专利名称：一种用于PCI Express X1至CPCI Express X1的转接卡的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种PCI Express Xl至CPCI Express Xl的转接卡，用于将计算机中 PCI Express 1插槽转换为符合PICMG EXP. 0R1. 0标准的CPCI Express Xl插槽，以使符合 PICMG EXP. 0R1. 0标准的CPCI Express Xl插卡可以在PCIExpress 1插槽中进行应用、调 试与测试。本发明属于计算机通信，计算机辅助测试及自动测试领域。
背景技术：
PCI Express是新一代的计算机串行总线，其以协议替代了传统的同步或异步时 序逻辑总线接口，具有传输速率高、节省硬件资源、无串扰、无码间干扰、无信号偏移、无直 流偏置等突出特点。所以，一经推出就得到了广泛的重视和应用。目前各类商用计算机、工 业控制计算机等都具有PCI Express扩展槽。可以说，PCI Express总线正逐步替代和取 代传统的PCI总线。PCI Express总线可以配置成1条通道(Lane)连接至32条通道连接，具有非常强 的伸缩性，以满足不同系统设备对数据传输带宽不同的需求。PCI Express总线常用的通道 配置包括X1、X4、X8以及X16。通道少的PCI Express卡可以插入通道多的PCI Express 插槽中使用，称为上插(Up-plugging)。PCI Express扩展卡外廓尺寸和连接形式与PCI总 线非常类似，但是它的引脚定义完全不同，且不支持-12V和5V电源。CompactPCI Express是国际工业计算机制造者联合会(PCI IndustrialComputer Manufacturer ‘ s Group,简禾尔 PICMG)既 CompactPCI(Compact PeripheralComponent Interconnect，简称CPCI，中文称紧凑型PCI)后，于2005推出发布的紧凑型Express标准 (即 PICMG EXP. 0R1. 0)。CompactPCI Express—方面继承了 CompactPCI的原有技术优势，采用高可靠欧 洲卡结构，改善了散热条件、提高了抗振动冲击能力、符合电磁兼容性要求，采用2mm密度 的高速针孔连接器替代PCI Express中的金手指式互连方式，进一步提高了可靠性，保持 了高速差分信号完整性，并增加了负载能力。另一方面更为重要的是，CompactPCI Express 中传输的主要是高速、低摆幅差分信号，兼容了 PCI Express总线的全部接口协议。由于 CompactPCI Express的独到优势，其在电信、计算机通信、工控与测试、航空航天等领域有 着非常广阔的应用前景。但是，由于CompactPCI Express规范接口卡板及机箱的特点，造成了 CompactPCI Express接口卡在机箱中的布置非常紧凑，几乎无法方便地进行相关的开发、测试和调试工 作。同时，CompactPCI Express相关的设备还比较昂贵，构建一套CompactPCI Express基 本平台(机箱和控制器)成本高。因此，非常有必要为CompactPCI Express接口卡板提供一个既符合接口协议、 成本低廉，又便于开发、测试和调试的环境。实际上，由于PCI Express与CompactPCI Express接口协议完全相同，因此二者有诸多内在的关联；而且PCIExpress无论商用和工 控系统非常普及、价格低廉、系统开发性好，非常适于作为开发、测试和调试的平台。但是由于CompactPCI Express和PCI Express标准连接器及接口定义的区别，致使CompactPCI Express接口板卡根本无法直接在PCI Express系统(计算机)中应用、调试和测试。