汽车计算模块的制作方法

专利名称：汽车计算模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车计算模块以及一种包括这样的汽车计算模块的汽车计算系 统。本发明还涉及这样的汽车计算模块在汽车计算系统中的使用。
背景技术：
在现代汽车中，许多功能通常是由计算机控制的。例如，汽车信息娱乐系统可以包 括让使用者可以利用众多的信息和娱乐功能的计算机界面。这样的功能可包括例如从CD 或DVD播放声音或图像文件，运行导航软件以便为车上的司机提供指引或计算语音识别。 随着近年来新处理器和新系统结构的发展，系统的处理能力已经在相对很短的时间间隔内 得到引人注目的提高并且还将这样提高下去。性能的显著提高通常可在一到三年内实现， 而适合于这些系统的媒体与软件往往不能在较老系统上播放或执行。汽车计算机系统通常为特定类型的汽车配置，并且固定不动地安装在汽车的内 部。由于汽车使用期限的范围长达15年甚至超过15年，汽车的计算系统将在仅仅经过汽 车寿命的一小部分后就变得过时。一旦产品生产线(model line)不再继续生产，通常将不 再能够得到适合于特定汽车的新计算机系统。因此汽车使用者受到他们过时的计算机系统 的约束，并可能不能从计算系统的近期发展和改进中受益。现代CPU的技术周期通常在1-1. 5年的范围内，相比之下，机动车前端单元 (automotive head unit)的标准开发周期从最初概念到形成系列产品是在3年的范围内。 这承受了新前端单元在开始其生命周期时所使用的处理单元已经过时的风险。进一步的问题是，在机动车环境下必须满足特殊要求。可通过比如更换处理器来 升级的普通计算机系统，通常不能在机动车环境中使用。首先，计算系统需要为特定类型 的汽车定制。系统的几何形状需要适应可利用的安装空间，并且比如在要交换汽车专用的 信息的情况下，接口需要适应特定的应用。其次，汽车计算系统需要满足非常严格的操作要 求。计算系统需要在较宽的环境条件范围内，比如较宽的温度和湿度范围内，确保故障-安 全操作。由于安装空间的限制，散热是另一个重要问题，其妨碍了常规计算系统在汽车上的 使用。连接器和安装器件也必须进一步满足关于抗振的要求。

发明内容
因此，需要能消除至少一部分以上提到的缺点的改进汽车计算系统。这种需求通过独立权利要求描述的特征来满足，从属权利要求则描述了本发明的 优选实施方案。依据本发明的第一个方面，提供了适于连接到汽车计算系统主板的汽车计算模 块。汽车计算模块包括具有导电通路的电路板、安装到电路板并至少包括了中央处理单元 (CPU)和主存储器的计算组件、设置在电路板边缘并适于将电路板连接到主板的边缘连接 器插口的边缘连接器，以及由所述边缘连接器提供的用于连接计算模块的多个接口。汽车 计算模块适于在汽车中作为所述汽车计算系统的主计算单元操作，并适于为汽车计算系统执行数据处理，这些数据由汽车计算模块通过接口接收。数据处理可由汽车计算模块独立执行，S卩，汽车计算模块可相当于全功能计算机。 作为主计算单元，模块可以为汽车计算系统执行大部分的数据处理。例如它可以为汽车计 算系统执行至少50%的处理或甚至75%以上的处理，或甚至所有的处理。因此汽车计算系 统在其主板上可以不包含额外的中央处理单元。汽车计算系统也可以配备多个汽车计算模 块，来分担处理工作量。由于模块为汽车计算系统执行主要处理，计算系统的余下部分可仅 仅执行辅助处理功能，这可适用于特殊的机动车环境。由于使用了边缘连接器，模块可很容易安装到汽车计算系统的主板。因此，汽车计 算模块可替代过时的汽车计算模块，从而升级汽车的计算系统。而可能适用于被安装到的 特定类型汽车的计算系统，不需要更换。因此在汽车的整个寿命期内、甚至在新技术发展期 内，适于汽车的计算系统的处理能力可一直跟得上时代。由于汽车计算模块适于在汽车中 操作，它可以满足为机动车组件设置的严格要求。