CN209570932U - Pci扩展装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种PCI扩展装置，包括：PCB板；主控单元，设置在PCB板上，主控单元用于与上位机进行信号传输并根据上位机的第一控制信号向第一外部设备输出第二控制信号；PCI总线接口，设置在PCB板上，PCI总线接口用于分别连接主控单元和上位机；隔离变压网口，设置在PCB板上，隔离变压网口设有隔离变压器和RJ45接口，隔离变压器的第一端连接主控单元，隔离变压器的第二端连接RJ45接口的第一端，RJ45接口的第二端用于连接第一外部设备。

Description

PCI扩展装置

技术领域

本实用新型涉及控制领域，尤其涉及一种PCI(Peripheral ComponentInterconnect，外设组件互联)扩展装置。

背景技术

随着集成电路的发展，电子设备都呈高集成、小型化的方向发展。在工业控制领域，工控机的设计也呈现紧凑化、小型化的趋势。而工控机连接外设通常需要PCI扩展卡进行扩展连接，传统的PCI扩展板卡由于尺寸太大，已不再适应工控机小型化的需求。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述传统PCI扩展板卡尺寸太大的技术问题，提供一种PCI扩展装置。

本实用新型实施例提供一种PCI扩展装置，包括：

PCB板；

主控单元，设置在PCB板上，主控单元用于与上位机进行信号传输并根据上位机的指令信号向第一外部设备输出控制信号；

PCI总线接口，设置在PCB板上，PCI总线接口用于分别连接主控单元和上位机；

隔离变压网口，设置在PCB板上，隔离变压网口设有隔离变压器和RJ45接口，隔离变压器的第一端连接主控单元，隔离变压器的第二端连接RJ45接口的第一端，RJ45接口的第二端用于连接第一外部设备。

在其中一个实施例中，主控单元包括FPGA芯片和DSP芯片；

FPGA芯片设有PCI接口控制器内核，PCI接口控制器内核用于实现FPGA芯片与上位机之间的通信；FPGA芯片还用于通过隔离变压网口与第一外部设备进行通信，并根据上位机的指令向DSP输出控制参数；

DSP芯片用于对控制参数进行处理，产生控制信号并返回至FPGA芯片以使FPGA向外输出控制信号。

在其中一个实施例中，DSP芯片的复位控制由FPGA芯片进行控制。

在其中一个实施例中，PCI扩展装置还设有灯座；灯座设有固定部和安装部；

固定部位于灯座底部，固定部连接PCB板；

安装部设有若干个上下堆叠的指示灯，指示灯与主控单元电连接。

在其中一个实施例中，PCB板还设有DB9接口和用于对PCB板进行限位的板卡挡片；

DB9接口的一端连接主控单元，DB9的另一端用于连接第二外部设备；

板卡挡片固定在DB9接口上。

在其中一个实施例中，PCB板还设有电源管理芯片，电源管理芯片用于将外部电源转换为多个电压并分别通过对应的输出端同时向FPGA对应的电源端供电。

在其中一个实施例中，PCB还包括16芯DSP外设接口，用于支持DSP芯片通过SPI协议、I2C或者GPIO与第三外部设备通信。

在其中一个实施例中，DSP芯片和FPGA芯片均设有退耦电容，退耦电容为0420封装贴片电容。

在其中一个实施例中，PCI扩展装置还包括若干个滤波电容，滤波电容为导电性聚合物铝固体电解电容。

在其中一个实施例中，FPGA芯片和DSP芯片均为BGA封装芯片。

上述PCI扩展装置，主控单元通过PCI总线与上位机通信，主控单元根据上位机的指令再通过以太网口向第一外部设备进行控制。其中，以太网口是带隔离变压器的RJ45网口，与传统以太网口相比，不需要使用独立的隔离变压器，体积更小，节省了PCB板的面积，降低了PCI扩展装置的占用体积，也降低了硬件加工成本。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例PCI扩展装置的模块框图；

