JP3621608B2 - マザーボード - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロコンピュータを応用した産業機器の制御基板に関し、さらに詳しくは、各種機能を有する基板間のバスラインを有するバス用マザーボードの構成及びそのコネクタ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｉ／Ｏ基板やメモリーボード、ＣＰＵボード等の多数の機能基板（マザーボードに対して「ドータボード」という。）をコネクタ接続し、これ等ドータボード間の通信を行うバス用マザーボードは、計測制御機器や医療機器をはじめとして多くの産業機器に広く用いられている。これらマザーボードに用いられるバス（ＢＳＵ）の規格はＩＥＥＥ規格やＩＣＥ規格等の工業規格において種々の規格が規定されており、これ等の規格準拠したＶＭＥ ＢＵＳ用マザーボードやＣＰＣＩ ＢＵＳ用マザーボード等多種のバス用マザーボードが、接続する基板の大きさやスロット数に応じて多数製品化されている。
【０００３】
この様なバス用マザーボード（「バックプレーン」または「バックボード」とも称する）では、マザーボードに形成されたバスライン上を高周波の制御信号が流れている。特に近年のシステムではマイクロコンピュータの処理単位であるビット数が１６Ｂｉｔ→３２Ｂｉｔ→６４Ｂｉｔへと増大し、さらに基準クロックが高速化するに伴って制御信号は高速・高周波数化している。その結果、バスライン上では送信された高周波信号の反射が生じるようになり、この反射成分が制御信号にノイズとして重畳してシステムの安定作動を妨げるようになった。このため、高速の通信処理を行うバス用マザーボードでは、バスライン上の最終スロット脇に高速ショットキー・ダイオード・アレイ（終端抵抗）を実装し、高周波信号を吸収することによってバスラインに反射ノイズを生じないようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような終端抵抗をマザーボードに実装することによって、マザーボード上に実装されるべき部品数が増大し、基板装着用コネクタやコンデンサ、端子等従来から実装されていた部品の実装スペースが狭小化する、あるいはマザーボードの寸法が大型化する、という課題を有していた。
【０００５】
そこで、この課題を解決するため終端抵抗付きの小基板を他のドータボードと同様に作成し、この小基板をマザーボード上の最終スロットに挿入して機能させることが考案される。しかし、この解決手段によれば、終端抵抗付きの小基板（ターミネーションボード）がマザーボード上の最終スロットを占有することとなり、実質的に利用可能なスロット数が減少するという課題が生じる。
【０００６】
本発明は、上記のような課題に鑑みて成されたものであり、マザーボードの実装スペースを狭小化させたりボード寸法を大型化させることなく、終端抵抗を配設するマザーボードを提供することを目的とする。また、さらに進んで、利用可能なスロット数を減少させることなく終端抵抗を配設するマザーボードを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この様な目的を達成するため、本発明に係るマザーボードは基板表面に配設された複数のコネクタ部材（例えば実施形態に於けるプラグコネクタ１２）と、これら複数のコネクタ部材間を相互に接続するバスラインとを有し、複数のコネクタ部材に接続される複数のドータボード間の相互通信を許容するマザーボードにおいて、マザーボードの裏面における、マザーボードの表面に配設される複数のコネクタ部材のうちバスラインの最終段を成すコネクタ部材と対向する位置に、最終段を成すコネクタ部材と背中合わせで且つ鏡面対称のピン配列を有した終端抵抗用コネクタ部材が設けられており、終端抵抗用コネクタ部材に、バスラインの反射ノイズを低減させる終端抵抗を有した終端抵抗基板および終端抵抗基板側コネクタ部材からなるターミネーションボードがコネクタ接続されるように構成されている。
【０００８】