依据本发明的实施方案，接口包括快速外设组件互连(PCIe)接口、通用串行总线 (USB)接口、串行高级技术附件(SATA)接口、安全数字输入/输出(SDIO)接口、低电压差 分信号(LVDS)以及供电控制接口中的至少一个。接口还可包括通用异步收发器(UART)接 口。汽车计算模块还可以包括这些接口的组合或者全部。因此汽车计算模块可具有以许多 不同方式接收数据的能力，并可以作为全功能计算机工作。这些接口的规范可使同种类型 的汽车计算模块能够与不同的适于汽车的计算系统一起使用。此外，这些接口提供了快速 且可靠的数据交换，并确保了与多种外设组件的兼容性。接口可进一步包括调试与引导(DBP)接口。该DBP接口可具有支持不同代以及不 同供货商的CPU的能力，而不用更换边缘连接器的管脚分配。依靠DBP接口，可检查处理器 的操作并可调整操作软件。该DBP接口可以为调试、软件升级和产品测试提供便利的工具。 由边缘连接器提供的调试与引导端口可直接连接到由中央处理单元提供的相应接口。因此 可通过边缘连接器直接访问处理单元的DBP接口。例如，DBP接口可使用边缘连接器的至 少四个管脚。在其他的实施方案中，DBP接口可使用两个或者三个管脚，这取决于所使用的 处理单元。计算系统可将DBP接口引入到技术人员可访问的维护端口，使得可以在汽车计 算系统和汽车计算模块安装到汽车内部之后执行维护。计算组件以及包括导电通路的电路板可被适配成满足汽车内部工作的预定技术 要求。这样，可在汽车内部工作期间预防计算模块发生劣化，比如导电通路的腐蚀。预定技 术要求可包括例如关于温度和/或湿度的技术要求。电路板可包括一个或多个球栅区域(ball grid areas)，其中电路板可被配置成 使得在电路板的与球栅区域不同的区域中，走线到焊盘、过孔到焊盘以及焊盘到焊盘的距 离大于200 μ m。此外，电路板可包括线宽(string width)至少为IOOym的阻焊层。关于湿热的机动车技术要求可被满足。通过这样的布置，可以避免导电通路发生 腐蚀或导电通路之间发生不希望的连接，比如由冷凝(condensation)导致的这些情况。计算组件和电路板可适于使计算模块能够工作在-40°C到70°C的温度范围内，优 选在-40°C到85°C之间(环境温度模块)。为了实现这样的操作，可能需要限制计算组件的 放热。模块可包括模块盖子，并且至少一部分计算组件可通过热电桥耦合到模块盖子，使得模块盖子对于连接到其上的计算组件起到散热器的作用。模块盖子可适于连接到计算 系统的外壳或者机械框架。它也可以作为计算系统的机械部件。可因此消除由计算组件产 生的一部分热量。作为热桥，可使用热传导垫(pad)或者热传导膏(paste)。例如，可为热 耗散至少为0. 5W且至多为3-6W的组件配备热桥，并且这些组件可连接到模块盖子。可为热功率损耗超出预定阈值的计算组件配备适于耦合到汽车计算系统的外壳 的热桥。通过耦合到外壳，对于这些器件的散热可更为有效。预定阈值可位于例如3W到6W 的范围内。还可采纳用于消除产生的热量的其他装置。例如，可为CPU配备集成散热(IHS) 外壳。这样的HIS可提供一个大的表面用来散热。各个计算组件可被适配成在操作中具有小于7W的热功率损耗。因此，可限制由汽 车计算模块产生的热量。边缘连接器可包括用于至少两个不同工作电压的连接，第一工作电压位于2. 5和 3. 5V之间的范围内，且第二工作电压位于4. 5和5. 5V之间的范围内。例如可提供3. 3V和 5V的电压。在汽车计算模块上可由工作电压产生更多的电压，例如在0. 1-2. 5V之间范围内 的核心电压(core voltages)。计算组件可进一步包括北桥和南桥或者组合的南/北桥、时钟发生器，以及本地 电压转换器。时钟发生器和电压转换器可通过单芯片方案组合起来。计算组件可进一步 包括闪存。北桥也可以集成在中央处理单元内。当然也可以提供更多组件，例如图形芯片 (graphics chip)，和类似组件，或者功能单元可组合到例如一个芯片中，诸如专用集成电 路(ASIC)或系统控制器。电路板可以是高密度互连(HDI)板或插入式封装技术(THT)板，具有至少六层，优 选地具有八到十层。