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板卡设计技术

作者:Frank J. Bartos,CONTROL ENGINEERING 责任编辑2007.01.23阅读 7163

  在关于工业板卡、单板计算机(SBCs)以及嵌入式控制的文章中经常提到一个术语“标准结构”,其具体意思是指相关产品的形状及物理尺寸。然而在实际应用中,精确的术语往往晦涩难懂。因此控制工程网版权所有,其他一些可互换使用的概念也被用来描述板卡产品的标准结构,包括:结构,总线,占用面积,版式,模块,平台,协议,规格,标准等。
  一般来说,工业板卡标准结构中的长度与宽度之比相对较小。专家表示,正方形的外形有助于减少板卡的震动与颤动,且这种外形安装比较牢固。当产品超过规定面积时,选择不同的外观尺寸会带来其他特定的属性。一定的标准结构限定了板卡可用空间内的基本安装情况与功能。与板卡标准结构相关的典型部分包括机械布置,连接器,输入/输出(I/O)区域等。而嵌入式控制在板卡标准结构中的空间,供电,可靠性等方面有特殊的考虑。
  不管你如何称呼它们,标准结构的应用简化了开发人员的工作。同时这也为机械制造商及其客户对于通用尺寸与规格的产品的长期可获得性提供了一定的保证。
  雨伞模拟法
  标准结构的分类方法之一是将电脑板卡标准用一个伞面型视图表示。板卡标准的各个要素,如机械尺寸、I/O性能、与其它板
卡的扩展接口,安装以及一定的电气参数等,则由伞面上的扇形表示。这一分类方法是由WinSystems公司的副经理Robert Burckle提出的。“那么,扇形的面积就表示标准结构各要素”Burckle说www.cechina.cn,“一些规范相比而言更为详细,因为它们描述了供电、I/O接口、扩展连接器的安装位置,以及禁止使用区域和其他一些机械问题。”
  连接器,I/O端口甚至安装孔都经常作为标准结构的一部分来考虑。“对这些标准结构要素的规定可以统一不同厂家生产的板卡产品www.cechina.cn,以便减少这些产品在配接电缆、选择外壳或与其他系统集成时所可能遇到的困难。”Burckle同时表示,“但是,‘标准结构’的概念并不包括电气特性,操作部分,处理器及其他可能应用到的芯片。”
  通用工业计算机用板卡标准具有特殊的功能,Burckle解释说:“举个例子来说,VME和CompactPCI可扩展为总线或母板系统;PC/104、EPIC及EBX具有自存储的I/O模块,那么就没有必要安装在支架或母板上。”
  嵌入式系统供应商Kontron北美公司的产品经理Derrick Lavado也同意嵌入式及工业用板卡标准结构的通用属性应包括I/O端口的位置、扩展口、元器件高度,以及安装孔的位置。“对于一个系统工程师来说,这些属性是必需充分考虑到的,这能帮助系统工程师将产品设计为用户更为熟悉的结构,以减少产品投入市场的周期。同时,在技术革新的过程中,这一做法为产品的升级提供了一个途径。”
  Lavado认为除物理尺寸外,I/O端口是标准结构中最重要的属性之一。举例来说,对于PC/104、EBX及其他标准结构,其标准互连端口(LAN,并行接口www.cechina.cn,USB,PS/2等)的安装位置已经确定。I/O接口位于预先设定的特别位置,以便在此基础上进一步实现其他功能。他同时还提到了与一些标准结构有关的元器件高度限制问题。比如PC/104,它采用的是可堆叠式的扩展理念。因为I/O模块往往处于所有堆叠模块的最顶层,而最底层则是CPU模块,所以每个堆叠模块之间的最小间隙必须得到保证;同时,这样做也可以解决整个系统的散热问题。
  普及=使用寿命
  “最普及的标准结构往往具有以下特征:在一个狭小的范围内集成了高性能的CPU/芯片集CONTROL ENGINEERING China版权所有,”Lavado继续说到。在他看来,PC/104就属于这类产品。“PC/104模块与紧凑型外壳一起应用时,其安装方式非常灵活。所有的I/O端口都从板上通过电缆引出,使得远程I/O的位置能够按照设计要求灵活改变。”今天,典型的PC/104模块均集成了号称性能强大,功耗很低的CPU与处理器(比如Intel Pentium M和Celeron M)。

图1EPIC的尺寸介于PC104的堆栈格式和EBX的SBC格式之间  在美国国家仪器有限公司标准结构指的是物理尺寸以及板卡的基本特征但…
图1:EPIC 的尺寸介于PC/104 的堆栈格式和EBX 的SBC 格式之间。

  在美国国家仪器有限公司,标准结构指的是物理尺寸以及板卡的基本特征。但是,NI仪器控制部门的硬件产品策略经理Tim Fountain建议将一些其他因素如安装导轨,连接器等添加到这一范畴以内。为了使连接更为方便快捷,界面连接设备的安装位置是非常重要的。
  NI对于板卡产品在系统应用中的长期可获得性以及可靠的技术支持非常重视,并以此为基础将板卡的全面结构、标准与其标准结构紧密地结合起来。Todd Walter,工业测量及控制部门的团队经理表示:“我们倾向于使用详细明确的制板标准,











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