一种PCIE扩展系统的制作方法

本发明涉及接口扩展技术领域，尤其涉及一种pcie扩展系统。

背景技术：

随着科学技术的发展和大数据时代的来临，人们对计算机设备和移动设备功能的要求越来越高，特别是在一些大型的视频处理系统或者大数据存储系统中，需要设备能够支持高帧率和高速的数据传送。

常见的pcie卡有pcie显卡、pcie网卡或者pcie声卡等。然而，一个pcie卡仅仅具有显卡功能、网卡功能或者声卡功能，且一个pcie卡需要通过主板上的一个插槽与计算机的cpu相连，不仅占据了计算机设备较多的空间，而且需要在计算机主板上设置多个插槽，使得计算机主板的结构设计和占用空间设计也相对复杂。

技术实现要素：

针对现有处理机制存在的不足，本发明提供一种pcie扩展系统。

一方面，本发明实施例提供一种pcie扩展系统，包括电源模块、高速连接器模块、pciex16标准接口模块、pcie转pci模块、minipcie模块和sata模块，其中，

所述电源模块用于为所述pcie扩展系统供电；

所述高速连接器模块用于接收来自cpu主板的pcie信号、usb信号和sata信号，并将所述pcie信号发送至所述pciex16标准接口模块，将所述pcie信号发送至所述pcie转pci模块，将所述sata信号发送至所述sata模块，将所述pcie信号、所述usb信号和所述sata信号发送至所述minipcie模块；

所述pciex16标准接口模块用于将所述pcie信号提供给pciex16设备；

所述pcie转pci模块用于将所述pcie信号转换为pci信号，并将所述pci信号提供给pci设备；

所述sata模块用于将所述sata信号提供给sata设备；

所述minipcie模块用于将所述pcie信号、所述usb信号和所述sata信号分别发送至wifi设备、4g设备和msata设备。

在本发明提供的pcie扩展系统中，所述cpu主板通过pciex16金手指向所述高速连接器模块传送信号。

在本发明提供的pcie扩展系统中，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扩展系统需要的电压。

在本发明提供的pcie扩展系统中，所述外部电源转换单元包括第一三极管q1、第三三极管q3、第四三极管q4、第一二极管d1、第二二极管q2、第一电阻r1、第三电阻r3、第六电阻r6、第一电容c1、第二电容c2，其中，

所述第二二极管q2的一端、所述第一电阻r1的一端、所述第一电容c1的一端、第一三极管q1的基极连接外部电压源vdc；所述第二二极管q2的另一端、所述第一电阻r1的另一端、所述第一电容c1的另一端、第一三极管q1的发射极连接所述第三电阻r3的一端；所述第三电阻r3的另一端连接所述第三三极管q3的集电极，所述第三三极管q3的发射极接地，所述第六电阻r6的一端和所述第四三极管q4的集电极极连接所述第三三极管q3的基极，所述第六电阻r6的另一端接第一外部控制信号，所述第四三极管q4的发射极接地，所述第四三极管q4的基极接第二外部控制信号；所述第二电容c2和所述第一二极管d1组成的并联支路一端接地，另一端和第一三极管q1的集电极连接作为电压输出端。

在本发明提供的pcie扩展系统中，所述内部电源转换单元包括将来自cpu主板的电压源转换为第一电压值的第一转换子单元和将所述电压源转换为第二电压值的第二转换子单元。

在本发明提供的pcie扩展系统中，所述第一转换子单元包括第一转换芯片u1、第四电容c4、第八电容c8、第九电容c9、第十电容c10、第二电阻r2、第四电阻r4、第五电阻r5、第七电阻r7，其中，

所述第一转换芯片u1的vcc引脚接来自cpu主板的第一电压源vcc5和第四电容c4的一端，所述第四电容c4的另一端接地；所述第一转换芯片u1的vin引脚、所述第四电阻r4的一端和所述第八电容c8的一端接来自cpu主板的第二电压源vcc3p3，所述第八电容c8的另一端接地；所述第四电阻r4的另一端和所述第一转换芯片u1的en引脚经由所述第十电容c10接地；所述第一转换芯片u1的pwrgd引脚经由所述第二电阻r2接第二电压源vcc3p3；所述第一转换芯片u1的vout引脚作为电压输出端接所述第五电阻r5的一端和所述第九电容c9的一端；所述第九电容c9的另一端接地；所述第五电阻r5的另一端接所述第一转换芯片u1的adj引脚和所述第七电阻r7的一端；所述第七电阻r7的另一端接地。

在本发明提供的pcie扩展系统中，所述第二转换子单元包括第二转换芯片u2、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十一电容c11、第十二电容c12、第十五电容c15、第十六电容c16、第十七电容c17，其中，