图2为本实用新型另一个实施例PCI扩展装置的模块框图；

图3为本实用新型一个实施例灯座的结构侧视图；

图4为本实用新型一个实施例板卡挡板的结构图；

图5为本实用新型一个实施例PCI扩展装置的模块框图。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图和实施例对本实用新型进行进一步讲解说明。同时声明，以下所描述的实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种PCI扩展装置，包括PCB板1、主控单元2、PCI总线接口11以及隔离变压网口。

其中，PCB板1用于为电子元件提供布设空间，PCB板1上设有印刷电路布线，印刷电路布线用于连接设置在PCB板1上的各个电子元器件。可选地，PCB板1可以采用单层板，即PCB板1只布设一层印刷电路布线，电子元器件集中设置在PCB板1的其中一面。可选地，PCB板1也可以采用双层板，即PCB上布设两层印刷电路布线，电子元器件可以集中设置在PCB板1的其中一面，也可以依实际情况在PCB板1的两面都设置电子元器件。当然，PCB板1也可以采用多层板，即PCB板1布设有两层以上的印刷电路布线，这样可以增加布线面积，提高装置的集成度。

主控单元2设置在PCB板1上，主控单元2用于与上位机5进行信号传输，并根据上位机5的第一控制信号发出第二控制信号。其中第一控制信号用于上位机5对主控单元2的控制，第二控制信号用于主控单元2对第一外部设备41的控制。第一外部设备41可以是任意受控设备，比如传感器、数据终端等等。主控单元2可以是具有信息处理能力的任意模块，可选地，主控单元2可以是微处理器，也可以是FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)，还可以是PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)等，只要能够与上位机5进行信息通信，并根据上位机5的第一控制信号对第一外部设备41输出第二控制信号进行控制即可。

上位机5用于与主控单元2进行通信，是对主控单元2直接发出控制命令的任意设备，比如，上位机5可以是工控机，也可以是个人电脑，还可以是手机移动终端等控制设备。

PCI总线接口11设置在PCB板1上，是外设部件互联的局部并行总线接口，用于连接主控单元2和上位机5，实现主控单元2和上位机5之间的信号传输以及数据交换。可选地，在PCB板1上设置与上位机5上PCI插槽相匹配的金手指，金手指与PCB板1上的主控单元2电连接，形成PCI总线接口11，实现上位机5与主控单元2之间的通信。

隔离变压网口设置在PCB板1上，隔离变压网口用于实现主控单元2与第一外部设备41之间的通信，以使主控单元2能够对第一外部设备41进行控制。隔离变压网口设有隔离变压器31和RJ45接口32，隔离变压器31的第一端连接主控单元2，隔离变压器31的第二端连接RJ45接口32的第一端，RJ45接口32的第二端用于连接第一外部设备41。主控单元2通过隔离变压器31与RJ45向第一外部设备41进行通信，可以隔离信号传输中的干扰，确保通信安全和电路安全。其中，隔离变压网口集成隔离变压器31和RJ45接口32，体积相较于分立的隔离变压器31和RJ45接口32，体积更小，占用PCB的面积也更小。可选地，主控单元2通过PHY(Physical Layer，物理层)芯片与隔离变压网口连接对外进行通信，即主控单元2的输出端连接PHY芯片的第一端，PHY芯片的第二端连接隔离变压网口中隔离变压器31的第一端。其中，PHY芯片用于发送和接收以太网的数据帧，实现主控单元2和第一外部设备41之间的通信。

在传统的PCI扩展板卡中，主控单元2与第一外部设备41通过以太网口进行通信，往往需要采用PHY芯片、独立隔离变压器31和RJ45接口32的组合进行通信，这样会占用很大的PCB面积。本实用新型实施例中，设置有隔离变压网口，隔离变压网口集成有隔离变压器31和RJ45网口，相比传统的设计体积更小，占用PCB板1的面积也更小，可以节省PCB板1总面积。同时，PCB板1面积的减小也降低了硬件加工成本。