汽车计算模块可具有的尺寸在80X80mm到120X 120mm之间，具有的 高度取决于计算组件和板上提供的散热器件。边缘连接器可具有200-250条管脚。此外，接口可包括通用输入/输出(GPIO)接口，该接口适于特定类型的汽车计算 模块或汽车计算系统。可为这些接口分配不同功能，这取决于例如汽车计算模块是被用于 新近的还是较老的汽车计算系统、或汽车计算模块配备的是哪种类型的处理器或芯片组。汽车计算模块可包括用于将计算模块牢固地附着到边缘连接器插口或主板的固 件。该固件可包括例如计算模块电路板的螺孔，以及用于在计算模块与边缘连接器插口和/ 或汽车计算系统的主板之间形成螺栓连接的螺栓。特别是，电路板和边缘连接器插口之间 可建立螺栓连接。边缘连接器插口可被硬化，以增加机械强度。这些措施对于机动车应用 是特别有利的，在机动车应用中计算模块易遭受很高的加速度和振动。依据本发明的另一方面，提供了一种汽车计算系统，其包括具有面向汽车组件的 接口和用于接收边缘连接器的边缘连接器插口的主板，并进一步包括上面提及的汽车计算 模块，其中汽车计算模块适于通过边缘连接器连接到所述主板。利用这样的汽车计算系统， 可实现与以上描述相类似的优点。依据实施方案，汽车计算系统是一种适用于被安装到特定类型的汽车上的与汽车 有关的系统，而汽车计算模块是一种标准化汽车计算模块，这种标准化汽车计算模块适合 用于适合不同类型汽车的多个不同汽车计算系统。这样的汽车计算系统具有以下优点，即 能针对特定类型的汽车被优化，同时通过使用标准化计算模块仍可以相对较低的成本生产。此外，汽车计算系统的计算模块可简便地升级。特别是，形状因素、汽车计算系统的连 接器和/或接口可被适配成适应特定类型的汽车。主板可进一步包括现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或用于控制 汽车计算模块的启动和/或通信的微控制器。FPGA或ASIC可例如对面向汽车计算模块的 GPIO接口进行适配和配置。可将边缘连接器插口形成为使得主板与汽车计算模块的电路板的距离在2mm到 9mm之间范围内，优选地在6到8mm。这样汽车计算模块可在两侧都装备有计算组件。汽车计算系统可选自包括汽车信息娱乐系统、汽车多媒体系统、汽车导航系统、汽 车控制系统和集成汽车计算系统的组，其中集成汽车计算系统合并了以上提及的两个或更 多个系统。主板面向汽车的接口可包括控制器局域网(CAN)接口、本地互联网络(LIN)接口， 和媒体导向系统传输(MOST)接口中的至少一种。主板可被配置为将这些接口之一接收的 数据传送到汽车计算模块，以便进行处理。本发明的再一个方面涉及在汽车中使用以上提及的其中一个汽车计算模块来执 行汽车计算系统的处理功能。如上所述，在汽车上使用这样的汽车计算模块是有益的，因为 该汽车计算模块允许汽车计算系统升级。此外，仅需要为适用于不同类型的汽车的一系列 计算系统提供一种类型的汽车计算模块。可以理解，在不偏离本发明的范围的情况下，以上所提到的和那些将在后续解释 的特征不仅可以以已指出的各组合方式来使用，还可以以其他组合方式使用或单独使用。


通过结合附图阅读以下对所示实施方案的详细描述，本发明前述的和其他的特点 及优点将变得更加显而易见。附图中同样的附图标记指示同样的元件。图1是说明依据本发明实施方案的汽车计算模块的示意性框图；图2是说明依据本发明实施方案的汽车计算系统的示意性框图；图3是依据本发明实施方案的汽车计算系统的示意性侧视剖面图。
