CN207676337U

CN207676337U - 一种高速扩展接口系统

Info

Publication number: CN207676337U
Application number: CN201721567364.3U
Authority: CN
Inventors: 阮仕涛
Original assignee: Shenzhen Prafly Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Prafly Technology Co Ltd
Priority date: 2017-11-20
Filing date: 2017-11-20
Publication date: 2018-07-31
Anticipated expiration: 2027-11-20

Abstract

本实用新型提供了一种高速扩展接口系统，包括高速连接器模块、电源模块、开机模块、USB模块、PS2模块、LPC模块、HDA模块、PCIE模块、SATA模块、音频模块和SIM模块，高速连接器模块接收来自CPU主板的电源信号、开关机信号、USB信号、PS2信号、LPC信号、SMBUS信号、HDA信号、PCIE信号、SATA信号、音频信号和SIM信号，并将电源信号传送至电源模块，将开关机信号传送至开机模块，将USB信号传送至USB模块，将PS2信号传送至PS2模块，将LPC信号和SMBUS信号传送至LPC模块，将HDA信号传送至HDA模块，将PCIE信号传送至PCIE模块，将SATA信号传送至SATA模块，将音频信号传送至音频模块，将SIM信号传送至SIM模块。

Description

一种高速扩展接口系统

技术领域

本实用新型涉及接口扩展技术领域，尤其涉及一种高速扩展接口系统。

背景技术

随着科学技术的不断发展和集成电路水平的日益增进，电子产品轻量化、小型化和集成化越来越受到大家的重视。对于一款产品，如何在更小的空间完成设计；如何满足更多客户的使用需求；如何在能够实现基本功能的同时，扩展更多的功能需求；以及如何普及推广标准化扩展接口。这些都是亟待解决的问题。

实用新型内容

针对现有处理机制存在的不足，本实用新型提供一种高速扩展接口系统。

一方面，本实用新型实施例提供一种高速扩展接口系统，包括高速连接器模块、电源模块、开机模块、USB模块、PS2模块、LPC模块、HDA模块、PCIE 模块、SATA模块、音频模块和SIM模块，所述电源模块、所述开机模块、所述USB模块、所述PS2模块、所述LPC模块、所述HDA模块、所述PCIE模块、所述SATA模块、所述音频模块和所述SIM模块分别连接至所述高速连接器模块，其中，

所述高速连接器模块接收来自CPU主板的电源信号、开关机信号、USB信号、PS2信号、LPC信号、SMBUS信号、HDA信号、PCIE信号、SATA信号、音频信号和SIM信号，并将所述电源信号传送至所述电源模块，将所述开关机信号传送至所述开机模块，将所述USB信号传送至所述USB模块，将所述PS2 信号传送至所述PS2模块，将所述LPC信号和所述SMBUS信号传送至所述LPC 模块，将所述HDA信号传送至所述HDA模块，将所述PCIE信号传送至所述 PCIE模块，将所述SATA信号传送至所述SATA模块，将所述音频信号传送至所述音频模块，将所述SIM信号传送至所述SIM模块。

在本实用新型提供的高速扩展接口系统中，所述CPU主板通过金手指向所述高速连接器模块传送信号。

在本实用新型提供的高速扩展接口系统中，所述电源模块包括外部电源转换单元和内部电源转换单元，所述外部电源转换单元用于将外部电压源转换为 12伏电压；所述内部电源转换单元用于将来自CPU主板的电压源转换为所述高速扩展接口系统需要的电压。

在本实用新型提供的高速扩展接口系统中，述内部电源转换单元包括第四转换芯片U4、第十四电容C14、第十五电容C15、第十六电容C16、第十三电容C13、第十四电阻R14、第十三电阻R13、第十二电阻R12、第十五电阻R15，其中，