在其中一个实施例中，主控单元2包括FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片和DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)芯片。其中FPGA芯片21设有PCI接口控制器内核。PCI接口控制器内核用于依据PCI协议进行信息传输，以实现FPGA芯片21与上位机5之间的通信。FPGA芯片21还用于通过隔离变压网口与第一外部设备41进行通信，并根据上位机5的第一控制信号向DSP芯片22输出控制参数。DSP芯片22对控制参数进行处理后，产生第二控制信号，并将第二控制信号返回至FPGA芯片21，FPGA芯片21再将第二控制信号向外输出，与第一外部设备41进行通信。可选地，DSP芯片22为能够实现数字信号处理技术的任意芯片。可选地，FPGA芯片21的PCI接口控制器内核为支持PCI2.2接口控制器内核。

在本实施例中，FPGA根据上位机5的第一控制信号向DSP芯片22发送控制参数，由DSP芯片22进行独立计算，在减轻FPGA运算负担的同时，由DSP承担主要运算处理工作，能够提高运算处理速度，从而提高信息处理效率。另一方面，在传统方案中，FPGA通过PCI总线接口11与上位机5进行通信，需要设置独立的PCI总线专用接口，以实现PCI协议传输。而本实用新型实施例中，FPGA芯片21设有PCI接口控制内核，能够通过PCI总线接口11直接与上位机5进行通信。因此，本实用新型实施例能够节省PCB占用面积，从而减小PCI扩展装置的整体外形尺寸。

在其中一个实施例中，FPGA芯片21对DSP芯片22进行复位控制。DSP芯片22需要进行复位，在传统的方案中，DSP芯片22的复位信号需要采用独立的复位芯片和复位开关。即通过设置独立的复位芯片和复位开关，根据DSP芯片22的复位设定，对DSP的复位管脚输入能够控制DSP芯片22进行复位的高电平信号或者低电平信号。这种做法由于采用的独立的复位芯片和复位开关，需要占用较多的PCB面积。而本实用新型实施例中，DSP芯片22的复位信号由FPGA芯片21提供，即由FPGA芯片21控制DSP芯片22进行复位，从而节省了DSP芯片22的复位控制芯片和复位开关，不仅节省了硬件成本，还节省了PCB板1占用面积，从而能够减小PCI扩展装置的整体外形尺寸。需要说明的是，本领域技术人员可以根据任意DSP芯片22和任意FPGA芯片21的规格进行设置，从而实现FPGA控制DSP芯片22进行复位，在此不必赘述。

在其中一个实施例中，PCI扩展装置还设有灯座。其中，灯座包括固定部和安装部。固定部位于灯座底部，用于将灯座主体固定于PCB板1上。安装部设有上下堆叠的若干个指示灯。指示灯于主控单元2电连接，用于在主控单元2的控制下发光，以指示预设的工作状态。需要说明的是，若干个指示灯上下堆叠，是指指示灯沿垂直PCB表面的方向进行堆叠。可选地，指示灯只上下堆叠一列，即，若干个指示灯以上下堆叠的方式排成一列安装于灯座的安装部中。通过这种方式，在设置多个指示灯时，所占用的PCB板1面积与只使用一个指示灯时的面积相当。传统的设置多个指示灯的方案，需要将多个独立的指示灯分别设置在PCB板1上，这样每个指示灯都会占用PCB板1的面积，不利于减小PCI扩展装置的外形尺寸。而本实用新型实施例通过采用安装有一列上下堆叠指示灯的灯座，只需占用一个指示灯对应的PCB板1面积，即可实现接入多个指示灯。因此与传统的指示灯设置方式相比，本实用新型实施例能够节省指示灯占用面积，有利于节省PCB板1成本，也有利于减小PCI扩展装置的整体外形尺寸。可选地，灯座设有用于安装两个指示灯的安装部。灯座的侧视图如图所示，灯座的侧面呈长为10.06毫米宽为9毫米的矩形，安装部设于灯座的一个侧面。可选地，指示灯封装向外突出2.7毫米。灯座的底部为固定部，设有用于与PCB板1上电子元器件电连接的若干个焊脚。可选地，焊脚长度为4毫米，可选地，焊脚之间的间距为2.54毫米。