具体实施例方式以下对实施方案的描述仅为了说明的目的而给出，而不应以限制的意思来理解。 附图只作为表意性图示，图中的各元件不必要彼此按比例地画出。而是，不同元件的图示选 择成使得各元件的功能和一般目的对于本领域技术人员来说变得显而易见。各实施方案 中对图中所示的功能块或单元的划分并不要解释为表示这些单元必须作为物理上分离的 单元来实施，而所示出或描述的功能块或单元都可实施为分离的单元、电路、芯片或电路元 件，但一个或多个功能块或单元也可在共同的电路、芯片、电路元件或单元中实施。图1示出了依据本发明实施方案的汽车计算模块100。模块100包括在模块的边 缘上提供的边缘连接器101。边缘连接器101包括许多个管脚109，并适于装入边缘连接器 插槽中，该边缘连接器插槽安装在汽车计算系统的主板上。边缘连接器包括200-250个管 脚，比如230个管脚，当模块被插入边缘连接器插槽中时这些管脚接触相应的导电元件。管 脚的中心到中心距离或管脚间距可以在0. 4到0. 6mm之间，比如0. 5mm，这可以避免相邻管脚之间发生不希望的接触。因此可以满足关于汽车计算模块可以工作时的湿度的要求。边缘连接器101提供了许多面向汽车计算模块100的接口 105。接口 105包括快 速外设部件互连(PCIe)接口、通用串行总线(USB)接口、串行高级技术附件(SATA)接口、 安全数字输入/输出(SDIO)接口、低压差分信号(LVDS)接口、通用异步收发器(UART)接 口、以太网接口和两个为模块供电的接口(3. 3V和5V)。需要清楚的是这些接口中的一些是 可选的，例如UART和以太网接口，而且还可提供更多接口，例如显示I2C接口(displayI2C interface)、视频接口、SM总线接口、SPI接口、多个通用输入/输出(GPIO)接口、供电控制 接口以及类似接口。下面的表1示出了依据本发明实施方案的汽车计算模块的接口配置的 例子，并在表的第二列中指出了所提供的各个接口的个数。
供电控制5RESET IN/0UT#, WAKE#，SUS_STAT#， P0WER_0N其他10VER_TEMP可为每个接口分配边缘连接器的一个或多个管脚。例如，可为调试和引导端口 (debut/boot port,DBP)接口 108分配五到十个管脚。GPIO接口可例如用于使模块适应于 在模块100上使用的特定中央处理单元(CPU) 102。通过提供以上提到的接口，即使生产出 包括了新一代处理器或来自不同供货商的处理器/芯片组的模块，仍可保持接口配置，因 此确保了汽车计算模块100与汽车上安装的汽车计算系统的兼容性。因此，在汽车整个寿 命期间，汽车上安装的模块都可升级为新版本的模块。汽车计算模块100可进一步包括北桥(northbridge)以及南桥(southbridge)，北 桥通常提供存储控制器，南桥通常为余下接口提供输入/输出控制器。南桥可以例如包括 USB控制器。图1的实施方案中，模块100包括组合的南/北桥104。南/北桥104可例如 以单芯片形式的解决方案来提供，比如系统控制器，它也可包括图形处理功能。其他的配置 当然也同样有可能，北桥例如可集成在CPU 102中。其他类型的输入/输出(1/0)集线器 也可以被使用。南/北桥104与主存储器103相连，主存储器103可以是随机存取存储器 (RAM)。时钟发生器107与南/北桥104相连，也可与CPU 102相连。需要清楚的是，可提 供若干分离的时钟发生器来为汽车计算模块100的不同组件产生时钟信号。CPU 102可以 是单核或多核的处理器。模块100进一步包括电压转换器106，电压转换器106由通过边缘连接器提供的 电压生成核心电压，比如用于CPU 102的工作电压。应该清楚的是，电压转换器106可包括 分布在模块100上的物理上分离的多个单元。模块100配备了 5V和3. 3V的电源轨系统 (powerrail system)，以便实现优化的负载分布。单电源轨系统也有可能被采用。可选地， 3. 3V备用电源轨同样是可用的。电压转换器106可产生一系列核心电压，例如1V、1.5V、 1. 8V......以及2. 5V的电压。调试/引导端口(DBP)接口 108是位于模块100上的芯片组的专用调试和引导端 口接口的通用表示形式。模块100的DBP接口 108可连接到模块100所附着的汽车计算系 统的主板的调试边缘连接器。该连接可以不改变管脚分配并独立于模块上使用的CPU而发 生。