所述第四转换芯片U4的VCC引脚接来自CPU主板的第一电压源VCC5和第十四电容C14的一端，所述第十四电容C14的另一端接地；所述第四转换芯片U4的VIN引脚、所述第十三电阻R13的一端和所述第十五电容C15的一端接来自CPU主板的第二电压源VCC3P3，所述第十五电容C15的另一端接地；所述第十三电阻R13的另一端和所述第四转换芯片U4的EN引脚经由所述第十三电容C13接地；所述第四转换芯片U4的PWRGD引脚经由所述第十四电阻R14接第二电压源VCC3P3；所述第四转换芯片U4的VOUT引脚作为电压输出端接所述第十二电阻R12的一端和所述第十六电容C16的一端；所述第十六电容C16的另一端接地；所述第十二电阻R12的另一端接所述第四转换芯片U4 的ADJ引脚和所述第十五电阻R15的一端；所述第十五电阻R15的另一端接地。

在本实用新型提供的高速扩展接口系统中，所述USB模块包括将所述USB 信号扩展为多路USB信号的USB信号扩展单元。

在本实用新型提供的高速扩展接口系统中，所述LPC模块包括串口信号扩展单元、GPIO信号扩展单元和GPIO电平转换单元。

在本实用新型提供的高速扩展接口系统中，所述PCIE模块包括第一扩展单元、第二扩展单元和第三扩展单元，所述第一扩展单元将一组PCIE CLK信号和一组PCIE信号连接至PCIE X1模块，所述第二扩展单元将一组PCIE CLK信号和四组PCIE信号连接至PCIE X4模块，所述第三扩展单元将一组PCIE CLK信号和一组PCIE信号连接至MINI PCIE模块。

实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：本实用新型通过与HOST主板或CPU主板通信的高速连接器获取扩展信号，将实现开关机、USB设备、PS2 设备、串口设备、GPIO设备、音频设备、PCIE设备、SATA设备、4G设备等功能。这些扩展出的设备将对满足各种用户的不同需求，不仅节省了空间，而且也简化了主板的设计，此外还可供客户有多种选择，方便客户的投资预算。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示是本实用新型一实施例提供的高速扩展接口系统的原理图；

图2所示是图1所示的高速连接器的信号分布图；

图3所示是本实用新型一实施例提供的电源模块的原理图；

图4所示是图3所示的内部电源转换单元的电路图；

图5所示为本实用新型一实施例提供的USB信号扩展单元的电路图；

图6所示为GPIO信号扩展单元的电路图；

图7所示为GPIO电平转换单元的电路图；

图8所示为MINI PCIE模块的信号切换电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1所示是本实用新型一实施例提供的高速扩展接口系统的原理图。如图1 所示，本实用新型实施例提供的高速扩展接口系统包括高速连接器模块1、电源模块2、开机模块3、USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)模块4、PS2 (PlayStation 2)模块5、LPC(Low Pin Count)模块6、HDA(High Definition Audio) 模块7、PCIE(peripheralcomponent interconnect express)模块8、SATA(Serial Advanced TechnologyAttachment，串行高级技术附件)模块9、音频模块10和 SIM(Subscriber IdentificationModule)模块11，所述电源模块、所述开机模块、所述USB模块、所述PS2模块、所述LPC模块、所述HDA模块、所述PCIE 模块、所述SATA模块、所述音频模块和所述SIM模块分别连接至所述高速连接器模块，其中，

所述高速连接器模块接收来自CPU主板的电源信号、开关机信号、USB信号、PS2信号、LPC信号、SMBUS(System Management Bus,系统管理总线)信号、 HDA信号、PCIE信号、SATA信号、音频信号和SIM信号，并将所述电源信号传送至所述电源模块，将所述开关机信号传送至所述开机模块，将所述USB信号传送至所述USB模块，将所述PS2信号传送至所述PS2模块，将所述LPC 信号和所述SMBUS信号传送至所述LPC模块，将所述HDA信号传送至所述 HDA模块，将所述PCIE信号传送至所述PCIE模块，将所述SATA信号传送至所述SATA模块，将所述音频信号传送至所述音频模块，将所述SIM信号传送至所述SIM模块。

进一步地，所述CPU主板通过金手指向所述高速连接器模块传送信号。本实用新型通过与HOST主板或CPU主板通信的高速连接器获取扩展信号，将实现开关机、USB设备、PS2设备、串口设备、GPIO(General Purpose Input Output 通用输入/输出)设备、音频设备、PCIE设备、SATA设备、4G设备等功能。这些扩展出的设备将对满足各种用户的不同需求，且对X86接口扩展定义有着一定的借鉴作用。