本实用新型实施例通过采用设有上下堆叠多个指示灯的灯座，在只占用一个指示灯对应的PCB面积的前提下实现了多个指示灯的设置，节省了PCB板1面积，减小了PCI扩展装置的整体尺寸。

在其中一个实施例中，PCB板1还设有DB9接口8和用于对PCB板1进行限位的板卡挡片。其中，DB9接口8即D型数据接口连接器，用于连接电子设备之间的连接。在本实用新型实施例中，DB9接口8的一端连接主控单元2，另一端用于连接第二外部设备，以实现主控单元2与第二外部设备之间的通信。可选地，可以配置第二外部设备通过DB9接口8与主控单元2通信，获取PCI扩展装置的工作状态；可选地，可以配置第二外部设备通过DB9接口8与主控单元2通信，对主控单元2进行调试，实现预设的功能，比如用于报警调试，实现报警功能；或者用于显示调试，实现显示功能等等。

板卡挡片设置在PCB板1上DB9接口8的一侧，用于对PCB板1进行限位，同时可以阻挡PCB板1电子元器件接口之间的空隙，起到防尘作用，减少PCB板1内部堆积灰尘，避免PCB板1上的电子元器件因灰尘静电而受到损坏。其中，如图所示，为一个实施例中板卡挡片的结构图，由于标准的DB9接口8都设有用于两个接口对接的固定部，在本实用新型实施例中，板卡挡片设有于DB9接口8的固定部相匹配的安装结构，通过与DB9的固定部相配合固定于DB9接口8上。可选地，板卡挡片通过螺丝固定于DB9接口8上。在传统方案中，固定板卡挡片是将板卡挡片固定在PCB板1上，即通过在PCB板1上开设固定孔，在板卡挡片上开设与固定孔相对应的连接结构，通过PCB板1上固定孔和板卡挡片上连接结构之间的配合，将板卡挡片固定在PCB板1上。这种方案需要在PCB板1上开设固定孔，因而需要占用PCB板1面积，不利于PCI扩展装置的小型化。而本实用新型实施例通过将板卡挡片固定在DB9接口8上，充分利用DB9结构，不需要在PCB板1上开设固定孔，节省的PCB板1面积，从而有利于PCI扩展装置整体外形尺寸的小型化设计。

在其中一个实施例中，PCB板上还设有16芯DSP外设接口7。16芯DSP外设接口7的第一连接端用于连接DSP芯片22，16芯DSP外设接口7的第二连接端用于连接第三外部设备。16芯DSP外设接口7用于实现DSP芯片22与第三外部设备之间的通信。其中，16芯DSP外设接口7为兼容SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)、I2C(Inter－IntegratedCircuit，两线式串行总线)或者GPIO(General-purpose input/output，通用型输入输出接口)的DSP外设接口，以使DSP芯片22与16芯DSP外设接口7连接即能够通过SPI协议、I2C协议或者GPIO协议与第三外部设备进行通信。

在传统的方案中，DSP芯片22若要通过SPI与第三外部设备进行通信，需要连接独立的支持SPI的接口；同样地，若要通过I2C与第三外部设备进行通信，需要连接独立的支持I2C的接口；若需要通过GPIO与第三外部设备进行通信，则需要连接独立的支持GPIO的接口。若需要同时满足上述种通信方式，则需要在PCB板1上设置三个独立的接口与DSP芯片22连接，DSP芯片22方可实现三种通信方式与第三外部设备连接。这样，则需要占用三个接口对应的PCB板1面积，浪费PCB板1资源，不利于PCI扩展装置的小型化。而本实用新型实施例通过采用16芯DSP外设接口7，能够兼容上述三种通信方式，从而使得DSP芯片22可以通过连接一个接口即可实现传统方案中需要连接三个接口才能实现的功能，大大减少了PCB板1占用面积，减小了PCI扩展装置的整体外形尺寸。需要说明的是，通过16芯DSP外设接口7与DSP芯片22连接，对于本领域技术人员而言，可以根据SPI协议、I2C协议以及GPIO协议对16芯DSP外设接口7中的每个管脚进行定义从而实现通过该外设几口实现三种通信方式，这是本领域技术人员可以实现的，在此不再赘述。

