA垂直方向同步控制信号输出端、VGA水平方向同步控制信号输出端、VGA时钟信号输出端连接，其第一输出端连接零电位端，其第二输出端则与所述视频功能引脚中的VGA垂直方向同步控制信号引脚、VGA水平方向同步控制信号引脚连接；所述控制信号发生器控制其输入端与其第一输出端、第二输出端之间交替导通。

本实用新型还提供了一种扩展板，所述扩展板包括音频组件和/或视频组件，所述扩展板通过一扩展接口与如上所述的工控主板连接，所述扩展接口包括音频功能引脚和/或视频功能引脚。

进一步地，所述音频组件包括有音频芯片、音频模拟信号输出接口；所述音频功能引脚包括音频时钟信号引脚、音频数据输入信号引脚、音频数据输出信号引脚、音频同步控制信号引脚、音频芯片复位信号引脚、电源信号引脚、零电位信号引脚中的一种或多种。

进一步地，所述视频组件包括VGA信号功能组件和/或LVDS信号功能组件；所述视频功能引脚包括VGA信号引脚和/或LVDS信号引脚；

所述VGA信号功能组件包括VGA信号输出接口、VGA信号滤波电路、VGA信号静电保护电路和电压转换电路；所述VGA信号引脚包括VGA信号引脚和/或LVDS信号引脚；VGA三原色信号引脚、VGA垂直方向同步控制信号引脚、VGA水平方向同步控制信号引脚、VGA显示通路数据信号引脚、VGA时钟信号引脚、电源信号引脚、零电位信号引脚中的一种或多种；

所述LVDS信号引脚包括：LVDS供电信号引脚，LVDS差分数据信号引脚，LVDS差分时钟信号引脚，LCD EDID信号引脚、零电位信号引脚中的一种或多种。

进一步地，所述VGA信号引脚还包括一扩展板侦测信号引脚。

本实用新型还提供了一种工业计算机，包括如上所述的工控主板。

本实用新型还提供了一种工业计算机，包括如上所述的工控主板和如上所述的扩展板。

本实用新型中，通过在工控主板上减少音频/视频组件，可以节省更多的空间用于工控主板关键元器件的布局，散热方便的同时也使信号质量得以提高，从而提高了工控主板系统的稳定性，还可降低系统功耗。同时扩展板侦测信号引脚的设计可以在没有连接扩展板时，为工控主板进一步带来更低的系统功耗。用户可以根据具体的应用环境决定是否需要搭配扩展板，整个组合架构也更方便硬件升级。

附图说明

图1是现有技术提供的工控主板的布局设计示意图；

图2是本实用新型实施例提供的工控主板与扩展板的组合架构图；

图3是本实用新型实施例提供的工控主板上的扩展板侦测信号控制电路的结构原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例中，考虑到现实工控应用环境中对音频和VGA的要求并不高，甚至没有要求，于是为了在越来越小的嵌入式工控主板上板载更多实用的功能及接口，提出将音频组件和/或视频组件进行选择性扩展，将音频组件和/或视频组件外置于一扩展板上，用户可根据自身需求确定选购或不选购扩展板，使得设计和运用更加灵活多变。

图2示出了本实用新型实施例提供的工控主板与扩展板的组合架构，为了便于描述，仅示出了与本实施例相关的部分。

参照图2，工控主板可包括与外部设备连接的功能接口连接器区域1、中央处理器2、北桥3、南桥4等组件，但并不包括音频组件或视频组件，或只包括音频组件与视频组件中的一个。可以理解的是，在其他实施例中，北桥3可以集成到中央处理器2中，或者北桥3和南桥4都集成到中央处理器2中。工控主板与扩展板信号定义相同的引脚对应连接，可采用板对板的连接器或金手指方式连接，也可通过线材连接，例如图2示出的在扩展板与工控主板上均设置扩展接口13，两个扩展接口之间通过扩展总线连接。扩展板包括有音频组件和/或视频组件，音频组件诸如音频芯片5、音频模拟信号输出接口10，工控主板上的南桥4输出的音频信号6通过扩展总线接口13传输到音频芯片5，音频芯片5处理后的模拟音频信号9再传输至音频模拟信号输出接口10；视频组件诸如VGA信号功能组件等，VGA信号功能组件包括VGA信号滤波电路、VGA信号静电保护电路11、电压转换电路12、VGA信号输出接口8，工控主板上的北桥3输出的VGA信号7通过扩展总线接口13、电压转换电路12传输到VGA信号输出接口8(例如，VGA垂直方向同步控制信号引脚需要通过电压转换电路12处理后再传输到VGA信号输出接口8)，或VGA信号7通过扩展总线接口13、VGA信号滤波电路、VGA信号静电保护电路11处理后传输到VGA信号输出接口8。