图2所示是图1所示的高速连接器的信号分布图。具体地，在本实用新型一实施例中，高速连接器模块实现CPU主板与扩展卡之间的信号连接。此模块中定义有电源信号、音频信号(包括LINE-IN/LINE-OUT、MIC、FRONT)、LPC 信号(用于扩展串口和GPIO信号等)、PS2信号、SIM信号、HDA信号(用于扩展音频信号)、开关机信号、SMBUS信号(用于扩展出GPIO信号)、PCIE 信号(包括PCIE CLK信号、6组PCIE3.0/2.0信号)、USB信号等。

图3所示是本实用新型一实施例提供的电源模块的原理图。如图3所示，所述电源模块2包括外部电源转换单元21和内部电源转换单元22，所述外部电源转换单元用于将外部电压源转换为12伏电压；所述内部电源转换单元用于将来自CPU主板的电压源转换为扩展系统需要的电压。

具体地，在本实用新型中，电源电压类型涉及：+VDC、+VCC12、+VCC5、 +V5A、+VCC3P3、+V3P3A、+VBATT等。其中，+VDC12V电压，有两种供电方式，一种直接来源与CPU主板，一种来源于外部开关电源的+12V，即+VDC 供电。当客户需要接一些大功耗的设备时，比如高性能的显卡时，采用外部供电+12V的方式将会更好的发挥出此设备的性能。而此扩展卡其余的电压源来源于CPU主板，其通过高速连接器模块传递到扩展卡之上。但是，扩展卡的部分模块需要+VCC1P05V的电压供电。因此，在本实用新型中采用RICHTEK RT9018B来实现+VCC1P05V的电压供给。

图4所示是图3所示的内部电源转换单元的电路图。如图4所示，所述内部电源转换单元包括第四转换芯片U4、第十四电容C14、第十五电容C15、第十六电容C16、第十三电容C13、第十四电阻R14、第十三电阻R13、第十二电阻R12、第十五电阻R15，其中，

进一步地，在内部电源转换单元中，通过RT9018B输出的电压可通过以下公式得到：

上式中V_ref取值0.8。因此通过上式配置不同的电阻值，即可以实现需求电压的输出。

图5所示为本实用新型一实施例提供的USB信号扩展单元的电路图。具体地，在本实用新型一实施例中，提供两组USB信号USB0和USB1。考虑到USB 设备的广泛应用，故通过USB1信号可扩展4路USB信号。因此，所述USB模块包括将所述USB信号扩展为多路USB信号的USB信号扩展单元。

具体地，在本实用新型一实施例中，考虑到有些客户对PS2鼠标键盘的使用需求，PS2鼠标信号为MSDATA和MSCLK，PS2键盘信号为KBDATA和 KBCLK。通过PS2模块将这两组信号直接接到PS2设备接口上，即可实现PS2 功能。

具体地，在本实用新型一实施例中，所述LPC模块包括串口信号扩展单元、 GPIO信号扩展单元和GPIO电平转换单元。通过LPC信号，即LPC_AD0、 LPC_AD1、LPC_AD2和LPC_AD3信号，可扩展一个Super IO模块，即通过 NCT6106D可扩展6组串口信号和16个GPIO信号。此处，NCT6106D的地址设为4E4F，时钟频率为48MHz。

图6所示为GPIO信号扩展单元的电路图，图7所示为GPIO电平转换单元的电路图。不管SUPER IO模块还是SMBUS信号扩展出的GPIO信号，最后都需要通过NPN型MOS管进行电平转换，以方便用于不同的场合。如图7所示，选择VCC_GPIO1的电压，比如+5V或者+12V等，即可实现相应电压的GPIO 功能。

具体地，在本实用新型一实施例中，通过HDA模块，可以将HDA信号(即 HDA_SYNC、HDA_RST_N、HDA_BIT_CLK、HDA_SDI1和HDA_SDI0信号) 接到Realtek ALC662上，扩展出音频信号，以满足客户对双声卡的使用需求。在使用ALC662的过程中，需要注意数字地和模拟地的区别，这样即可减少或者消除音频信号的干扰等影响。

