专利名称：一种用于PCI Express X4至CPCI Express X4的转接卡的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种PCI Express X4总线接ロ至CPCI Express X4总线接ロ的转接卡，用于将商用和エ业控制台式计算机中PCI Express X4插槽转换为符合PICMGEXP. 0R1. O 标准的 CPCI Express X4插槽，以使符合PICMG EXP. 0R1. O标准的 CPCI ExpressX4接ロ卡(扩展卡 )可以在PCIExpress X4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ロ，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、エ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I条通道(Lane)连接至32条通道连接，具有非常强的伸縮性，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是国际エ业计算机制造者联合会(PCI IndustrialComputer Manufacturer ' s Group,简祢 PICMG)既 CompactPCI (Compact Periphera丄Component 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,进ー步提高了可靠性,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总线的全部接ロ协议。由于CompactPCI Express的独到优势,其在电信、计算机通信、エ控与测试、航空航天等领域有着非常广阔的应用前景。但是，由于CompactPCI Express规范接ロ卡板及机箱的特点，造成了 CompactPCIExpress接ロ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、测试和调试エ作。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接ロ卡板提供ー个既符合接ロ协议、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CompactPCIExpress接ロ协议完全相同，因此二者有诸多内在的关联；而且PCI Express无论商用和エ控系统非常普及、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标准连接器及接ロ定义的区别，致使CompactPCIExpress接ロ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接ロ板卡(扩展卡)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于PCI Express X4至CPCI Express X4的转接卡，用于将商用和エ业控制台式计算机中的PCI Express X4插槽转换为符合PICMG EXP. 0R1. O标准的CPCI Express X4插槽，以使符合PICMG EXP. 0R1. O标准的CPCIExpress X4接ロ卡(插卡)可以在普通商用和エ业控制台式计算机中的PCIExpress X4插槽中进行应用、调试与测试。
本发明中的转换及转接包括其一，将PCIExpress X4物理插槽转换为CPCIExpress X4信号插槽XP3和电源辅助插槽XP4 ；其ニ，利用阻抗控制电路板转接的信号至少包括參考时钟差分信号(RefClk+和RefClk-)、接收差分信号(PERpO和PERnO，PERpl和PERnl，PERp2和PERn2，PERp3和PERn3)、发送差分信号(PETpO 和 PETnO，PETpl 和 PETnl，ΡΕΤρ2 和 ΡΕΤη2，ΡΕΤρ3 和 ΡΕΤη3)和參考地信号；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。本发明一种用于PCI Express X4至CPCI Express X4的转接卡，它包括阻抗控制电路板、转接电路板、PCI Express接ロ、CPCI Express信号插座、CPCI Express电源插座、双排孔插座、弯针双排插头、连接块和挡板；它们之间的位置连接关系是阻抗控制电路板外形呈L形，其上部边缘压接有CPCI Express信号插座和转接电路板，其下部边缘布置有PCI Express接ロ，阻抗控制电路板的偏左中部布置有弯针双排插头，CPCI Express电源插座与CPCI Express接ロ卡XP4电源插头进行物理连接，CPCI Express电源插座和弯针双排插头，安装在转接电路板上，该连接块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，该挡板，ー侧与阻抗控制电路板连接，另ー侧可通过螺钉与计算机机箱边缘连接固定在一起。该阻抗控制电路板，用以高速、低损耗、短距离地传输PCI Express X4中的低摆幅差分信号(典型的如LVDS信号)至CPCI Express X4信号插座。该转接电路板，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。