CN220252569U - 一种pcie m.2接口转换cpci板 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种PCIE M.2接口转换CPCI板，涉及总线接口技术领域，包括：由ZD连接器、PCIE x8插卡直角连接器和M.2连接器组成的PCIE x8接口转换电路、PCIE时钟管理电路和电源管理电路；ZD连接器替换CPCI板中的J4连接器，且ZD连接器上的PCIE总线物理通道分别与PCIE x8插卡直角连接器和M.2连接器进行互联，实现PCIE物理接口的转换；PCIE时钟管理电路用于为所有PCIE物理接口提供PCIE参考时钟；电源管理电路用于为所述PCIE x8接口转换电路提供电源。本实用新型能够克服紧凑型PCI总线连接结构存在的传输速度慢与扩展性差的缺陷，满足高速数据传输的需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及总线接口技术领域，特别是涉及一种PCIE M.2接口转换CPCI板。
背景技术
Compact PCI(Compact Peripheral Component Interconnect，简称CPCI)是一种紧凑型外设部件互连标准，即一种总线接口标准，中文又称紧凑型PCI，并作为第二代总线接口标准应用在通信/军事等产品领域中。但是随着通信技术和第三代PCIE总线技术的发展，紧凑型PCI总线连接结构存在传输速度慢与扩展性差的缺陷，已无法满足高速数据传输的需求。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种PCIE M.2接口转换CPCI板，克服紧凑型PCI总线连接结构存在的传输速度慢与扩展性差的缺陷，满足高速数据传输的需求。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
一种PCIE M.2接口转换CPCI板，包括：PCIE x8接口转换电路、PCIE时钟管理电路和电源管理电路；其中，所述PCIE x8接口转换电路包括ZD连接器、PCIE x8插卡直角连接器和M.2连接器；所述ZD连接器用于替换CPCI板中的J4连接器，且所述ZD连接器上的PCIE总线物理通道分别与所述PCIE x8插卡直角连接器和所述M.2连接器进行互联，实现PCIE物理接口的转换；
所述PCIE时钟管理电路用于为所有PCIE物理接口提供PCIE参考时钟；所述电源管理电路用于为所述PCIE x8接口转换电路提供电源。
可选地，所述ZD连接器为支持PCIE x8高速总线连接的增强型ZD连接器。
可选地，所述PCIE x8插卡直角连接器和所述M.2连接器不能同时工作。
可选地，所述PCIE时钟管理电路包括本地100MHz时钟晶振、时钟管理芯片以及输入输出时钟网络。
可选地，所述电源管理电路用于为PCIE x8插卡直角连接器提供所需的12V电源和3.3V电源，为M.2连接器提供3.3V电源。
可选地，所述电源管理电路包括CPCI板J1连接器的板卡输入电源电路、DC-DC电源模块和PCIE接口电源网络。
根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：
本实用新型将传统CPCI总线架构中的H.110(J4)并行总线接口改造成支持PCIEx8标准的高速串行总线协议，使得CPCI板间的单向数据传输带宽可以达到2000MB/s，双向传输带宽可以达到4000MB/s，而传统的CPCI总线架构最高只支持单向528MB/s，极好的解决了CPCI数据传输的瓶颈。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型提供的PCIE M.2接口转换CPCI板的功能示意图；
图2为本实用新型提供的ZD连接器替换CPCI板中J4连接器的结构示意图；
图3为本实用新型提供的ZD连接器与PCIE x8插卡直角连接器之间的连接关系图；
图4为本实用新型提供的PCIE时钟管理电路原理图；
图5为本实用新型提供的PCIE时钟管理电路的功能框图；
图6为本实用新型提供的LMK00334芯片的功能框图；
图7为本实用新型提供的电源管理电路原理图；
图8为本实用新型提供的电源管理电路的功能框图；
图9为本实用新型提供的TPS61089芯片的典型应用电路图。
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做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。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1所示，本实施例提供的一种PCIE M.2接口转换CPCI板包括PCIE x8接口转换电路、PCIE时钟管理电路和电源管理电路。