在其中一个实施例中，PCB板1上还设有电源管理芯片9。电源管理芯片9用于将外部电源转换为多个电压，并分别通过对应的输出端向FPGA芯片21对应的电源端供电。可以了解，对于FPGA芯片21，通常需要同时提供不同电压进行供电，因此需要对外部电源进行电压转换以实现不同电压供电。在传统方案中，每实现一个电压的转换需要单独设计一个电压转换电路，而电压转换电路往往会需要设置多个元器件，这样会占用大量的PCB板1面积。通常，传统方案的电压转换电路也往往采用只能进行单一电压转换的电压转换芯片，对于需要多路不同电压供电的需求，则需要设置多个电压转换芯片，占用大量PCB板1面积。而本实用新型实施例中，采用一个电源管理芯片9，能够对外部电源进行多种电压转换，并可以多路同时输出，只需占用一个电源管理芯片9的面积即可实现，既节省了PCB板1面积，又节省了硬件成本和开发成本，也有利于PCI扩展装置的小型化设计。可选地，电源管理芯片9采用可同时提供3.3V、2.5V和1.2V电压电源的TI电源管理芯片9。当然，电源管理芯片9也可以采用可以提供3.3V、2.5V和1.2V三路自由组合输出的电源管理芯片9，对于电源管理芯片9的选型，是本领域技术人员只要根据上述描述即可实现的，在此不必赘述。

可选地，PCB板1上还可以设有DSP电源管理芯片9。DSP电源管理芯片9用于将外部电源转换为多个电压，并分别通过对应的输出端向FPGA芯片21对应的电源端供电。可以了解，对于DSP芯片22，通常需要同时提供不同电压进行供电，因此需要对外部电源进行电压转换以实现不同电压供电。在传统方案中，每实现一个电压的转换需要单独设计一个电压转换电路，而电压转换电路往往会需要设置多个元器件，或者对于一个电压转换使用一个电压转换芯片，这样会占用大量的PCB板1面积。而本实用新型实施例中，采用一个DSP电源管理芯片9，能够对外部电源进行多种电压转换，并可以多路同时输出，只需占用一个DSP电源管理芯片9的面积即可实现，既节省了PCB板1面积，又节省了硬件成本和开发成本，也有利于PCI扩展装置的小型化设计。

可选地，在其中一个实施例中，PCB板1上还设有电源管理芯片9。电源管理芯片9用于将外部电源转换为多个电压，并分别通过对应的输出端向FPGA芯片21和DSP芯片22对应的电源端供电。可以了解，对于FPGA芯片21和DSP芯片22，通常需要同时提供不同电压进行供电，因此需要对外部电源进行电压转换以实现不同电压供电。在传统方案中，每实现一个电压的转换需要单独设计一个电压转换电路，而电压转换电路往往会需要设置多个元器件，这样会占用大量的PCB板1面积。通常，传统方案的电压转换电路也往往采用只能进行单一电压转换的电压转换芯片，对于需要多路不同电压供电的需求，则需要设置多个电压转换芯片，占用大量PCB板1面积。而本实用新型实施例中，采用一个电源管理芯片9，能够对外部电源进行多种电压转换，并可以多路同时输出，只需占用一个电源管理芯片9的面积即可实现，既节省了PCB板1面积，又节省了硬件成本和开发成本，也有利于PCI扩展装置的小型化设计。

在其中一个实施例中，DSP芯片22和FPGA芯片21均设有贴片式退耦电容。可以知道，为了信号传输的稳定，减小线路之间因耦合效应引起的干扰，DSP芯片22和FPGA芯片21都需要设置退耦电容。其中传统的退耦电容封装面积较大，需要占用较多的PCB板1面积，不利于PCI扩展装置的小型化。在本实用新型实施例中，退耦电容采用0402封装的贴片退耦电容，从而节省了PCB板1面积，减小PCI扩展装置的外形尺寸。