通过主板上的调试边缘连接器和模块100的边缘连接器101，可直接访问CPU 102的 DBP0与CPU专用接口的适配可以用板外工具(off-board tools)来执行，板外工具可连接 到调试边缘连接器。例如，对于intel芯片组，LPC总线可被分配给DBP，而对于Renesas芯 片组，可使用与HUDI接口相同的信号。利用DBP概念，可以在支持具有不同调试接口的不 同处理单元/芯片组的同时提供标准化的接口管脚的分配。即使模块100被安装到汽车计算系统，通过DBP接口可以简便地执行软件调试和 固件升级。由于汽车计算系统通常安装在狭小有限的空间内，最有利的方法是通过边缘连 接器101和主板的调试边缘连接器将模块芯片组的调试和引导端口直接引出，使得不必卸 下计算系统便可以从外部访问该调试和引导端口。当然，汽车计算模块100可包括未在图1中示出的其他组件。例如，可包括用于执行图形处理的附加的图形芯片、用于存储数据的闪存或NAND闪存，以及类似的组件。闪存 或NAND闪存也可以置于主板上并通过边缘连接器101来访问。其他存储介质，例如硬盘驱 动及类似介质也可以被置于或连接到计算系统的主板，并通过边缘连接器101来访问，例 如使用SATA接口。由于可用来安装汽车计算系统的空间有限，模块100的维度也受到限制。模块的 长度和宽度可在80 X 80mm到120 X 120mm的范围内，比如模块可以具有80 X 11 Omm的尺 寸。模块100可包括多层电路板，该多层电路板可使用高密度互连(HDI)或插入式封装技 术(through hole technology)来制造。多层电路板可具有多于六层，优选地具有八到十 层。使用HDI电路板，可实现尺寸上的缩小，并可更容易满足对于快速总线系统的关于信号 完整性的要求。汽车计算模块100被特别地适配成适于在机动车环境中使用。具体而言，将汽车 计算模块适配成适于在不同湿度程度下在-40°C到85°C之间的温度范围内工作。为实现在 这样的高温下工作，将模块100的每个组件适配成产生的功率损耗小于7W。模块100被配 置为具有的总功率损耗小于30W，优选地配置为具有的功率损耗小于20W或甚至小于15W。 模块100的具有大于0. 5W小于2W的功率损耗的组件耦合到模块外壳或模块盖子(非直接 热桥)，或直接耦合到汽车计算系统的外壳(直接热桥)。组件可配备以高热传导的材料，例 如热传导塾(heat conducting pad)或热传导膏(heat conducting paste)及类似材料。 热功率损耗特别高的组件，例如CPU102，可配备集成散热器(IHS)外壳，来为热交换提供大 的表面。直接耦合或附加散热器可用于例如热功率损耗大于3W到5W的组件。模块100进一步被适配成适于在湿热条件下工作。在这样的条件下，可能发生冷 凝，导致例如由于电路走线(circuit trace)或类似物之间的不希望的连接而使模块发生 故障。电路板配置成使得在非球栅区域(non-ball gridarea)中，走线到焊盘(pad)、过孔 (via)到焊盘及焊盘到焊盘的距离大于200 μ m。球栅区域(ball grid area, BGA)是例如 在通过使用球栅被安装到电路板的一个或多个计算组件的下面的区域，例如在诸如处理单 元、主存储器、控制器、ASIC或其他芯片或集成电路(ICs)这样的组件的下面。焊盘通常用 于建立到组件的电触点，同时过孔或微过孔(microvia)用于比如当使用多层板时在电路 板不同层上的走线之间提供电连接。可使用某些类型的漆或抗蚀剂，例如阻焊剂，覆盖电路板外层上的导电通路。电路 板包括线宽(string width)至少为100 μ m的阻焊层(solder mask)。因此可避免在湿热条件下发生电流泄漏及其他类型的故障。应该清楚的是，图中 示出的将计算组件连接起来的实线只是连接的示意性代表，而并不代表实际的走线。CPU 102和南/北桥104可例如具有多条将它们连起来的走线，这些走线可分布在板120的不同 层上。