也就 是说，目前PCI Express系统不兼容CompactPCI Express接口板卡(扩展卡)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于PCI Express Xl至CPCI Express Xl的转接卡， 用于将商用和工业控制台式计算机中的PCI Express 1插槽转换为符合PICMG EXP. 0R1. O 标准的 CPCI Express Xl 插槽，以使符合 PICMG EXP. 0R1. O 标准的 CPCI Express Xl 接口 卡(插卡)可以在普通商用和工业控制台式计算机中的PCI Express Xl插槽中进行应用、 调试与测试。本发明中的转换包括其一，将PCI Express Xl物理插槽转换为CPCI ExpressXl 信号插槽XP3和电源辅助插槽XP4 ；其二，利用阻抗控制电路板转接的信号至少包括参考时 钟差分信号(RefClk+和RefClk-)、接收差分信号(PERpO和PERnO)、发送差分信号(PETpO 和PETnO)和参考地信号；其三，利用阻抗控制电路板转接的电源包括+12V和+3. 3V直流电源。一种用于PCI Express Xl至CPCI Express Xl的转接卡，所述转接卡包括一阻抗控制电路板，用以高速、低损耗、短距离地传输PCI Express Xl中的低摆幅 差分信号(即LVDS信号)至CPCI Express信号插座。一转接电路板，其通过连接块垂直固定安装在阻抗控制电路板的上部边缘。一 PCI Express接口，其位于阻抗控制电路板的下部边缘，用以与PCIExpress Xl 插槽进行物理连接，传递信号和电源。一 CPCI Express信号插座，其位于阻抗控制电路板的上部边缘，用以与CPCI Express Xl中的XP3信号插头进行物理连接，传递信号。一 CPCI Express电源插座，其安装在转接电路板上，用以与CPCI ExpressXl中的 XP4电源插头进行物理连接，传递电源。一双排孔插座，其位于阻抗控制电路板的上部，用以传递电源。一弯针双排插头，其安装在转接电路板上，用以与阻抗控制电路板上的双排孔插 座连接，传递电源。一连接块，其通过螺钉将阻抗控制电路板和转接电路板垂直固定连接在一起。一挡板，一侧与阻抗控制电路板连接，另一侧可通过螺钉与计算机机箱边缘连接
固定在一起。其中，所述的阻抗控制电路板为4层以上多层电路板。其中，所述的阻抗控制电路板至少包括两个参考地层和两个信号层。其中，所述的阻抗控制电路板厚度为1. 6mm以上。其中，所述的阻抗控制电路板外形呈L形。其中，所述的阻抗控制电路板中差分信号线的差分特性阻抗为100Ω 士 10Ω。其中，所述的阻抗控制电路板中信号线对参考地的单端特性阻抗为50Ω 士 10Ω。其中，所述的阻抗控制电路板中差分信号线的长度小于25. 4mm。其中，所述的阻抗控制电路板中两根属于同一对差分信号的信号线的长度差小于0.127mm。其中，所述的PCI Express 接 口 为符合 PCI Express Card ElectromechanicalSpecification Revision 1· O 规范的 PCI Express Xl 金手指接口。其中，所述的双排孔插座传递的电源包括+12V和+3. 3V直流电源。其中，CPCI Express信号插座传递的信号至少包括参考时钟差分信号(RefClk+ 和RefClk-)、接收差分信号(PERpO和PERnO)、发送差分信号(PETpO和PETnO)和参考地信 号。本发明一种用于PCI Express Xl至CPCI Express Xl的转接卡，其优点及功效 在于本发明利用多层阻抗控制电路板传递高速、低损耗、短距离地传输PCIExpress Xl和 CPCI Express Xl中的低摆幅差分信号(即LVDS信号)，只要阻抗控制精度满足要求，不会 影响信号的质量和功效。同时，本发明可以大幅度拓展现有PCI Express Xl插槽的应用， 使其兼容CPCI Express Xl接口卡(扩展卡)，大幅度降低CPCI Express Xl接口卡(扩 展卡)开发的难度和成本，更便于科研和开发人员进行调试与测试，也即大幅度提高CPCI Express Xl接口卡(扩展卡)的可测试性和可调试性。本发明结构简单、使用非常方便。
图IA所示为本发明的轴侧视图。
图IB所示为本发明的后向轴侧视图O
图2所示为图IA中的阻抗控制电路板101的外廓尺寸图。
图3所示为图IA中的转接电路板105的外廓尺寸图。