上記構成によれば、従来マザーボードの表面の最終スロット脇に配設されていた終端抵抗（高速ショットキー・ダイオード・アレイ）はターミネーションボード上に配設され、バスラインの最終段を成すコネクタ部材と対向してマザーボードの裏面に設けられた終端抵抗用コネクタ部材にコネクタ接続される。従って、マザーボード上では終端抵抗を移設したことにより他の実装スペースを拡大させることができ、あるいはマザーボードを小型化させることができる。また、本構成によればターミネーションボードがマザーボード表面側に実装された終端スロットを占有することがないため、マザーボード表面のスロット全数をドータボード接続用として利用することができ、従ってスロットの有効利用を図ることができる。
【００１１】
なお、マザーボードに接続されるターミネーションボードを、終端抵抗用コネクタ部材にコネクタ接続された状態で終端抵抗基板が前記マザーボードと直角に延びるように構成することができる。この様な構成にすれば、ターミネーションボードはマザーボードの後面に垂直に延びることになり、左右両隣に部品を取り付ける障害となることがない。
【００１２】
また、マザーボードに接続されるターミネーションボードを、終端抵抗用コネクタ部材にコネクタ接続された状態で終端抵抗基板が前記マザーボードと直角に延びるように構成することもできる。このような構成にすれば、ターミネーションボードはマザーボード裏面側に突出する量が小さく、従って、マザーボード裏面側への奥行き寸法（システムの厚さ方向寸法）を抑制して小型のシステムを提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１には本発明の前提となる実施形態に係るマザーボード（CPCIバス用マザーボード）ＭＢの斜視図を示し、図２はこの様なマザーボードＭＢの正面図を示している。マザーボードＭＢは、プリント基板１１と、この基板１１の表面側（コネクタ搭載面側）に配設されて複数のドータボード接続用スロット（図示する例では８スロット）を構成するプラグコネクタ１２，１２・・と、この基板１１の裏面側に配設されて複数電圧の供給を受けあるいは接地するための電源端子１３、及びラインフィルタ・コンデンサやジャンパーピン等の実装部品(不図示)などから構成されている。
【００１４】
各スロットＳ１〜Ｓ８を構成するプラグコネクタ１２は、それぞれ横７列×縦２５段のピン配列を有するＰ１コネクタと、横７列×縦２２段のピン配列を有するＰ２コネクタとからなり、図２における上下方向に連結配設されて一体のプラグコネクタを構成している。このうち下方に配設されるＰ１コネクタには、縦２５段のうち中央３段を使用して誤挿入防止キーＫ_Ｐが配設され、ドータボード接続時における上下逆接続を防止している。
【００１５】
プリント基板１１は、例えば１０層の配線層から成る積層構造を有して構成されており、各層ごとにプリント配線がなされ、基板表面側からＧＮＤ配線層、ａ列及びｃ列のバスライン配線層、Ｖ（Ｉ／Ｏ）バスライン配線層のように、層ごとに各スロット（プラグコネクタ）のピン列間を結ぶバスラインが形成されている。
【００１６】
この様に構成されたバス用マザーボードＭＢでは、各スロットにシステム構成に応じた機能基板（ドータボード）ＤＢが挿入される。この様な機能基板としてシステム全体を制御するＣＰＵ基板、外部装置との入出力を行うＩ／Ｏ基板、シーケンスやシステムの規定値等を記憶するメモリー基板、３次元画像表示の演算処理を行うグラフィック基板などが挙げられる。そして、これ等各ドータボードＤＢはマザーボードＭＢのプリント基板１１内に形成されたバスラインを通じて相互に通信を行うことによって、一体のシステムとして機能する。
【００１７】
ところで、マザーボードのバスライン上では、各信号層において高速・高周波数の信号が送受信されており、バスラインの終端部には、送信された高周波信号の反射が生じないよう高速ショットキー・ダイオード・アレイ（終端抵抗）を配設する必要がある。このため、この様なマザーボードでは信号の流れ方向を規定する必要から、ドータボードＤＢのスロット挿入位置に一定の規則を定めている。すなわち、高速の演算処理を行うとともに各ドータボードに基準クロック信号を送信するＣＰＵ基板を最上流のスロットに配設して、このスロットをシステムスロットと規定し、これに対して最下流となる他端側を終端スロットとしている。図２は左端がシステムスロットＳ１、右端が終端スロットＳ８となるシステムスロット左側タイプのマザーボードを示している。本発明に係るマザーボードＭＢでは、従来のマザーボードにおいて終端スロット（本実施例におけるＳ８）の脇に配設されていた終端抵抗を有さない構成としている。