具体地，在本实用新型一实施例中，所述PCIE模块包括第一扩展单元、第二扩展单元和第三扩展单元，所述第一扩展单元将一组PCIE CLK信号和一组 PCIE信号连接至PCIEX1模块，所述第二扩展单元将一组PCIE CLK信号和四组PCIE信号连接至PCIE X4模块，所述第三扩展单元将一组PCIE CLK信号和一组PCIE信号连接至MINI PCIE模块。其中，PCIE X1和PCIE X4模块，可以满足相应规格的高性能的网卡、高性能的视频卡、以及高性能的存储卡设备。 MINI PCIE模块可以满足WIFI设备的使用。MINI PCIE模块的主要信号有三种，PCIE信号、SATA信号和USB信号。这三种信号分别实现的功能为：WIFI、 MSATA和4G。这样，客户根据自己的需求以及产品特性可以选择适合自己的功能模块。

在本申请中，来自高速连接器模块的信号包括3组PCIE CLK信号和6组 PCIE 3.0/2.0信号。对于这6组PCIE信号，由于PCIE3.0信号的传输可达8GT/s，此高速连接器模块将对信号传输起着很大的作用。因此，此高速连接器模块要保证PCIE3.0信号等在传递的过程中要尽量的不损耗和失真。此外，根据PCIE3.0 规范要求，PCIE3.0的信号需要通过此高速连接器传输，且需要在高速连接器端分别放置0.22U的耦合电容。

图8所示为MINI PCIE模块的信号切换电路图。客户在使用MINI PCIE设备的时候，不管是WIFI、MSATA还是4G模块，都可以接到MINI PCIE模块上直接使用。而要实现此功能，即要实现系统在MINI PCIE模块上对PCIE信号和SATA信号的自动识别。其中，自动识别信号即为图8中MSATA_DET_N信号，此信号在有MSATA设备时被拉低，这样MINI PCIE插槽即可接收到SATA信号。反之，则接收到PCIE信号。

具体地，在本实用新型一实施例中，由于SATA3.0信号的传输可达6GT/s，为了SATA3.0信号通过高速连接器传递的过程中不损耗和失真，则需要在高速连接器端放置0.01U的耦合电容。来自高速连接器的信号中有两组SATA信号， SATA0和SATA1。其中一组用于MINI PCIE模块中，使用MSATA设备。另外一组则设计为可接普通硬盘的方案。进一步地，SATA模块采用行业标准接口设计，可以支持3.5寸和2.5寸硬盘，解决了现在许多客户都需要存储大量的数据文件的数据存储问题。此外，SATA模块既支持机械硬盘，也支持固态硬盘。这对于客户使用何种规格的硬盘，以及何种类型的硬盘都有着广泛的选择。

具体地，在本实用新型一实施例中，音频模块直接将LINE-IN/LINE-OUT、 MIC、FRONT等信号接到音频端口，即可实现音频输入、输出和录音等功能。

具体地，在本实用新型一实施例中，两种SIM模式，一种为4G模块安装在HOST板上，那么将高速连接器上的SIM信号直接接到SIM卡槽上，即可实现4G功能。一种为4G模块安装在扩展卡上，那么SIM卡模块的SIM信号来自于MINI PCIE模块，可将此SIM信号与高速连接器上的SIM信号Co-Lay后，通过一个SIM卡槽即可实现4G功能。

本实用新型通过主板高速连接器将来自主板的信号扩展出来，以满足并实现开关机、USB设备、PS2设备、串口设备、GPIO设备、音频设备、PCIE设备、SATA设备、4G设备、WIFI等功能。具体可以实现以下技术效果：