通过使用用于除去器件产生的热量的上述布局和大致配置，可满足在汽车内部操 作汽车计算模块100的严格要求。应该清楚的是，计算组件本身，诸如CPU 102和南/北桥 104被适配成适于在上面指出的温度范围内工作。图2示出了汽车计算系统200的示意图。系统200可以是信息娱乐系统、汽车导 航系统、汽车多媒体系统或汽车控制系统，或者是上面几种的组合。该汽车计算系统可以例 如被安装到汽车的单DIN或双DIN尺寸的插槽。汽车计算系统200包括边缘连接器插口(socket) 201，计算模块100经由该边缘连接器插口 201连接到主板204。根据配置，插口 可具有不同的高度，比如在5到8mm之间。插口或边缘卡连接器201包括与汽车计算模块 100的边缘连接器上的管脚相对应的触点。计算模块100的电路板120可被配置为与所用 边缘连接器插口相匹配的厚度，比如1. 2士0. Imm的厚度。模块100与边缘连接器插口 201 之间的连接必须满足在机动车环境中使用的要求，比如关于振动的要求。这可以通过选择 或适配插槽201以便满足这些要求来实现，比如通过确保用于接触边缘连接器101管脚的 接触力足够高来实现。此外，计算模块100可例如通过使用螺栓或类似固件来机械地固定 到计算系统200的主板204。因此可以获得坚固的、可分开的连接，使汽车计算模块100能 够被简单地拆下或更换。主板204适合于配置了计算系统200的特定类型的汽车。根据特定的应用，主板 可例如提供一系列的汽车专用接口，诸如CAN、LIN或MOST接口。主板204的面向汽车的其 他组件的接口 203可包括面向车载显示器、车载输入单元或车载扬声器的接口，以及面向 诸如GPS、蓝牙天线或者无线电这样的天线的接口，或者面向安装到汽车仪表盘上 或计算系统面板上的USB连接器的接口。因此，主板204可包括专用的音频和视频模拟电 路，比如数/模或模/数转换器，和类似器件。计算模块100的某些接口可直接连接到计算 系统200的相应接口，比如USB接口，或可通过控制器或其他器件连接。主板204进一步包 括主板调试边缘连接器形式的DBP接口，其直接连接到模块100相应的DBP接口。于是可 将适配器连接到主板调试边缘连接器，使得能够访问模块100使用的特定类型的CPU。尽管在机械外型、连接器和接口方面汽车计算系统200适用于特定类型的汽车， 但汽车计算模块100是一种可连接到一系列不同类型的系统200的标准化模块。为提供这 样的互操作性，模块100和主板204之间的接口被标准化，即，模块100的接口由边缘连接 器的预定管脚提供。当为汽车适配系统200时，不需要改变对于模块100的接口，且可采用 标准化的模块。当新一代的处理器和芯片组可用时，在汽车计算模块100上可提供接口转 换器，以便确保与较老的汽车计算系统的兼容性。DBP的概念提供了可支持来自不同供货商 的几代处理单元的标准接口所需要的灵活性。汽车计算系统200不仅具有可以相对低的成 本生产汽车计算模块100的优点，因为汽车计算模块100可在大范围的计算系统中使用因 此可以被大规模生产，还具有计算系统200可简便地升级到最新可用的处理器和芯片组的 优点。系统200进一步包括控制器202，控制器202可以是FPGA、ASIC或微控制器。控 制器202可用来使通用输入/输出接口适应所用的特殊类型的模块100。在示例的配置中 提供了 16个GPIO端口，其中13个端口为了可选的例如被动并行模式的FPGA编程而保留。 被动串行模块的编程同样可行。通过经由GPIO接口对控制器202编程，使计算系统200适 应所用模块100的某些调整变为可能。控制器202可进一步执行对于计算模块100与主板 204之间的接口的控制功能。控制器202还可以包括对于计算系统200的启动或引导机制。 应该清楚的是，控制器202可包括多个ASIC、FPGA、微控制器或它们的组合，来提供以上提 到的不同功能。图3是汽车计算系统200的侧视剖面图。该图示出了当模块被插入边缘连接器插 口 201中时，主板204与模块100之间的距离。