【００１８】
図３には、本発明の前提となる実施形態に係るマザーボードＭＢにおける、好ましい実施形態のマザーボードＭＢ₁を示しており、図２に示したマザーボード正面図に対する上面図を表すとともに、他のドータボードＤＢとの接続関係を例示したものである。この図に示すように、マザーボードＭＢ₁はマザーボード上のスロットＳ１〜Ｓ７に、前述のような各種機能を有するドータボードＤＢ₁〜ＤＢ₇をコネクタ接続することにより一体のシステムを構築する。マザーボードＭＢ₁上の終端スロットＳ８には、高速ショットキー・ダイオードを実装するターミネーションボードＴＢ₁がコネクタ接続される。
【００１９】
図４にはターミネーションボードＴＢ_１の４面図を示しており、マザーボードＭＢ_１の各スロットを構成するプラグコネクタ１２と嵌合接続可能なレセプタクルコネクタ２１と、終端抵抗基板３０とから構成されている。レセプタクルコネクタ２１は、横５列×縦２５段のコンタクト配列を有するＪ１コネクタと、横５列×縦２２段のコンタクト配列を有するＪ２コネクタとからなり、図４における上下方向に連結配設されて一体のレセプタクルコネクタを構成している。このうち下方に配設されるＪ１コネクタには、縦２５段のうちの中央３段を使用して誤挿入防止キーＫ_Ｒが配設され、マザーボードＭＢ_１側のプラグコネクタ１２に配設されたキーＫ_Ｐと係合することにより、ターミネーションボード（ドータボード）接続時における上下逆接続を防止している。なお、各プラグコネクタにおける両側端列（ｖ列及びｆ列）は未使用ピン列である。
【００２０】
終端抵抗基板３０は、小型のプリント基板３１と、この基板上に実装された高速ショットキー・ダイオード３２，３２・・（図におけるＵ１〜Ｕ７）、チップコンデンサ３３，３３・・（図におけるＣ１〜Ｃ９）等から成り、これ等によって、各バスライン層に送信される高周波信号を吸収して端面反射が生じないように構成されている。また、終端抵抗基板３０は他のドータボードＤＢ_１〜ＤＢ_７と同様の端子配列をもって構成されており、同一のレセプタクルコネクタ２１とハンダ接合されることにより他のドータボードＤＢ_１〜ＤＢ_７と平行に、すなわちマザーボードＭＢ_１に対して垂直に配設される。
【００２１】
以上説明したように、本発明の前提となる実施形態に係るマザーボードＭＢ₁はドータボードを接続するための複数スロットＳ１〜Ｓ８のうち、最終スロットＳ８にバスラインの反射を防止するターミネーションボードＴＢ₁をコネクタ接続して構成される。このため、マザーボード上に終端抵抗を設ける必要がなく、マザーボード上の実装スペースの拡大またはマザーボードの小型化を図ることができる。また、このターミネーションボードＴＢ₁は、他のドータボードＤＢ₁〜ＤＢ₇と平行に配設される。このため、ターミネーションボードＴＢ₁が他のドータボードと干渉したり、マザーボードＭＢ₁の側方や奥行き方向に突出する等のことがなく、システムをコンパクトに構成することができる。
【００２２】
なお、以上の説明から明らかなように、ターミネーションボードＴＢ_１は他のドータボードに対して終端側に配設すれば良い。従って、例えばシステムを構成するドータボードがＤＢ_１〜ＤＢ_５の５枚で構成される場合においては、ターミネーションボードＴＢ_１は、上記実施例と同様のスロットＳ８に接続して配設する他、スロットＳ６またはＳ７に配設することも可能である。この様に本実施例によれば、レセプタクルコネクタ２１を用いることにより、ターミネーションボード取付の自由度を拡大することが可能である。
【００２３】
次に、本発明に係るマザーボードＭＢ₂を図５(a)(b)に示しており、図４に示したと同様に上面図を表すとともに、他のドータボードＤＢ等の接続関係を例示したものである。この両図に示すように、マザーボードＭＢ₂はマザーボード上のスロットＳ１〜Ｓ８に、前述同様の各種機能を有するドータボードＤＢ₁〜ＤＢ₈をコネクタ接続することにより一体のシステムを構築する。マザーボードＭＢ₂の裏面側には、他のスロットと同様のＰ１，Ｐ２コネクタから成るプラグコネクタ１５が終端スロットＳ８のプラグコネクタと背中合わせに配設されており、スロットＳ８と鏡面対称のピン配列となってマザーボード上にハンダ接合されている。このスロットＳ９には、高速ショットキー・ダイオード・アレイを実装するターミネーションボードＴＢ₂またはＴＢ₃がコネクタ接続される。