该PCI Express接ロ，其位于阻抗控制电路板的下部边缘,用以与PCI Express X4插槽进行物理连接，传递信号和电源。该CPCI Express信号插座，其位于阻抗控制电路板的上部边缘，用以与CPCIExpressX4中的XP3信号插头进行物理连接，传递信号。该CPCI Express电源插座，其安装在转接电路板上，用以与CPCI Express X4中的XP4电源插头进行物理连接，传递电源。该双排孔插座，其位于阻抗控制电路板的上部，用以传递电源。该弯针双排插头，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。 该连接块，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。该挡板，ー侧与阻抗控制电路板连接，另ー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六层及以上多层电路板。其外形呈L形，其差分信号线的长度小于66mm(2600mil)。其中，所述的阻抗控制电路板至少包括两个參考地层和四个信号层。 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 ±10Ω。其中，所述的阻抗控制电路板中信号线对參考地的单端特性阻抗为50Ω ±10Ω。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O. 127mm(5mil)。其中，两个不同发送通道之间的长度差小于2. 54mm(100mil);两个不同接收通道之间的长度差小于2. 54mm(100mil)。其中，所述的PCI Express 接ロ为符合 PCI Express Card ElectromechanicalSpecification Revision I. 0 规范的 PCI Express X4 金手指接ロ。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參考时钟差分信号(RefClk+和 RefClk-)、接收差分信号(PERpO 和 PERnO, PERpl 和 PERnl, PERp2 和 PERn2, PERp3 和PERn3)、发送差分信号(PETpO 和 PETnO，PETpl 和 PETn I，PETp2 和 PETn2，ΡΕΤρ3 和 ΡΕΤη3)和參考地信号。其中，PCI Express X4金手指的发送差分信号(PETpO和PETnO，PETpl和PETnl，ΡΕΤρ2和ΡΕΤη2，ΡΕΤρ3和ΡΕΤη3)，分别对应转接到CPCI Express XP3接ロ的接收差分信号引脚(IPERpO 和 1PER0, IPERp I 和 lPERn2, lPERp2 和 lPERn2, lPERp3 和 lPERn3)。PCIExpress X4 金手指的接收差分信号(PERpO 和 PERnO, PERpl 和 PERnl, PERp2 和 PERn2,PERp3和PERn3)，分别对应转接到CPCI Express XP3接ロ的发送差分信号引脚(IPETpO和IPETnO，IPETp I 和 1ΡΕΤη2,IPETp2 和 1ΡΕΤη2,1ΡΕΤρ3 和 1ΡΕΤη3)。本发明ー种用于PCI Express X4至CPCI Express X4的转接卡,其优点及功效在干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PCI Express X4和CPCIExpress X4中的低摆幅差分信号(典型的如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 X4插槽的应用，使其兼容CPCI Express X4接ロ卡(扩展卡)，大幅度降低CPCI Express X4接ロ卡(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 EXpreSsX4接ロ卡(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。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第三层(L3) PCB设计图。图4C所示为图IA中的阻抗控制电路板101第四层(L4)PCB设计图。图4D所示为图IA中的阻抗控制电路板101第六层(L6)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。图中具体标号说明如下101阻抗控制电路板102PCI Express X4金手指接ロ103CPCI Express 信号摘座104CPCI Express 电源摘座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40110针双排孔I402 Φ 2通孔I403PCI Express差分发送信号I走线404CPCI Express信号插座孔405PCI Express差分发送信号3走线406热插拔存在检测信号走线408+12V直流电源覆铜409Φ3通孔410系统管理总线走线41IPCI Express差分发送信号2走线412PCI Express差分发送信号O走线413+3. 3V直流电源覆铜I414WAKE# 信号走线 I415PCI Express Reset 信号走线416PCI Express差分接收信号3走线417PCI Express差分接收信号O走线418差分參考时钟走线419PCI Express差分接收信号I走线420PCI Express差分接收信号2走线501+12V直流电源覆铜502+3. 3V直流电源覆铜II503GND覆铜504WAKE# 信号走线 II505CPCI Express 电源插座孔506Φ2 通孔 II50710 针双排孔 II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