优选地，距离选择成使得模块100的两侧上都 可以装配计算组件。例如，计算模块100的电路板120与主板204之间的距离可调整到6至8mm之间。计算组件在图3中用黑色矩形显示。如图所示，模块100可通过管脚、嵌钉(stud) 或螺栓或类似固件被机械地附着到主板204上。模块100进一步包括盖子(cover) 110。为 了除去来自计算组件的热量，一些组件利用热传导垫111或类似装置热耦合到盖子110。其 他计算组件再次通过使用热传导垫或散热器112直接耦合到计算系统200的外壳205。盖 子110当然也可以被热耦合到外壳205。因此能够实现对计算组件的热功率消耗产生的热 量的有效去除。 综上所述，本发明提供了一种汽车适用的计算系统，其具有可用于不同的适用系 统的标准化汽车计算模块。通过使用这样的标准化计算模块，节省了汽车适用的计算系统 的开发和生产的成本。由于可通过更换模块简便地升级汽车计算系统，使用者可在汽车寿 命期间从处理能力的最新改进中受益。
权利要求
一种汽车计算模块，用于连接到汽车计算系统的主板，包括 电路板，其具有导电通路， 计算组件，其安装到电路板上，并至少包括中央处理单元和主存储器， 边缘连接器，其设置在电路板的边缘，并用于将电路板连接到所述主板的边缘连接器插口，以及 多个接口，其由所述边缘连接器提供，用于连接计算模块，其中，所述汽车计算模块用于在汽车内作为所述汽车计算系统的主计算单元进行操作，并用于为所述汽车计算系统执行数据处理，该数据由汽车计算模块通过所述接口接收。
2.如权利要求1所述的汽车计算模块，其中所述接口包括快速外设组件互连接口、通 用串行总线接口、串行高级技术附件接口、安全数字输入输出接口、低压差分信号接口、通 用异步收发器接口，以及供电控制接口中的至少一个。
3.如权利要求1所述的汽车计算模块，其中所述接口包括调试及引导端口接口。
4.如权利要求3所述的汽车计算模块，其中调试及引导端口接口由边缘连接器提供， 并直接连接到所述中央处理单元提供的相应的接口。
5.如权利要求3所述的汽车计算模块，其中调试及引导端口接口使用了所述边缘连接 器的至少四个管脚。
6.如权利要求1所述的汽车计算模块，其中所述计算组件和包括所述导电通路的所述 电路板用于满足汽车内部工作的预定技术要求。
7.如权利要求1所述的汽车计算模块，其中电路板包括一个或多个球栅区域，且其中 电路板配置成在电路板的与球栅区域不同的区域中走线到焊盘、过孔到焊盘以及焊盘到焊 盘的距离大于200 μ m。
8.如权利要求1所述的汽车计算模块，其中电路板包括线宽为至少100μ m的阻焊层。
9.如权利要求1所述的汽车计算模块，其中所述计算组件和所述电路板用于使计算模 块工作在-400C到700C的温度范围内，优选地在-400C到85°C的温度之间。
10.如权利要求1所述的汽车计算模块，其中汽车计算模块包括模块盖子，该模块盖子 用于连接到计算系统的外壳，并且其中所述计算组件的至少一部分通过热桥耦合到所述模 块盖子，使得模块盖子对于与它连接的计算组件起到散热器的作用。
11.如权利要求1所述的汽车计算模块，其中热功率损耗高于预定阈值的计算组件配 备了热桥，该热桥用于耦合到所述汽车计算系统的外壳。
12.如权利要求1所述的汽车计算模块，其中各个所述计算组件在工作中具有小于7W 的热功率损耗。
13.如权利要求1所述的汽车计算模块，其中所述边缘连接器包括用于至少两个不同 的工作电压的连接，第一个所述工作电压位于2. 5到3. 5V之间的范围内，且第二个所述工 作电压位于4. 5到5. 5V之间的范围内。
14.如权利要求1所述的汽车计算模块，其中计算组件进一步包括北桥和南桥或组合 的南/北桥、时钟发生器和电压转换器。
15.如权利要求1所述的汽车计算模块，其中汽车计算模块包括用于将计算模块牢固 地附着到边缘连接器插口和/或主板的固件。