PCIE x8接口转换电路是整个板卡的核心部分。如图2所示，PCIEx8接口转换电路的主要功能是将CPCI板上的J4连接器改造成支持PCIE x8高速总线连接的增强型ZD连接器，具体为：PCIE x8接口转换电路包括ZD连接器、PCIE x8插卡直角连接器和M.2连接器。ZD连接器用于替换CPCI板中的J4连接器，且ZD连接器上的PCIE总线物理通道分别与PCIE x8插卡直角连接器和M.2连接器进行互联，实现PCIE物理接口的转换。其中，PCIE x8插卡直角连接器和M.2连接器不能同时工作。
PCIE时钟管理电路用于为所有PCIE物理接口提供PCIE参考时钟；电源管理电路用于为PCIE x8接口转换电路提供电源。
PCIE M.2接口转换CPCI板的结构尺寸为标准6U-CPCI板卡尺寸，长X宽X高为233.3mmX160mmX15mm。
PCIE M.2接口转换CPCI板的工作原理是将标准计算机主板上的PCIE x8插卡直角连接器和M.2连接器放置在PCIE M.2接口转换CPCI板上，再将PCIE x8插卡直角连接器和M.2连接器上的PCIE总线物理通道通过不同焊接方式连接到ZD连接器上，ZD连接器将实现PCIE总线物理通道与CPCI的背板互联，同时PCIE时钟管理电路为PCIE x8插卡直角连接器和M.2连接器提供PCIE参考时钟，电源管理电路为PCIE x8插卡直角连接器和M.2连接器提供接口电源，从而实现标准的PCIE x8插卡接口或PCIE M.2固态盘接口。
PCIE M.2接口转换CPCI板的工作过程：首先在PCIE M.2接口转换CPCI板插入标准的PCIE x8插卡(如万兆网卡)或安装PCIE M.2固态盘，再将PCIE M.2接口转换CPCI板插入改装后的CPCI机箱内，上电后PCIE x8插卡或PCIE M.2固态盘与CPCI机箱内的PCIE主控设备进行物理链接，链接成功后就可以进行基于PCIE x8高速总线的数据通信。
PCIE M.2接口转换CPCI板实现的主要功能性能指标如下：
(1)具备1个PCIE x8插卡直角连接器，支持PCI_E xpressx1/x4/x8总线接口。(2)具有M.2连接器，支持2个标准M.2PCIE x4固态盘接口。(3)提供PCIE总线100MHz参考时钟。(4)提供PCIEx8插卡直角连接器和M.2连接器的接口电源。
本实用新型将传统CPCI总线架构中的H.110(J4)并行总线接口改造成支持PCIEx8标准的高速串行总线协议，使得CPCI板间的单向数据传输带宽可以达到2000MB/s，双向传输带宽可以达到4000MB/s，而传统的CPCI总线架构最高只支持单向528MB/s，极好的解决了CPCI数据传输的瓶颈。
同时将PCIE M.2接口转换CPCI板(例如6U CPCI板卡)的接口转换成1个标准计算机PCIE x8插卡接口和2个M.2SSDPCIE x4接口，解决了计算机上常用的PCIE适配卡或固态盘与6U CPCI之间的接口转换。这样可以将市面上一些通用的万兆网卡或PCIE M.2固态盘安装到6U CPCI板卡上使用，极大提高了CPCI设备的扩展性能。
进一步地，PCIE x8接口转换电路由ZD连接器、PCIE x8直角连接器、M.2连接器以及之前的互联电路组成。
ZD连接器采用PICMG3.0协议中所描述的ZD连接器，连接器型号为973046(厂家：ERNI)。ZD连接器定义了CPCI板卡与背板之间的PCIE总线的接口协议，可以支持1组PCIE x8或2组PCIE x4模式，同时还定义了1组PCIE参考时钟。接口定义如表1所示。
表1接口定义
PCIE x8直角连接器采用SAMTEC公司型号PCIE-164-02-F-D-RA的直角连接器；ZD连接器与PCIE x8直角连接器之间的连接关系如图3所示，其中，图3中的(a)部分为ZD连接器的电路原理图，图3中的(b)部分为PCIE x8直角连接器的电路原理图；通过将ZD连接器上的PCIE物理通道与PCIE x8直角连接器上的PCIE物理通道的互通实现了ZD连接器与PCIE-164-02-F-D-RA的接口转换。
进一步地，如图5所示，PCIE时钟管理电路包括本地100MHz时钟晶振、时钟管理芯片LMK00334以及输入输出时钟网络。
PCIE时钟管理电路的工作原理是把本地100MHz时钟晶振和ZD连接器上的PCIE参考时钟作为LMK00334的输入时钟，通过控制LMK00334的输入选择功能管脚，选择其中1路作为PCIE参考时钟输入管脚，LMK00334工作时，同时扇出3路与输入时钟同频率的时钟信号，分别为PCIE x8插卡直角连接器和M.2连接器提供PCIE参考时钟信号，其电路原理图如图4所示。