具体实施例方式请參照附图1A,本发明较佳实施方式一种用于PCI Express X4至CPCI ExpressX4的转接卡包括一阻抗控制电路板101、PCI Express X4金手指接ロ 102、ー转接电路板105、一 CPCI Express 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、ー挡板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 ExpressX4金手指接ロ 102，用以与PCIExpress X4插槽进行物理连接，传递信号和直流电源。其中，所述PCI ExpressX4金手指接ロ 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。请參照表1，PCI ExpreSSX4金手指接ロ 102上的金手指管脚及其信号定义如下列表 I 所不，其符合 PCI Express Card Electromechanical Specification Revision 2. 0规范。 管脚号~^-----
名称说明名称说明
—I__+12V__+12V电源_ PRSNT1# _热插拔存在检测_
—2__+12V__+12V 电源__+12V__+12V 电源 _
—3__+12V__+12V 电源__+12V__+12V 电源 _4 [ GND Γ參考地I: GND f參考地
—5 __ SMCLK_ SMBUS(系统管理总线)时钟—JTAG2__TCK(测试时钟)_
—6__SMDAT _ SMBUS(系统管理总线)数据—JTAG3__TDI(测试数据输入)—
—7__GND__參考地__JTAG4__TDO(测试数据输出)—
—8 +3.3V__+3.3V 电源__JTAG5__TMS(测试模式选择)_
—9 __JTAGl__TRST#(测试复位)__+3 .3V__+3.3V 电源_
_ 10__3.3Vaux__3.3V 辅助电源__+3.3V__+3.3V 电源 _
11] WAKE# ]链路激活信号 ]PERST# ]基本复位
机械锁
12Γ RSVD [保留] GND Γ参考地
13GND 參考地 REFCLK+ ^^ ----參考时钟(差分线对)
14PETpO & —一 ュREFCLK-
---- 发送器差分对，通道O---^―；-
15PETnOGND參考地
3 ’ _。
_ 18__GND__參考地__GND__參考地_
发送器差分对，廳I -^5--——
21GND 參考地 PERpl —站ハ“ ---—T77；--接收器差分对，通道I
22GND參考地PERnl
23PETp2GND參考地
--发达器Ι 分对，通退ζ--——η-
_ 24—_ PETn2___GND__參考地_
25GND 參考地 PERp2 ふ'ュ ---^ ..--接收器差刀'对，通道2
26GND參考地PERn2
27PETp3GND參考地
----——；~ 发送器差分对，通退3 -——--—7-
28PETn3GND參考地
29GND 參考地 PERp3 ふ'ュ -------接收器差分对，通道3
30PERn3
_31_ PRSNT3#__热插拔存在检测__GND__参考地_
_ 32__GND__參考地___表I所述阻抗控制电路板101的上部边缘压接有CPCI Express信号插座103，用以与CPCIExpress接ロ卡XP3信号插头进行物理连接，传递信号。请參照下列表2，CPCI Express信号插座103管脚及其信号定义如表2所示，其符合 CPCI Express Hardware Specification Revision L 0 规范。
权利要求
1.一种用于PCI Express X4至CPCI Express X4的转接卡,其特征在于它包括阻抗控制电路板、转接电路板、PCI Express接口、CPCI Express信号插座、CPCI Express电源插座、双排孔插座、弯针双排插头、连接块和挡板；阻抗控制电路板外形呈L形，其上部边缘压接有CPCI Express信号插座和转接电路板，其下部边缘布置有PCI Express接口，阻抗控制电路板的偏左中部布置有弯针双排插头，CPCI Express电源插座和弯针双排插头安装在转接电路板上，该连接块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，该挡板一侧与阻抗控制电路板连接，另一侧通过螺钉与计算机机箱边缘连接固定在一起； 该阻抗控制电路板，用以高速、低损耗、短距离地传输PCI Express X4中的低摆幅差分信号至CPCI Express X4信号插座； 该转接电路板，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； 该PCI