扩展总线包括有音频功能引脚和/或视频功能引脚，其中，音频功能引脚包括音频时钟信号引脚、音频数据输入信号引脚、音频数据输出信号引脚、音频同步控制信号引脚、音频芯片复位信号引脚、电源信号引脚、零电位信号引脚中的一种或多种；视频功能引脚包括VGA信号引脚，如VGA三原色信号引脚、VGA垂直方向同步控制信号引脚、VGA水平方向同步控制信号引脚、VGA显示通路数据信号引脚、VGA时钟信号引脚、电源信号引脚、零电位信号引脚中的一种或多种。各个引脚的信号流向如下：

音频时钟信号引脚，工控主板-----扩展板；

音频数据输入信号引脚，扩展板-----工控主板；

音频数据输出信号引脚，工控主板-----扩展板；

音频同步控制信号引脚，工控主板-----扩展板；

音频芯片复位信号引脚，工控主板-----扩展板；

VGA三原色信号引脚，工控主板-----扩展板；

VGA垂直方向同步控制信号引脚，工控主板-----扩展板；

VGA水平方向同步控制信号引脚，工控主板-----扩展板；

VGA显示通路数据信号引脚，工控主板-----扩展板；

VGA时钟信号引脚，工控主板-----扩展板；

电源信号引脚，工控主板-----扩展板。

可以理解的是，视频组件还可以包括LVDS信号的相关电路，LVDS信号引脚包括：LVDS供电信号引脚，LVDS差分数据信号引脚，LVDS差分时钟信号引脚，LCD EDID信号引脚(EDID是国际视频电子标准协会VESA制定的，用以读取显示器相关信息的数据信号)、零电位信号引脚中的一种或多种。在本实施例中，仅以视频信号中的VGA信号为例进行详细说明。

另外，为实现工控主板的低功耗、高稳定性等特性，设计时在视频功能引脚中特别加入了扩展板侦测信号引脚。该信号定义为：低电平有效，从扩展板输出，输入工控主板控制信号发生器的IO信号控制引脚。此信号在扩展板上通过小阻值电阻或导通闭合开关连接到扩展板零电位GND，而扩展板零电位GND是通过扩展总线同工控主板零电位GND相连，那么在扩展板连接上工控主板后，此信号必定为低电平；在工控主板上，对此信号进行高电平上拉处理，比如通过设计上拉电阻，使得当扩展板未接入时该信号为高电平无效。

扩展板侦测信号配合工控主板的控制信号发生器的IO信号控制引脚，对VGA信号进行控制，以达到省电，降低功耗，提高稳定性能的目的。工控主板上相应的控制电路如图3所示，控制信号发生器31与扩展板侦测信号引脚连接，用于探测是否有扩展板接入，控制信号发生器31可采用MCU、CPLD、单片机、FPGA、南桥的GPIO等实现。显示芯片控制器32用于输出VGA信号，可集成于北桥3中，也可以独立于北桥3之外。第一信号选通IC 33和第二信号选通IC 34均相当于信号通路选择开关，其中第一信号选通IC 33的控制信号端与控制信号发生器31连接，第一信号选通IC 33的输入端与显示芯片控制器32的VGA三原色信号输出端、VGA显示通路数据信号输出端、VGA时钟信号输出端连接，第一信号选通IC 33的第一输出端连接高电平电位端，第一信号选通IC 33的第二输出端则与视频功能引脚中的VGA三原色信号引脚、VGA显示通路数据信号引脚、VGA时钟信号引脚连接，由控制信号发生器31控制其输入端与其第一输出端、第二输出端之间交替导通。第二信号选通IC的控制信号端同样与控制信号发生器31连接，第二信号选通IC的输入端与显示芯片控制器32的VGA垂直方向同步控制信号输出端、VGA水平方向同步控制信号输出端、VGA时钟信号输出端连接，第二信号选通IC的第一输出端连接零电位端GND，第二信号选通IC的第二输出端则与视频功能引脚中的VGA垂直方向同步控制信号引脚、VGA水平方向同步控制信号引脚连接，由控制信号发生器31控制其输入端与其第一输出端、第二输出端之间交替导通。

扩展板对扩展总线上VGA信号的控制原理：

在扩展板未接入的情况下，扩展板侦测信号被置于高电平电位，此时控制信号发生器31接收到高电平信号，发出低电平开关控制信号(开关控制信号的有效电平在开发时可灵活设置，如定义为低电平有效，或者定义为高电平有效))，第一信号选通IC 33和第二信号选通IC 34在接到低电平控制信号后，将③、①导通，将VGA三原色信号和VGA显示通路数据、时钟信号置于高电平，将VGA垂直、水平同步控制信号置于低电平，使显示芯片无信号输出，从而节能降耗，降低发热，提高稳定性。