LMK00334是一款4路时钟扇出缓冲器，可从两个通用差分输入或一个晶振输入中选择1路作为输入时钟。LMK00334具备极低的时钟抖动性能，100MHz的PCIE时钟附加相位抖动为30fs(RMS)，满足PCIE3.0电气特性要求，常作为PCIE x8插卡直角连接器参数时钟芯片使用。其中，LMK00334芯片的功能框图如图6所示。
进一步地，电源管理电路用于为PCIE x8插卡直角连接器提供所需的12V电源和3.3V电源，为M.2连接器提供3.3V电源。
如图7所示，电源管理电路包括CPCI板J1连接器的板卡输入电源电路、DC-DC电源模块和PCIE接口电源网络。其中，图7中的(a)部分为CPCI板J1连接器的板卡输入电源电路的电路原理图，图7中的(b)部分为DC-DC电源模块电路的电路原理图。
电源管理电路的工作原理：CPCI板J1连接器的板卡输入电源电路为CPCI板卡输入+5V和+3.3V两种主电源和1路+12V辅助电源，两种主电源的电流都超过了10A，而辅助电源电流为0.5A，因此J1输入的+3.3V电源可直接为PCIE x8插卡直角连接器和M.2连接器提供+3.3V电源，但CPCI板J1连接器的板卡输入电源电路上提供的+12V不满足PCIE x8插卡直角连接器电源要求，因此电路上使用DC-DC电源模块(TPS61089DC-DC电源芯片)将CPCI上的+5V电源通过TPS61089DC-DC电源芯片转换成+12V电源，给PCIE x8插卡直角连接器提供+12V主电源。
TPS61089DC-DC电源芯片是一款全集成同步升压转换电源芯片，带有19mΩ主电源开关和27mΩ整流器开关。具有2.7V至12V的宽输入电压范围，具备7A持续开关电流能力，能够提供高达12.6V的输出电压。TPS61089采用自适应恒定关断时间峰值电流控制拓扑结构调节输出电压。在中等到重负载条件下，TPS61089以PWM模式工作。在轻载条件下，TPS61089以可提升效率的脉频调制(PFM)模式工作，而TPS61089仍以可避免因开关频率较低而引发应用问题的PWM模式工作。PWM模式下的开关频率可在200kHz至2.2MHz范围内调节。TPS61089还内置4ms软启动功能和可调节开关电流峰值限制功能，提供13.2V输出过压保护、逐周期过流保护和热关断保护。
TPS61089的指标满足电源管理电路中+5V升压到+12V的功能要求和PCIE x8插卡直角连接器对12V电源的电性要求。TPS61089的典型应用电路如图9所示。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
优点1：解决了传统CPCI总线没有PCIE总线接口的问题。
优点2：提供了支持通用计算机PCIE适配卡的接口，可以将通用PCIE板卡通过该转换板在CPCI板上直接使用，极大提升了CPCI板卡的扩展性。
优点3：提供了本地参考时钟和12V的电源，解决了传统CPCI板卡无法提供PCIE参数时钟和12V主要电源的问题。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (6)
1.一种PCIE M.2接口转换CPCI板，其特征在于，包括：PCIE x8接口转换电路、PCIE时钟管理电路和电源管理电路；其中，所述PCIE x8接口转换电路包括ZD连接器、PCIE x8插卡直角连接器和M.2连接器；所述ZD连接器用于替换CPCI板中的J4连接器，且所述ZD连接器上的PCIE总线物理通道分别与所述PCIE x8插卡直角连接器和所述M.2连接器进行互联，实现PCIE物理接口的转换；
所述PCIE时钟管理电路用于为所有PCIE物理接口提供PCIE参考时钟；所述电源管理电路用于为所述PCIE x8接口转换电路提供电源。
2.根据权利要求1所述的一种PCIE M.2接口转换CPCI板，其特征在于，所述ZD连接器为支持PCIE x8高速总线连接的增强型ZD连接器。
3.根据权利要求1所述的一种PCIE M.2接口转换CPCI板，其特征在于，所述PCIE x8插卡直角连接器和所述M.2连接器不能同时工作。
4.根据权利要求1所述的一种PCIE M.2接口转换CPCI板，其特征在于，所述PCIE时钟管理电路包括本地100MHz时钟晶振、时钟管理芯片以及输入输出时钟网络。
5.根据权利要求1所述的一种PCIE M.2接口转换CPCI板，其特征在于，所述电源管理电路用于为PCIE x8插卡直角连接器提供所需的12V电源和3.3V电源，为M.2连接器提供3.3V电源。
6.根据权利要求1所述的一种PCIE M.2接口转换CPCI板，其特征在于，所述电源管理电路包括CPCI板J1连接器的板卡输入电源电路、DC-DC电源模块和PCIE接口电源网络。
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