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模块化的电子线路板结构的制作方法

文档序号:6434081
专利名称:模块化的电子线路板结构的制作方法
模块化的电子线路板结构1技术领域
本发明总体上涉及到电子产品的电路,尤其涉及到各种处理器的开发板的电路, 具体涉及到DSP开发板、ARM开发板、FPGA开发板和ASIC验证平台。背景技术

通常电子产品的硬件设计,是一个复杂的过程,需要设计电路原理图,PCB设计,元 器件采购,PCB加工,元器件焊接组装,组装成完整的电路板后,才能够进行调试,测试。过 程中每一个环节都是必须的,每一个环节都需要专门的技术人员,而且每一个环节都需要 大量的时间才能够完成,都需要相当的费用支出的。通常这一个过程需要很长的时间;还需 要App工程师,硬件工程师,采购员,焊接工等多方面的技术人员,共同协作才能够完成。其 中任何一个环节出现错误,都可能影响电子产品的质量,都需要反复进行这一个过程。
目前,电子产品大多数是一体式电路板,整个电路,包括主处理器电路,从设备电 路,以及其它的电路,都在一个电路板上。显然,一个电路板上集成的元器件越多,电路的设 计就越复杂,出现故障的概率越大。
也有部分电子产品,如一些开发板,将主处理器电路,或者部分从设备电路,分离 出来。但是分离出来的主处理器电路和从设备电路,都不具有一致的接口,只有非常有限的 可替换性。
发明内容
本发明旨在提供一种电子线路板结构,尽可能的兼容各种主处理器接口,和各种 从设备接口,降低电子产品电路板的设计难度,提高电路板的重复利用率。本发明的电子线 路板结构,在提高开发板的灵活性,提高开发板硬件设计的效率,降低硬件的研发成本方面 尤其有用,但是也可以用在电子产品的开发上。如将要描述的,本发明的电子线路板结构, 具有同样的主连接器,和同样的从连接器,利用可编程逻辑器件实现主连接器和从连接器 之间的信号转换。将主处理器芯片和从设备芯片从整个电路板上分离开来,作为完全独立 的主处理器电路板、从设备电路板来实现。将整个电路板模块化,分解成载板电路模块,主 处理器电路模块和各从设备电路模块;而且各个电路模块都是独立的,同种电路模块是可 互换的。
如果处理器芯片,各个从设备接口芯片,以及信号转换电路都在一块电路板上实 现,作为一个整体同时设计,那么其中任何一个细小的电路设计错误,就可能会导致整个电 路板都不能够满足电子产品的各项技术指标的要求,就必须要重新设计,重新加工,重新生 产。最终导致硬件设计时间增长,工作量加大,相应的研发费用也就增大。
采取分立的模块实现,电路设计中的一个错误,仅仅会导致一个模块错误,而不会 造成其它的模块受到影响。
采取分立的模块实现,各个模块会更简单。通常,电路的功能越简单,电路的复杂 性就越低,电路板的故障率就越低。即使模块出现了错误,加工一个产品中的单个模块的电路板的工作量相对加工一个产品的整个电路板的工作量来说,是非常小的。
采取模块化的设计方式,大大的降低了硬件电路设计的复杂性,提高硬件设计的效率。
从以下的描述中,将部分叙述本发明的优点,并且阅读通过以下说明或通过实施 发明将部分清楚或了解本发明的优点。利用所写说明及其权利要求以及附图所提供的方 法,将实现和获得本发明的优点。
如这里所广泛体现和描述的,在本发明的第一实施例中提供了一种电子线路板的 结构,该结构包含主连接器,从连接器和信号转换电路;以及本发明的电子线路板结构的载 板,和主处理器电路板,从设备电路板的接口连接关系。
在本发明的第二实施例中提供了载板的结构,主处理器电路板的结构和从设备电 路板的结构,以及它们组合成一个整体电路板的方式。
应该理解,以上的一般描述以及以下的详细描述都只是举例和说明性的,不是对 权力要求所确定的本发明的限制。
本发明的电子线路板结构,其中的载板,只关注主连接器,从连接器,和信号转换 电路的设计,不涉及到具体的处理器和设备,具有通用性,完全是模块化的。一个载板,可以 适用于不同的产品。
本发明的电子线路板结构,其中的从连接器是统一的,独立的。从设备可以任意连 接,提供了硬件的通用性,灵活性。所有的从设备电路板,只需要设计从设备的核心接口芯 片,和从连接器的电路设计,就可以完成。设计的工作量非常的小,完全是模块化的。
本发明的电子线路板结构,其中的主连接器也是统一的,主处理器可以任意连接。 所有的主处理器电路板,只需要设计主处理器的核心芯片,和主连接器的电路设计,就可以 完成。也是完全模块化的。
所有的载板、主处理器电路板和从设备电路板,都具有良好的通用性,互换性。对 于不同的电子产品,不需要重复设计了。可以节省大量的重复性工作。
本发明的电子线路板结构构成的电路系统,具有很多的灵活性。
案例一由本发明的结构构成的图像处理系统,主处理器电路板是DSP,从设备电 路板有视频输入,视频输出。如果将视频输入换成AD,视频输出换成DA,就构成了数字信号 处理系统了。
案例二 由本发明的结构构成的图像处理系统,主处理器电路板是DSP,从设备电 路板有视频输入,视频输出。如果将主处理器电路板换成ARM处理器,就构成了 ARM图像处 理系统。其余的都不要更换。
案例三由本发明的结构构成的图像处理系统,主处理器电路板是DSP,从设备电 路板有视频输入,视频输出。
如果再增加一路视频输入,一路视频输出;就构成了多通道的图像处理系统。如果 载板上的从连接器不够,可以换一个从连接器更多的载板,如从有4个从连接器的载板,换 成有8个从连接器的载板,其它的模块都是原来的,就轻易的构成了一个更大的系统。