所述第二转换芯片u2的vcc引脚和所述第十二电容c12的一端接来自cpu主板的第一电压源vcc5，所述第十二电容c12的另一端接地；所述第二转换芯片u2的vin引脚、所述第十一电容c11的一端和所述第八电阻r8的一端接来自cpu主板的第二电压源vcc3p3，所述第十一电容c11的另一端接地，所述第八电阻r8的另一端和所述第十五电容c15的一端接所述第二转换芯片u2的en引脚，所述第十五电容c15的另一端接地；所述第二转换芯片u2的pwrgd引脚经由所述第九电阻r9接第二电压源vcc3p3；所述第二转换芯片u2的vout引脚作为电压输出端接所述第十电阻r10的一端、所述第十二电阻r12的一端、所述第十六电容c16的一端和所述第十七电容c17的一端；所述第十电阻r10的另一端和所述第十一电阻r11的一端接所述第二转换芯片u2的adj引脚；所述第十一电阻r11的另一端、所述第十二电阻r12的另一端、所述第十六电容c16的另一端和所述第十七电容c17的另一端接地。

在本发明提供的pcie扩展系统中，所述pcie转pci模块包括pcie时钟信号产生单元，用于产生将所述pcie信号转换为所述pci信号的时钟控制信号。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明提供pcie扩展系统，通过cpu主板的pciex16金手指获取扩展信号，将实现pciex16标准卡设备、minipcie设备、pci设备、以及sata设备的功能。这些扩展来的设备将在高速数据的传输、数据的存储和4g，以及wifi信号的传输等方面有着广泛的应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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所示是本发明一实施例提供的pcie扩展系统的原理图；

图2所示是图1所示的pcie扩展系统的板卡结构设计图；

图3所示是本发明一实施例提供的电源模块的原理图；

图4所示是图3所示的外部电源转换单元的电路图；

图5所示是内部电源转换单元的第一转换子单元的电路图；

图6所示是内部电源转换单元的第二转换子单元的电路图；

图7所示是图1所示的高速连接器的信号分布图；

图8所示是pcie时钟信号产生单元的电路图；

图9所示是sata模块的引脚图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

图1所示是本发明一实施例提供的pcie扩展系统的原理图，图2所示是图1所示的pcie扩展系统的板卡结构设计图。如图1和图2所示，本发明实施例提供的pcie扩展系统包括电源模块10、高速连接器模块20、pciex16标准接口模块30、pcie转pci模块40、minipcie模块50和sata模块60，其中，

所述电源模块用于为所述pcie扩展系统供电；

所述高速连接器模块用于接收来自cpu主板的pcie信号、usb信号和sata信号，并将所述pcie信号发送至所述pciex16标准接口模块，将所述pcie信号发送至所述pcie转pci模块，将所述sata信号发送至所述sata模块，将所述pcie信号、所述usb信号和所述sata信号发送至所述minipcie模块；

所述pciex16标准接口模块用于将所述pcie信号提供给pciex16设备；

所述pcie转pci模块用于将所述pcie信号转换为pci信号，并将所述pci信号提供给pci设备；

所述sata模块用于将所述sata信号提供给sata设备；

所述minipcie模块用于将所述pcie信号、所述usb信号和所述sata信号分别发送至wifi设备、4g设备和msata设备。

具体地，电源模块为整个系统供电，cpu的pcie3.0x16信号、pcie2.0x4信号和sata3.0信号等，通过pciex16金手指接到高速连接器模块上，这些信号经过扩展可以满足pciex16标准卡设备的使用，minipcie设备包括msata卡、wifi卡或者4g模块卡设备的使用，pci标准卡设备的使用，以及sata硬盘设备的使用。

图3所示是本发明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10包括外部电源转换单元110和内部电源转换单元120，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，在本发明中，提供了两种供电方式，一种直接来源于cpu主板，一种来源于外部开关电源的+12v供电。这是由于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+vcc1p5v和+vcc1p05v的电压供电。因此，此本设计方案电源模块采用两颗richtekrt9018b来实现+vcc1p5v和+vcc1p05v的电压供给。因此，所述内部电源转换单元包括将来自cpu主板的电压源转换为第一电压值的第一转换子单元和将所述电压源转换为第二电压值的第二转换子单元。

图4所示是图3所示的外部电源转换单元的电路图。如图4所示，所述外部电源转换单元包括第一三极管q1、第三三极管q3、第四三极管q4、第一二极管d1、第二二极管q2、第一电阻r1、第三电阻r3、第六电阻r6、第一电容c1、第二电容c2，其中，

所述第二二极管q2的一端、所述第一电阻r1的一端、所述第一电容c1的一端、第一三极管q1的基极连接外部电压源vdc；所述第二二极管q2的另一端、所述第一电阻r1的另一端、所述第一电容c1的另一端、第一三极管q1的发射极连接所述第三电阻r3的一端；所述第三电阻r3的另一端连接所述第三三极管q3的集电极，所述第三三极管q3的发射极接地，所述第六电阻r6的一端和所述第四三极管q4的集电极极连接所述第三三极管q3的基极，所述第六电阻r6的另一端接第一外部控制信号，所述第四三极管q4的发射极接地，所述第四三极管q4的基极接第二外部控制信号；所述第二电容c2和所述第一二极管d1组成的并联支路一端接地，另一端和第一三极管q1的集电极连接作为电压输出端。