Express接口，其位于阻抗控制电路板的下部边缘,用以与PCI Express X4插槽进行物理连接，传递信号和电源； 该CPCI Express信号插座，其位于阻抗控制电路板的上部边缘，用以与CPCIExpressX4中的XP3信号插头进行物理连接，传递信号； 该CPCI Express电源插座，其安装在转接电路板上，用以与CPCI Express X4中的XP4电源插头进行物理连接，传递电源； 该双排孔插座，其位于阻抗控制电路板的上部，用以传递电源； 该弯针双排插头，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； 该连接块，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； 该挡板，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。
2.根据权利要求I所述的一种用于PCIExpress X4至CPCI Express X4的转接卡,其特征在于所述的阻抗控制电路板为六层及以上多层电路板，其外形呈L形，其差分信号线的长度小于66mm即2600mil。
3.根据权利要求I所述的一种用于PCIExpress X4至CPCI Express X4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四个信号层。
4.根据权利要求I所述的一种用于PCIExpress X4至CPCI Express X4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IOOQ ±10 Q。
5.根据权利要求I所述的一种用于PCIExpress X4至CPCI Express X4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50Q ±10Q。
6.根据权利要求I所述的一种用于PCIExpress X4至CPCI Express X4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 即 5mil。
7.根据权利要求I所述的一种用于PCIExpress X4至CPCI Express X4的转接卡,其特征在于两个不同发送通道之间的长度差小于2. 54mm(100mil);两个不同接收通道之间的长度差小于2. 54mm即IOOmiI。
8.根据权利要求I所述的一种用于PCIExpress X4至CPCI Express X4的转接卡，其特征在于所述的 PCI Express 接口为符合 PCI Express Card ElectromechanicalSpecification Revision I. 0 规范的 PCI Express X4 金手指接口。
9.根据权利要求I所述的一种用于PCIExpress X4至CPCI Express X4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。
10.根据权利要求I所述的一种用于PCIExpress X4至CPCI Express X4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，PERpl 和 PERnl，PERp2 和 PERn2，PERp3 和 PERn3、发送差分信号 PETpO 和 PETnO，PETpl 和 PETnl，PETp2 和 PETn2，PETp3 和 PETn3 和参考地信号。
11.根据权利要求I所述的一种用于PCIExpress X4至CPCI Express X4的转接卡,其特征在于PCI Express X4金手指的发送差分信号PETpO和PETnO，PETpl和PETnl，PETp2和PETn2，PETp3和PETn3，分别对应转接到CPCI Express XP3接口的接收差分信号引脚IPERpO 和 1PER0，IPERp I 和 lPERn2, lPERp2 和 lPERn2, lPERp3 和 lPERn3 ；PCI Express X4金手指的接收差分信号 PERpO 和 PERnO，PERpl 和 PERnl，PERp2 和 PERn2，PERp3 和 PERn3，分别对应转接到CPCI Express XP3接口的发送差分信号引脚IPETpO和IPETnO，IPETpl和lPETn2,IPETp2 和 lPETn2,lPETp3 和 lPETn3。
全文摘要
一种用于PCI Express X4至CPCI Express X4的转接卡，包括阻抗控制电路板、转接电路板、PCI Express接口、CPCI Express信号插座、CPCI Express电源插座、双排孔插座、弯针双排插头、连接块和挡板；阻抗控制电路板上部接有CPCI Express信号插座和转接电路板，下部有PCI Express接口，偏左中部有弯针双排插头，CPCI Express电源插座和弯针双排插头装在转接电路板上，本发明不影响信号的质量和功效，拓展现有PCI Express X4插槽的应用，大幅度降低CPCI Express X4接口卡开发的难度和成本，结构简单、使用方便。
文档编号G06F13/40GK102650979SQ20121008329
公开日2012年8月29日 申请日期2012年3月27日 优先权日2012年3月27日
发明者刘亚斌, 周强, 徐志跃, 申宇元 申请人:北京航空航天大学