在扩展板接入的情况下，扩展板侦测信号被置于低电平电位，此时控制信号发生器31接收到低电平信号，发出高电平开关控制信号，第一信号选通IC33和第二信号选通IC 34在接收到高电平控制信号后，将③、②导通，将VGA三原色信号，VGA显示通路数据、时钟信号，VGA垂直、水平同步控制信号从扩展总线接口输出。

对于在不需要音频/视频功能的工业计算机的应用中，可单独使用上述工控主板，而在要求音频/视频功能的工业计算机的应用中，则可以结合上述扩展板来使用。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种工控主板，其特征在于，所述工控主板上不包括音频组件和/或视频组件，所述工控主板通过一扩展接口与包括音频组件和/或视频组件的外部扩展板连接；所述扩展接口包括音频功能引脚和/或视频功能引脚。

2.如权利要求1所述的工控主板，其特征在于，所述音频功能引脚包括音频时钟信号引脚、音频数据输入信号引脚、音频数据输出信号引脚、音频同步控制信号引脚、音频芯片复位信号引脚、电源信号引脚、零电位信号引脚中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的工控主板，其特征在于，所述视频功能引脚包括VGA信号引脚和/或LVDS信号引脚；

所述VGA信号引脚包括：VGA三原色信号引脚、VGA垂直方向同步控制信号引脚、VGA水平方向同步控制信号引脚、VGA显示通路数据信号引脚、VGA时钟信号引脚、电源信号引脚、零电位信号引脚中的一种或多种；

所述LVDS信号引脚包括：LVDS供电信号引脚，LVDS差分数据信号引脚，LVDS差分时钟信号引脚，LCD EDID信号引脚、零电位信号引脚中的一种或多种。

4.如权利要求3所述的工控主板，其特征在于，所述VGA信号引脚还包括一扩展板侦测信号引脚；所述工控主板包括：

与所述扩展板侦测信号引脚连接的控制信号发生器；

输出VGA信号的显示芯片控制器；

第一信号选通IC，其控制信号端与所述控制信号发生器连接，其输入端与所述显示芯片控制器的VGA三原色信号输出端、VGA显示通路数据信号输出端、VGA时钟信号输出端连接，其第一输出端连接高电平电位端，其第二输出端则与所述视频功能引脚中的VGA三原色信号引脚、VGA显示通路数据信号引脚、VGA时钟信号引脚连接；所述控制信号发生器控制其输入端与其第一输出端、第二输出端之间交替导通；

第二信号选通IC，其控制信号端与所述控制信号发生器连接，其输入端与所述显示芯片控制器的VGA垂直方向同步控制信号输出端、VGA水平方向同步控制信号输出端、VGA时钟信号输出端连接，其第一输出端连接零电位端，其第二输出端则与所述视频功能引脚中的VGA垂直方向同步控制信号引脚、VGA水平方向同步控制信号引脚连接；所述控制信号发生器控制其输入端与其第一输出端、第二输出端之间交替导通。

5.一种扩展板，其特征在于，所述扩展板包括音频组件和/或视频组件，所述扩展板通过一扩展接口与权利要求1所述的工控主板连接，所述扩展接口包括音频功能引脚和/或视频功能引脚。

6.如权利要求5所述的扩展板，其特征在于，所述音频组件包括有音频芯片、音频模拟信号输出接口；所述音频功能引脚包括音频时钟信号引脚、音频数据输入信号引脚、音频数据输出信号引脚、音频同步控制信号引脚、音频芯片复位信号引脚、电源信号引脚、零电位信号引脚中的一种或多种。

7.如权利要求5所述的扩展板，其特征在于，所述视频组件包括VGA信号功能组件和/或LVDS信号功能组件；所述视频功能引脚包括VGA信号引脚和/或LVDS信号引脚；

所述VGA信号功能组件包括VGA信号输出接口、VGA信号滤波电路、VGA信号静电保护电路和电压转换电路；所述VGA信号引脚包括VGA信号引脚和/或LVDS信号引脚；VGA三原色信号引脚、VGA垂直方向同步控制信号引脚、VGA水平方向同步控制信号引脚、VGA显示通路数据信号引脚、VGA时钟信号引脚、电源信号引脚、零电位信号引脚中的一种或多种；

所述LVDS信号引脚包括：LVDS供电信号引脚，LVDS差分数据信号引脚，LVDS差分时钟信号引脚，LCD EDID信号引脚、零电位信号引脚中的一种或多种。

8.如权利要求7所述的扩展板，其特征在于，所述VGA信号引脚还包括一扩展板侦测信号引脚。

9.一种工业计算机，其特征在于，包括如权利要求1至4任一项所述的工控主板。

10.一种工业计算机，其特征在于，包括如权利要求1至4任一项所述的工控主板和权利要求5至8任一项所述的扩展板。

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