图4A所示为图IA中的阻抗控制电路板101第一层(Ll)PCB设计图。
图4B所示为图IA中的阻抗控制电路板101第四层(L4) PCB设计图。
图5A所示为图IA中的转接电路板105第一层(Ll)PCB设计图。
图5B所示为图IA中的转接电路板105第二层(L2)PCB设计图。
图6所示为图IA中的阻抗控制电路板101的板层设计图。
图7所示为图IA中的转接电路板105的板层设计图。
图中具体标号如下
101阻抗控制电路板102PCI Express Xl 接口
103CPCI Express 信号插座104CPCI Express 电源插座
105转接电路板106挡板
107双排孔插座108弯针双排插头
109连接块110M3螺钉
111M2螺钉401+3. 3V直流电源覆铜
402WAKE#信号走线403差分参考时钟走线
404PCI Express Reset 信号走线405系统管理总线走线
406PCI Express差分发送信号走线407+12V直流电源覆铜
408PCI Express差分接收信号走线409热插拔存在检测信号走线
410M3螺孔411M2螺孔
412PCI Express Xl 金手指413CPCI Express信号插座孔
41410针双排孔501+12V直流电源覆铜502+3. 3V直流电源覆铜503GND覆铜504WAKE# 信号走线505CPCI Express 电源插座孔506M2螺孔50710针双排孔本发明中渉及到的单位符号说明如下Ω 欧姆mm 毫米mil 密耳
具体实施例方式请参照附图1A，本发明较佳实施方式一种用于PCI Express Xl至CPCIExpress Xl 的转接卡包括一阻抗控制电路板101、一转接电路板105、一 CPCIExpress电源插座104、一 CPCI Express信号插座103、一双排孔插座107、一弯针双排插头108、一连接块109、一挡板 106、三个M2螺钉111、两个M3螺钉110。所述阻抗控制电路板101的下部边缘布置有PCI Express接102，用以与PCI Express Xl插槽进行物理连接，传递信号和直流电源。其中，所述PCI Express接口 102以金手指的形式具体布置在阻抗控制电路板101 的下部边缘。请参照表1, PCI Express接口 102上的金手指管脚及其信号定义如下表1所示， 其符合 PCI Express Card Electromechanical Specification Revision 2. 0 规范。
B面A面自'脚可名称说明名称说明1+ 12V+ I.2V电源PRSNT热插拔存在检测2+12V+ 12V电源+ 12V+12V电源3+12V+12V电源+12V+J2V电源4GND参考地GND参考地5SMCLKSMBUS(系统管理总线)时钟JTAG2TCK (测试时钟)，输入给JTAG接 口的时钟6SMDATSMBUS(系统管理总线)数据JTAG3TDl(测试数据输入)7CjND参考地JTAG4TDO(测试数据输出)8+3.3V+3.3V电源JTAG5TMS(测试模式选抒)9JTAGlTRST#(测试复位)复位灯AG接口+3.3V+3.3V电源103.3Vaux3.3V辅助电源+3.3V+3.3V电源11WAKE#链路激活信吁PERST#旌本复位机械锁12RSVD保留GND参考地13GND参考地REFCLK+参考时钟(差分线对)14PBTpO发送器差分线对，通道0REFCLK-15PETnOGND参考地16GND参考地PERpO接收器差分线对，通道017PRSNT1#热插拔存在检测PERnO18GND参考地GND参考地 表 1