【００２４】
まず、図５（ａ）に示したターミネーションボードＴＢ_２の４面図を図６に示しており、このターミネーションボードＴＢ_２は、レセプタクルコネクタ２２と前記実施形態と同一の終端抵抗基板３０とから構成されている。レセプタクルコネクタ２２は、前記実施形態のレセプタクルコネクタ２１と同じＪ１コネクタとＪ２コネクタとからなる。その上で、このレセプタクルコネクタ２２は、レセプタクルコネクタ２１におけるＪ１，Ｊ２それぞれについて、コネクタ接続端面の中心を通り接続端面に直交する軸（例えばＪ１コネクタについて図４及び図６中にＰで示す）を回転中心として１８０度回転させ、この状態で前記実施形態とは逆方向から終端抵抗基板３０にハンダ接合することにより、一体のレセプタクルコネクタ２２として構成されている。
【００２５】
この様にして構成されたレセプタクルコネクタ２２及びターミネーションボードＴＢ_２は、マザーボード表面側のスロットＳ８に配設されるレセプタクルコネクタ２１及びターミネーションボードＴＢ_１（あるいはドータボード）と、コネクタ接続端面を中心として鏡面対称な構成となる。マザーボード裏面側のスロットＳ９に配設されるＰ１，Ｐ２コネクタ（プラグコネクタ１５）も、上記Ｊ１，Ｊ２コネクタにあわせて同様に回転させてマザーボード裏面に配設されており、スロットＳ８のプラグ１２と略鏡面対称な構成を持つとともに、キー接続の整合性を保持して構成されている。
【００２６】
以上のように構成されたマザーボードＭＢ_２は、最終スロットＳ８の裏面にボード表面側のスロットと略鏡面対称なスロットＳ９が形成され、このスロットＳ９に各バスライン層終端での反射を防止するターミネーションボードＴＢ_２を接続嵌合してマザーボードを構成する。従って、マザーボード上に終端抵抗を設ける必要がないため、マザーボード上の実装スペースを拡大し、またはマザーボードの小型化を図ることができる。また、このターミネーションボードＴＢ_２は、マザーボードＭＢ２の裏面側に配設されるため、マザーボード表面側のスロット（Ｓ１〜Ｓ８）を占有することがなく、全スロットを有効に活用することができる。
【００２７】
次に、図５（ｂ）に示したターミネーションボードＴＢ_３の４面図を図７に示しており、このターミネーションボードＴＢ_３はレセプタクルコネクタ２３と、これまで説明した実施形態と同一の終端抵抗基板３０とから構成されている。レセプタクルコネクタ２３は、前記レセプタクルコネクタ２２と同一のコンタクト配列及びキー配置を有するＪ１１コネクタとＪ２１コネクタとからなる。このレセプタクルコネクタ２３は、終端抵抗基板３０との接続面がコネクタ接続軸と直交する面内に形成されており、終端抵抗基板３０をハンダ接合することにより一体のレセプタクルコネクタ２３として構成される。
【００２８】
この様に構成されたターミネーションボードＴＢ_３は、マザーボードＭＢ_２裏面に配設されたスロットＳ９のプラグコネクタ１５と接続嵌合することにより、終端抵抗基板３０がマザーボード基板１１と平行に配設され、この様な形態でマザーボードＭＢ_２が構成される。従って、上記図５（ａ）及び図６に示した実施形態と同様の効果を奏するほか、マザーボード背面方向の奥行きを削減してシステムの小型化を図ることができる。
【００２９】
また、以上の説明から明らかなように、本発明によればマザーボード上に配設されるプラグコネクタ１２，１５は、いずれの実施形態においても同一のＰ１，Ｐ２コネクタを用いて構成することができ、また、各ターミネーションボードＴＢ_１〜ＴＢ_３を構成する終端抵抗基板３０についても、全て同一の基板を用いて構成することができる。従って、構成しようとするシステムに応じて簡便且つ容易な構成で自由度の高いマザーボードを提供することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るマザーボードは、マザーボードの裏面において、マザーボードの表面に配設される複数のコネクタ部材のうちバスラインの最終段を成すコネクタ部材と対向する位置に、最終段を成すコネクタ部材と背中合わせで且つ鏡面対称のピン配列を有した終端抵抗用コネクタ部材が設けられており、終端抵抗用コネクタ部材に、バスラインの反射ノイズを低減させる終端抵抗を有した終端抵抗基板および終端抵抗基板側コネクタ部材からなるターミネーションボードがコネクタ接続されるように構成されている。