1、实现CPU主板与扩展板之间的数据传输。

2、具有大数据存储和大数据传输的特性。

3、可以支持PCIE X1或者PCIE X4高性能视频卡、存储卡、网络卡等的使用。

4、可以支持MINI PCIE设备的使用，包括存储设备、WIFI设备和4G设备等。

5、可以支持音频设备的使用。

6、可以支持大容量存储硬盘的使用，包括3.5寸和2.5寸机械硬盘和固态硬盘等。

7、可以支持USB设备的使用。

8、可以支持PS2设备的使用。

9、可以通过扩展卡实现HOST板的开关机功能。

10、可以支持RS232、RS485和RS422串口功能的使用。

11、可以支持35路GPIO信号。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。

Claims

1.一种高速扩展接口系统，其特征在于，包括高速连接器模块、电源模块、开机模块、USB模块、PS2模块、LPC模块、HDA模块、PCIE模块、SATA模块、音频模块和SIM模块，所述电源模块、所述开机模块、所述USB模块、所述PS2模块、所述LPC模块、所述HDA模块、所述PCIE模块、所述SATA模块、所述音频模块和所述SIM模块分别连接至所述高速连接器模块，其中，

所述高速连接器模块接收来自CPU主板的电源信号、开关机信号、USB信号、PS2信号、LPC信号、SMBUS信号、HDA信号、PCIE信号、SATA信号、音频信号和SIM信号，并将所述电源信号传送至所述电源模块，将所述开关机信号传送至所述开机模块，将所述USB信号传送至所述USB模块，将所述PS2信号传送至所述PS2模块，将所述LPC信号和所述SMBUS信号传送至所述LPC模块，将所述HDA信号传送至所述HDA模块，将所述PCIE信号传送至所述PCIE模块，将所述SATA信号传送至所述SATA模块，将所述音频信号传送至所述音频模块，将所述SIM信号传送至所述SIM模块。

2.根据权利要求1所述的高速扩展接口系统，其特征在于，所述CPU主板通过金手指向所述高速连接器模块传送信号。

3.根据权利要求1所述的高速扩展接口系统，其特征在于，所述电源模块包括外部电源转换单元和内部电源转换单元，所述外部电源转换单元用于将外部电压源转换为12伏电压；所述内部电源转换单元用于将来自CPU主板的电压源转换为所述高速扩展接口系统需要的电压。

4.根据权利要求3所述的高速扩展接口系统，其特征在于，所述内部电源转换单元包括第四转换芯片U4、第十四电容C14、第十五电容C15、第十六电容C16、第十三电容C13、第十四电阻R14、第十三电阻R13、第十二电阻R12、第十五电阻R15，其中，

所述第四转换芯片U4的VCC引脚接来自CPU主板的第一电压源VCC5和第十四电容C14的一端，所述第十四电容C14的另一端接地；所述第四转换芯片U4的VIN引脚、所述第十三电阻R13的一端和所述第十五电容C15的一端接来自CPU主板的第二电压源VCC3P3，所述第十五电容C15的另一端接地；所述第十三电阻R13的另一端和所述第四转换芯片U4的EN引脚经由所述第十三电容C13接地；所述第四转换芯片U4的PWRGD引脚经由所述第十四电阻R14接第二电压源VCC3P3；所述第四转换芯片U4的VOUT引脚作为电压输出端接所述第十二电阻R12的一端和所述第十六电容C16的一端；所述第十六电容C16的另一端接地；所述第十二电阻R12的另一端接所述第四转换芯片U4的ADJ引脚和所述第十五电阻R15的一端；所述第十五电阻R15的另一端接地。

5.根据权利要求1所述的高速扩展接口系统，其特征在于，所述USB模块包括将所述USB信号扩展为多路USB信号的USB信号扩展单元。

6.根据权利要求1所述的高速扩展接口系统，其特征在于，所述LPC模块包括串口信号扩展单元、GPIO信号扩展单元和GPIO电平转换单元。

7.根据权利要求1所述的高速扩展接口系统，其特征在于，所述PCIE模块包括第一扩展单元、第二扩展单元和第三扩展单元，所述第一扩展单元将一组PCIE CLK信号和一组PCIE信号连接至PCIE X1模块，所述第二扩展单元将一组PCIE CLK信号和四组PCIE信号连接至PCIE X4模块，所述第三扩展单元将一组PCIE CLK信号和一组PCIE信号连接至MINI PCIE模块。