所述阻抗控制电路板101的上部边缘布置有CPCI Express信号插座103，用以与 CPCI Express接口卡XP3信号插头进行物理连接，传递信号。请参照表2，CPCI Express信号插座103管脚及其信号定义如下表2所示，其符合 PXI Express Hardware Specification Revision 1. 0 规范。 表2所述阻抗控制电路板101的偏左中部布置有弯针双排插头108，用以与双排孔插 座107进行物理连接，将直流电源从阻抗控制电路板101传递至转接电路板105。所述转接电路板105水平固定于阻抗控制电路板101的上部边缘，用以将直流电 源从双排孔插座107传递至CPCI Express电源插座104。所述CPCI Express电源插座104用以与CPCI Express接口卡XP4电源插头进行 物理连接，传递直流电源。请参照附图2，所述阻抗控制电路板101外形呈L形，厚度为1. 6mm，外廓尺寸参照 附图2，尺寸数据单位为mm。请参照附图6，所述阻抗控制电路板101是一个四层阻抗控制电路板。其中，所述阻抗控制电路板101的第一层(Li)为信号层1，第二层(L2)和第三层 (L3)为接地层，第四层(L4)为信号层2。每层及其相关的厚度如下表3所示。 表 3其中，对于所述阻抗控制电路板101上所有信号层1和信号层2的信号走线，其 单端阻抗为50 Ω 士 10 Ω，其差分阻抗为100 Ω 士 10 Ω。所述阻抗控制电路板101上信号阻抗控制的方法是，差分信号线宽度为5mil，一对差分信号线中的两条信号线的之间的间距为7mil，不同的差分信号线对之间的距离应大 于至少20mil。通过信号阻抗计算可得到差分信号线的差分阻抗为101. 8Ω，单端阻抗为 51. 78 Ω。请参照附图4Α，所述阻抗控制电路板101的第一层(Li)，即信号层1包括系统管 理总线(System Management Bus)信号走线405，差分参考时钟(Referenceclock)信号走 线 403，PCI Express 差分发送(PCI Express Transmitter Lane 0)信号走线 406，热拔插 存在检测信号走线409和+12V直流电源覆铜407。所述系统管理总线(System Management Bus)信号走线405包括，SMCLK (SMBUS clock)信号和 SMDAT (SMBUS data)信号。其中，SMCLK信号由PCI Express Xl接口 102的金手指管脚B5连接至 CPCIExpress信号插座103的管脚B3。其中，SMDAT信号由PCI Express Xl接口 102的金手指管脚B6连接至 CPCIExpress信号插座103的管脚A3。所述差分参考时钟信号走线403包括一对差分参考时钟信号REFCLK+和REFCLK-。其中，REFCLK+信号由PCI Express Xl接口 102的金手指管脚A13连接至CPCI Express信号插座103的管脚E4。其中，REFCLK-信号由PCI Express Xl接口 102的金手指管脚A14连接至CPCI Express信号插座103的管脚F4。所述PCI Express差分发送信号走线406包括PETpO (PCI Express TransmitterPositive Lane 0) 号禾口 PETnO (PCI Express Transmitter Negative Lane 0)信号。其中，PETpO信号由PCI Express Xl接口 102的金手指管脚B14连接至 CPCIExpress信号插座103的管脚A5。其中，PETnO信号由PCI Express Xl接口 102的金手指管脚B15连接至 CPCIExpress信号插座103的管脚B5。所述热拔插存在检测信号走线409包括PRSNT1#信号和PRSNT2#信号。其中，PCIExpress Xl 接口 102 的金手指管脚 Al (PRSNT1# 信号)和 PCI Express Xl接口 102的金手指管脚B17 (PRSNT2#信号)通过热拔插存在检测信号走线409相互连接。所述+12V直流电源覆铜407将+12V直流电源从PCI Express Xl接口 102的金 手指管脚Bl和PCI Express Xl接口 102的金手指管脚B2传送至弯针双排插头108。请参照附图4B，所述阻抗控制电路板101的第四层(L4)，即信号层2包括WAKE#信 号走线402，差分参考时钟(Reference clock)信号走线403，PCI Express差分接收(PCI Express Receiver Lane 0)信号走线 408 和 PCI Express Reset 信号走线 404，+3. 3V 直 流电源覆铜401。所述WAKE#信号走线402由PCI Express Xl接口 102的金手指管脚Bll连接至 弯针双排插头。