従って、マザーボード表面上に終端抵抗を配設する必要がないため、マザーボード表面における他の実装スペースを拡大させることができ、あるいはマザーボードを小型化させることができる。また、本構成によればターミネーションボードがマザーボード表面側に実装された終端スロットを占有することがないため、マザーボード表面のスロット全数をドータボード接続用として利用することができ、従ってスロットの有効利用を図ることができる。
【００３２】
なお、マザーボードに接続されるターミネーションボードを、終端抵抗用コネクタ部材にコネクタ接続された状態で終端抵抗基板が前記マザーボードと直角に延びるように構成することができる。この様な構成にすれば、ターミネーションボードはマザーボードの後面に垂直に延びることになり、左右両隣に部品を取り付ける障害となることがない。
【００３３】
また、マザーボードに接続されるターミネーションボードを、終端抵抗用コネクタ部材にコネクタ接続された状態で終端抵抗基板が前記マザーボードと直角に延びるように構成することもできる。このような構成にすれば、ターミネーションボードはマザーボード裏面側に突出する量が小さく、従って、マザーボード裏面側への奥行き寸法（システムの厚さ方向寸法）を抑制して小型のシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマザーボードの構成を示す斜視図である。
【図２】上記マザーボードの正面図である。
【図３】本発明に係るマザーボードへのドータボード及びターミネーションボードの接続状態を示す上面図である。
【図４】上記マザーボードに接続するターミネーションボードを示す４面図である。
【図５】本発明に係る他のマザーボードへのドータボード及びターミネーションボード接続状態を示す上面図である。
【図６】図５（ａ）に示すターミネーションボードＴＢ_２の構成を示す４面図である。
【図７】図５（ｂ）に示すターミネーションボードＴＢ_３の構成を示す４面図である。
【符号の説明】
ＤＢ（ＤＢ_１〜ＤＢ_８） ドータボード
ＭＢ（ＭＢ_１，ＭＢ_２） マザーボード
ＴＢ（ＴＢ_１〜ＴＢ_３） ターミネーションボード
１２ プラグコネクタ（複数のコネクタ部材）
１５ プラグコネクタ（ターミネーションボードが接続されるコネクタ部材）
３０ 終端抵抗基板（ターミネーションボードを構成する基板）
３２ 高速ショットキー・ダイオード・アレイ（終端抵抗）

Claims (3)

1. 基板表面に配設された複数のコネクタ部材と、前記複数のコネクタ部材間を相互に接続するバスラインとを有し、前記複数のコネクタ部材に接続される複数のドータボード間の相互通信を許容するマザーボードであって、
   前記マザーボードの基板裏面において、前記マザーボードの基板表面に配設される前記複数のコネクタ部材のうち前記バスラインの最終段を成すコネクタ部材と対向する位置に、前記最終段を成すコネクタ部材と背中合わせで且つ鏡面対称のピン配列を有した終端抵抗用コネクタ部材が設けられており、
   前記終端抵抗用コネクタ部材に、バスラインの反射ノイズを低減させる終端抵抗を有した終端抵抗基板および終端抵抗基板側コネクタ部材からなるターミネーションボードがコネクタ接続されるように構成されていることを特徴とするマザーボード。
2. 前記ターミネーションボードは、前記終端抵抗用コネクタ部材にコネクタ接続された状態で前記終端抵抗基板が前記マザーボードと直角に延びるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のマザーボード。
3. 前記ターミネーションボードは、前記終端抵抗用コネクタ部材にコネクタ接続された状態で前記終端抵抗基板が前記マザーボードと平行に延びるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のマザーボード。

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