图5所示是内部电源转换单元的第一转换子单元的电路图。如图5所示，所述第一转换子单元包括第一转换芯片u1、第四电容c4、第八电容c8、第九电容c9、第十电容c10、第二电阻r2、第四电阻r4、第五电阻r5、第七电阻r7，其中，

所述第一转换芯片u1的vcc引脚接来自cpu主板的第一电压源vcc5和第四电容c4的一端，所述第四电容c4的另一端接地；所述第一转换芯片u1的vin引脚、所述第四电阻r4的一端和所述第八电容c8的一端接来自cpu主板的第二电压源vcc3p3，所述第八电容c8的另一端接地；所述第四电阻r4的另一端和所述第一转换芯片u1的en引脚经由所述第十电容c10接地；所述第一转换芯片u1的pwrgd引脚经由所述第二电阻r2接第二电压源vcc3p3；所述第一转换芯片u1的vout引脚作为电压输出端接所述第五电阻r5的一端和所述第九电容c9的一端；所述第九电容c9的另一端接地；所述第五电阻r5的另一端接所述第一转换芯片u1的adj引脚和所述第七电阻r7的一端；所述第七电阻r7的另一端接地。

图6所示是内部电源转换单元的第二转换子单元的电路图。如图6所示，所述第二转换子单元包括第二转换芯片u2、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十一电容c11、第十二电容c12、第十五电容c15、第十六电容c16、第十七电容c17，其中，

所述第二转换芯片u2的vcc引脚和所述第十二电容c12的一端接来自cpu主板的第一电压源vcc5，所述第十二电容c12的另一端接地；所述第二转换芯片u2的vin引脚、所述第十一电容c11的一端和所述第八电阻r8的一端接来自cpu主板的第二电压源vcc3p3，所述第十一电容c11的另一端接地，所述第八电阻r8的另一端和所述第十五电容c15的一端接所述第二转换芯片u2的en引脚，所述第十五电容c15的另一端接地；所述第二转换芯片u2的pwrgd引脚经由所述第九电阻r9接第二电压源vcc3p3；所述第二转换芯片u2的vout引脚作为电压输出端接所述第十电阻r10的一端、所述第十二电阻r12的一端、所述第十六电容c16的一端和所述第十七电容c17的一端；所述第十电阻r10的另一端和所述第十一电阻r11的一端接所述第二转换芯片u2的adj引脚；所述第十一电阻r11的另一端、所述第十二电阻r12的另一端、所述第十六电容c16的另一端和所述第十七电容c17的另一端接地。

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vref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7所示是图1所示的高速连接器的信号分布图。高速连接器模块实现cpu主板与扩展卡之间的信号连接。在本申请中，pciex16模块和sata模块可分别支持pcie3.0和sata3.0信号，由于pcie3.0信号的传输可达8gt/s，sata3.0信号的传输可达6gt/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信号和sata3.0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规范和sata3.0规范要求，pcie3.0和sata3.0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和0.01u的耦合电容。

在本发明中，pciex16模块采用标准pciex16卡槽设计，其输出信号为pcie3.0信号，可以满足高速数据信号的传输。比如，可以满足高性能的网卡、高性能的视频卡、以及高性能的存储卡设备。通过此模块，客户可以选择满足自己需要的设备，以实现客户的设计要求和实际需求。

在本发明中，在pcie转pci模块中，高速连接器上的一路pcie2.0信号经过idt89hpeb383转换ic可以实现pci信号的输出，此pci信号接到pci标准卡槽上，就可满足标准pci卡的使用，比如：pci网卡、pci显卡、pci声卡等设备。此外，在此模块中，由于从高速连接器端输出的pcieclk信号有限，故所述pcie转pci模块包括pcie时钟信号产生单元，用于产生将所述pcie2.0信号转换为所述pci信号的时钟控制信号。具体地，通过idtics9db403clkbuffferic来产生该时钟控制信号。图8所示是pcie时钟信号产生单元的电路图。

在本发明中，minipcie模块的主要信号有三种，pcie2.0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。

图9所示是sata模块的引脚图。现在许多客户都需要存储大量的数据文件，在本发明中，sata模块即为解决此类数据存储问题而设计。此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。此外，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。

本发明通过pciex16接口将一些非主板必需功能的设备扩展出来，既节省了cpu主板的空间，也简化了cpu主板的设计，而且可供客户有多种选择，方便客户的投资预算，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pciex16高性能视频卡、存储卡、网络卡等的使用。

4、可以支持minipcie设备的使用，包括存储设备、wifi设备和4g设备等。

5、可以支持pci设备的使用，包括pci网卡、pci显卡、pci声卡、pci数据卡等。

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。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，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，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。