在其中一个实施例中，PCB板1还设有若干个导电性聚合物铝固体电解电容。可以知道，为了滤除电路中的交流成分，使输出更为平滑，通常使用滤波电容。而传统方案中，用于滤波的电容往往比较大，需要占用较多的PCB板1面积。而本方案中，滤波电容采用导电性聚合物铝固体电解电容，具有更小的焊接面积，占用更小的PCB板1面积，有利于PCI扩展装置的小型化。可选地，导电性聚合物固体电解电容用于PCB板1上整流电路的滤波。可选地，有机半导体铝固体电解电容用于PCB板1上降压式变换电路(BUCK)上的滤波。

在其中一个实施例中，FPGA芯片21和DSP芯片22均为BGA(Ball Grid Array，焊球阵列封装)封装芯片。与传统方案相比，BGA封装芯片尺寸更小，能够节省PCB板1面积。

在其中一个实施例中，PCB板1上还设有间距2mm、14PIN直脚插座的JTAG接口10，用于对FPGA芯片21和DSP芯片22进行调试。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种PCI扩展装置，其特征在于，包括：

PCB板；

主控单元，设置在所述PCB板上，所述主控单元用于与所述上位机进行信号传输并根据所述上位机的第一控制信号向第一外部设备输出第二控制信号；

PCI总线接口，设置在所述PCB板上，所述PCI总线接口用于分别连接所述主控单元和所述上位机；

隔离变压网口，设置在所述PCB板上，所述隔离变压网口设有隔离变压器和RJ45接口，所述隔离变压器的第一端连接所述主控单元，所述隔离变压器的第二端连接所述RJ45接口的第一端，所述RJ45接口的第二端用于连接第一外部设备。

2.根据权利要求1所述的PCI扩展装置，其特征在于，所述主控单元包括FPGA芯片和DSP芯片；

所述FPGA芯片设有PCI接口控制器内核，所述PCI接口控制器内核用于实现所述FPGA芯片与所述上位机之间的通信；所述FPGA芯片还用于通过所述隔离变压网口与所述第一外部设备进行通信，并根据所述上位机的所述第一控制信号向所述DSP芯片输出控制参数；

所述DSP芯片用于对所述控制参数进行处理，产生所述第二控制信号并返回至所述FPGA芯片以使所述FPGA向外输出所述第二控制信号。

3.根据权利要求2所述的PCI扩展装置，其特征在于，所述FPGA芯片对所述DSP芯片进行复位控制。

4.根据权利要求1所述的PCI扩展装置，其特征在于，还设有灯座；所述灯座包括固定部和安装部；

所述固定部位于所述灯座底部，所述固定部连接所述PCB板；

所述安装部设有若干个上下堆叠的指示灯，所述指示灯与所述主控单元电连接。

5.根据权利要求4所述的PCI扩展装置，其特征在于，所述PCB板还设有DB9接口和用于对所述PCB板进行限位的板卡挡片；

所述DB9接口的一端连接所述主控单元，所述DB9的另一端用于连接第二外部设备；

所述板卡挡片固定在所述DB9接口上。

6.根据权利要求3所述的PCI扩展装置，其特征在于，所述PCB板还设有电源管理芯片，所述电源管理芯片用于将外部电源转换为多个电压并分别通过对应的输出端同时向所述FPGA芯片和/或DSP芯片对应的电源端供电。

7.根据权利要求6所述的PCI扩展装置，其特征在于，所述PCB板还包括16芯DSP外设接口，用于支持所述DSP芯片通过SPI协议、I2C协议或者GPIO协议与第三外部设备通信。

8.根据权利要求6所述的PCI扩展装置，其特征在于，所述DSP芯片和所述FPGA芯片均设有0402封装的贴片退耦电容。

9.根据权利要求6所述的PCI扩展装置，其特征在于，还包括若干个滤波电容，所述滤波电容为导电性聚合物铝固体电解电容。

10.根据权利要求2或3、或6-9任一项所述的PCI扩展装置，其特征在于，所述FPGA芯片和所述DSP芯片均为BGA封装芯片。