所述差分参考时钟信号走线403包括一对差分信号REFCLK+和REFCLK-。其中，REFCLK+信号由PCI Express Xl接口 102的金手指管脚A13连接至CPCIExpress信号插座103的管脚E4。其中，REFCLK-信号由PCI Express Xl接口 102的金手指管脚A14连接至CPCI Express信号插座103的管脚F4。所述PCI Express差分接收信号走线408包括，PETpO (PCI Express TransmitterPositive Lane 0) /[言号禾口 PETnO (PCI Express Transmitter Negative Lane 0)信号。其中，PETpO信号由PCI Express Xl接口 102的金手指管脚B14连接至 CPCIExpress信号插座103的管脚A5。其中，PETnO信号由PCI Express Xl接口 102的金手指管脚B15连接至 CPCIExpress信号插座103的管脚B5。所述PCI Express Reset 信号走线 404 包括 PERST# 信号。其中，PERST#信号由PCI Express Xl接口 102的金手指管脚All连接至CPCI Express信号插座103的管脚B4。所述+3. 3V直流电源覆铜401将+3. 3V直流电源从PCI Express Xl接口 102的 金手指管脚A9和PCI Express Xl接口 102的金手指管脚AlO传送至弯针双排插头。请参照附图3，所述转接电路板105外形呈矩形，厚度为1.6mm，外廓尺寸参照图 3，尺寸数据单位为mm。请参照附图7，所述转接电路板105是一个二层转接电路板。其中，所述转接电路板105的第一层(Li)为信号层1，第二层(L2)为信号层2。每 层的厚度如下表4所示。 表 4请参照附图5A，所述转接电路板105的第一层(Li)，包括+12V直流电源覆铜501， +3. 3V直流电源覆铜502。所述+12V直流电源覆铜501将+12V直流电源从双排孔插座107传送至 CPCIExpress电源插座104的管脚A3和CPCI Express电源插座104的管脚B3。所述+3. 3V直流电源覆铜502将+3. 3V直流电源从双排孔插座107传送至CPCI Express电源插座104的管脚C4, CPCI Express电源插座104的管脚D4和CPCI Express 电源插座104的管脚E4。请参照附图5B，所述转接电路板105的第一层(Li)，包括GND覆铜503，WAKE#信 号走线504。所述WAKEi^f号走线504由双排孔插座107连接至CPCI Express电源插座104 的管脚D2。请参照附图1B，所述用于PCI Express Xl至CPCI Express Xl的转接卡的安装步 骤如下将CPCI Express信号插座103和弯针双排插头108分别焊接到阻抗控制电路板 101 上。
将CPCI Express电源插座104和双排孔插座107分别焊接到转接电路板105上。将转接电路板105如附图IA和附图IB所示水平置于阻抗控制电路板101上部边 缘，并且物理连接弯针双排插头108与双排孔插座107。通过连接块109和M2螺钉111将转接电路板105与阻抗控制电路板101连接固
定在一起。通过M3螺钉110将阻抗控制电路板101与挡板106连接固定在一起。
权利要求
一种用于PCI Express X1至CPCI Express X1的转接卡，其特征在于所述转接卡包括一阻抗控制电路板，用以传输PCI Express X1中的低摆幅差分信号即LVDS信号至CPCI Express信号插座；一转接电路板，其通过连接块垂直固定安装在阻抗控制电路板的上部边缘；一PCI Express接口，其位于阻抗控制电路板的下部边缘，与PCI ExpressX1插槽进行物理连接，传递信号和电源；一CPCI Express信号插座，其位于阻抗控制电路板的上部边缘，与CPCIExpress X1中的XP3信号插头进行物理连接，传递信号；一CPCI Express电源插座，其安装在转接电路板上，与CPCI Express X1中的XP4电源插头进行物理连接，传递电源；一双排孔插座，其位于阻抗控制电路板的上部，用以传递电源；一弯针双排插头，其安装在转接电路板上，与阻抗控制电路板上的双排孔插座连接，传递电源；一连接块，其通过螺钉将阻抗控制电路板和转接电路板垂直固定连接在一起；一挡板，一侧与阻抗控制电路板连接，另一侧与计算机机箱边缘连接固定在一起。