16.一种汽车计算系统，包括主板，其具有面向汽车的组件的接口以及用于接收边缘连接器的边缘连接器插口，以 及用于通过所述边缘连接器连接到所述主板的汽车计算模块，汽车计算模块包括_电路板，其具有导电通路，“计算组件，其安装到电路板，并至少包括中央处理单元和主存储器，-边缘连接器，其设置在电路板的边缘，并用于将电路板连接到所述主板的所述边缘连 接器插口，以及“多个接口，其由所述边缘连接器提供，用于连接计算模块，其中汽车计算模块用于在所述汽车中作为所述汽车计算系统的主计算单元操作，并用 于为所述汽车计算系统执行数据处理，该数据由汽车计算模块通过所述接口接收。
17.如权利要求16所述的汽车计算系统，其中汽车计算系统是被安装到特定类型汽车 上的汽车专用系统，且其中汽车计算模块是标准化汽车计算模块，该标准化汽车计算模块 用于与适合不同类型汽车的多种不同汽车计算系统一起使用。
18.如权利要求16所述的汽车计算系统，其中主板包括现场可编程门阵列、专用集成 电路、或用于控制汽车计算模块的启动和/或与汽车计算模块的通信的微控制器。
19.如权利要求16所述的汽车计算系统，其中边缘连接器插口被形成为使得所述汽车 计算模块的电路板与所述主板的距离在2到9mm之间的范围内，优选地在6到8mm之间。
20.如权利要求16所述的汽车计算系统，进一步包括固件，所述固件被适配并布置成 使得计算模块被牢固地附着到边缘连接器插口和/或主板。
21.如权利要求16所述的汽车计算系统，其中汽车计算系统选自于包括汽车信息娱乐 系统、汽车多媒体系统、汽车导航系统、汽车控制系统，以及合并了两个或更多个这些系统 的集成汽车计算系统的组。
22.如权利要求16所述的汽车计算系统，其中主板面向汽车的接口包括控制器局域网 接口、本地互联网络接口和媒体导向系统传输接口中的至少一个，主板配置成将在这些接 口的其中之一接收的数据传送到汽车计算模块以便进行处理。
23.在汽车上使用如权利要求1所述的汽车计算模块，用于为所述汽车的计算系统执 行处理功能。
24.一种汽车计算模块，用于连接到汽车计算系统的主板，包括_电路板，其具有导电通路；-计算组件，其安装到电路板，并至少包括中央处理单元和主存储器；-边缘连接器，其设置在电路板的边缘，并用于将电路板连接到所述主板的边缘连接器 插口，以及-多个接口，其由所述边缘连接器提供，用于连接计算模块，其中汽车计算模块用于在汽车内作为所述汽车计算系统的主计算单元操作，并为所述 汽车计算系统执行数据处理，该数据由汽车计算模块通过所述接口接收，其中接口至少包 括通用串行总线接口、安全数字输入输出接口和低压差分信号接口。
25.一种汽车计算模块，用于连接到汽车计算系统的主板，包括-电路板，其具有导电通路，该电路板包括一个或多个球栅区域，并被配置成在电路板 的与球栅区域不同的区域中，走线到焊盘、过孔到焊盘以及焊盘到焊盘的距离大于200 μ m，_计算组件，其安装到电路板，并至少包括中央处理单元和主存储器，-边缘连接器，其设置在电路板的边缘，并用于将电路板连接到所述主板的边缘连接器 插口，以及“多个接口，其由所述边缘连接器提供，用于连接计算模块，其中汽车计算模块用于在汽车中作为所述汽车计算系统的主计算单元来操作，并且用 于为所述汽车计算系统执行数据处理，该数据由汽车计算模块通过所述接口接收，且其中 所述计算组件和包括所述导电通路的所述电路板满足在汽车内工作的预定技术要求。
全文摘要
本发明涉及一种汽车计算模块，其适于连接到汽车计算系统的主板，包括电路板，其具有导电通路；计算组件，其安装到电路板，并至少包括中央处理单元和主存储器；边缘连接器，其设置在电路板的边缘，并适于将电路板连接到所述主板的边缘连接器插口，以及多个接口，其由所述边缘连接器提供，用于连接计算模块，其中汽车计算模块适于在汽车内作为所述汽车计算系统的主计算单元操作，并为所述汽车计算系统执行数据处理，该数据由汽车计算模块通过所述接口接收。
文档编号G06F1/16GK101923376SQ20101020101
公开日2010年12月22日 申请日期2010年6月9日 优先权日2009年6月9日
发明者冈瑟·克拉夫特, 托马斯·厄福思 申请人:哈曼贝克自动系统股份有限公司