2.根据权利要求1所述的一种用于PCIExpress Xl至CPCI Express Xl的转接卡，其 特征在于所述的阻抗控制电路板为4层以上的多层电路板。
3.根据权利要求1所述的一种用于PCIExpress Xl至CPCI Express Xl的转接卡，其 特征在于所述的阻抗控制电路板至少包括两个参考地层和两个信号层。
4.根据权利要求1所述的一种用于PCIExpress Xl至CPCI Express Xl的转接卡，其 特征在于所述的阻抗控制电路板厚度为1. 6mm以上。
5.根据权利要求1所述的一种用于PCIExpress Xl至CPCI Express Xl的转接卡，其 特征在于所述的阻抗控制电路板外形呈L形。
6.根据权利要求1所述的一种用于PCIExpress Xl至CPCI Express Xl的转接卡，其 特征在于所述的阻抗控制电路板中差分信号线的差分特性阻抗为100 Ω 士 10 Ω。
7.根据权利要求1所述的一种用于PCIExpress Xl至CPCI Express Xl的转接卡，其 特征在于所述的阻抗控制电路板中信号线对参考地的单端特性阻抗为50 Ω 士 10 Ω。
8.根据权利要求1所述的一种用于PCIExpress Xl至CPCI Express Xl的转接卡，其 特征在于所述的阻抗控制电路板中差分信号线的长度小于25. 4mm。
9.根据权利要求1所述的一种用于PCIExpress Xl至CPCI Express Xl的转接卡， 其特征在于所述的阻抗控制电路板中两根属于同一对差分信号的信号线的长度差小于 0.127mm。
10.根据权利要求1所述的一种用于PCIExpress Xl至CPCI ExpressXl的转接 卡，其特征在于所述的 PCI Express 接口 为符合 PCI Express CardElectromechanical Specification Revision 1· 0 规范的 PCI Express Xl 金手指接口。
11.根据权利要求1所述的一种用于PCIExpress Xl至CPCI ExpressXl的转接卡，其 特征在于所述的双排孔插座传递的电源包括+12V和+3. 3V直流电源。
12.根据权利要求1所述的用于PCIExpress Xl至CPCI Express Xl的转接卡，其特征在于CPCI Express信号插座传递的信号至少包括参考时钟差分信号RefClk+和RefClk-、 接收差分信号PERpO和PERnO、发送差分信号PETpO和PETnO以及参考地信号。
全文摘要
本发明涉及一种PCI Express X1至CPCI Express X1的转接卡。其可用于将商用和工业控制台式计算机中的PCI Express X1插槽转换为符合PICMG EXP.0R1.0标准的CPCI Express X1插槽，以使符合PICMG EXP.0R1.0标准的CPCI Express X1接口卡(扩展卡)可以在普通商用和工业控制台式计算机中的PCI Express X1插槽中进行应用、调试与测试。该转接卡由阻抗控制电路板、PCI Express接口、CPCI Express信号插座、双排孔插座、转接电路板、连接块、弯针双排插头、CPCI Express电源插座和一挡板组成。本发明的优点及功效在于不影响PCI Express X1和CPCI Express X1中信号的质量和功效，拓展现有PCI Express X1插槽的应用，使其兼容CPCI Express X1接口卡(扩展卡)，大幅度降低CPCI Express X1接口卡(扩展卡)开发的难度和成本，结构简单、使用非常方便。
文档编号G06F13/38GK101923530SQ201010256360
公开日2010年12月22日 申请日期2010年8月17日 优先权日2010年8月17日
发明者刘亚斌, 周强, 屈龙, 徐志跃 申请人:北京航空航天大学