附图有助于对本发明的进一步理解,其包含在此构成说明书的一部分。附图例示了本发明的实施例,并与说明书一起用于说明本发明的原理。
通过附属的详细描述和附图,本发明的这些和其它特征将更加显而易见,其中
图1示出了本发明的第一实施例的电子线路板结构示意图。
图2示出了本发明的第一实施例的电子线路板结构中,载板和主处理器电路板, 从设备电路板间的组合关系示意图。
图3示出了本发明的第二实施例的载板的电子线路板结构示意图。
图4示出了本发明的第二实施例的载板,主处理器电路板,从设备电路板组成整 体电路板的不意图。
图5示出了本发明的第二实施例的主处理器电路板结构示意图。
图6示出了本发明的第二实施例的从设备电路板结构示意图。
图7示出了本发明的第二实施例的主连接器和从连接器的接口信号示意图。
图8示出了本发明的第二实施例的信号转换电路原理图。
5较佳实施例的详细描述
图1示出了本发明的第一实施例的电子线路板结构示意图,描述了载板130的结 构。其中131,132,133,134,135,136是主连接器,所有这些主连接器构成主连接器组;137, 138,139,140,141,142是独立的从连接器;143是信号转换电路。
图2示出了本发明的第一实施例的电子线路板结构中,载板和主处理器电路板, 从设备电路板间的组合关系示意图。其中130是载板;145是主处理器电路板;152,153, 154,155,156,157是独立的从设备电路板。
载板130,主处理器电路板145,从设备电路板152,153,154,155,156,157都是完 全独立的电路板。146,147,148,149,150,151是主处理器电路板145上面的主连接器,分别 和载板130上面的主连接器131,132,133,134,135,136相连。
主处理器电路板145就是通过145上的主连接器和载板130上的主连接器连接在 一起,使用的。
从设备电路板152,153,154,155,156,157分别和载板130上的从连接器137,138, 139,140,141,142 相连。
图3示出了本发明的第二实施例的载板的电子线路板结构示意图,描述了载板30 的结构,以及各个部件的位置。其中31,32,33,34,35,36,37是7个从连接器;54,55,56, 57,58,59是6个主连接器,共同围成主处理器电路板的位置68 ;38,39,40,41,42,43,44是 为7个从设备电路板预留的位置;53是电源电路;45,46,47,48,49,50,51,52,60,61,62, 63,64,65,66,67是载板30上的固定孔,起固定连接主处理器电路板,和各个从设备电路板 的作用。
7个从连接器31,32,33,34,35,36,37的接口信号是一模一样的,保证了从设备接 口的一致性。而且这7个从连接器是完全独立的,任何一个从连接器都可以独立连接任意 一个从设备电路板,保证了使用的灵活性。
6个主连接器54,55,56,57,58,59的接口信号是一模一样的。便于和从连接器匹 配,也便于和它们连接的主处理器电路板的设计,以及便于信号转换电路的逻辑设计。
图4示出了本发明的第二实施例的载板,主处理器电路板,从设备电路板组成整 体电路板的示意图。其中80是载板;81,82,83,84,85,86是从连接器;88,89,90,91,92,93,94是从设备电路板;118是主处理器电路板;103是电源;95,96,97,98,99,100,101,102, 110,111,112,113,114,115,116,117 是固定孔。
独立的从设备电路板88,89,90,91,92,93,94,分别通过从连接器81,82,83,84, 85,86,87和载板80连接。
主处理器电路板118通过主连接器104,105,106,107,108,109,和载板80连接。
载板80,主处理器电路板118,和7个独立的从设备电路板88,89,90,91,92,93,94,组合成一个整体电路板。各个电路板都是可以独立拆除的。不同类型的主处理器电路板,只要主连接器的接口是一致的,就可以任意更换;不同类型的从设备电路板,只要从连接器的接口是一致的,就可以任意更换;不同类型的载板,只要主连接器的接口,从连接器的接口都一致,就可以任意更换。
使用本发明的实施例的载板,主处理器电路板和从设备电路板,设计电路,可以象搭积木一样,任意构建多种电路系统。一致的连接器接口,为电子产品的硬件设计,逻辑设计,以及应用App设计,提供了极大的便利。
图5示出了本发明的第二实施例的主处理器电路板结构示意图,示出了主处理器电路板10的结构。其中11,12,13,14,15,16是主连接器;17,18,19,20,21,22,23,24是固定孔,用于将主处理器电路板10固定在载板上;25是核心处理器,可以是一个或者多个处理器芯片组成。不同的处理器芯片,构成不同的主处理器电路板。
图6示出了本发明的实施例的从设备电路板结构示意图。示出了从设备电路板3 的结构。其中I是从连接器;2,4是固定孔,用于将从设备电路板3固定在载板上;5是功能接口器件。不同的功能接口器件,构成不同的从设备电路板。
图7示出了本发明的第二实施例的主连接器和从连接器的接口信号示意图。本发明的实施例中的所有的主连接器的接口信号和所有的从连接器的接口信号,都是如图7 — 样的。
其中第1,2,3,4 脚是 VCC 电源;第 5,6,7,8 是 VCC_M0DE
信号;第 9,10, 11,12,29,30,31,32,49,50,51,52,69,70,71,72,89,90,91,92 脚是地 ’第 93,94,95,96 是 VCC0_M0DE
信号;第 97,98,99,100 是 VCCO 电源;其余是 64 根数字信号 Ι0_Ρ [O. . 31] 和 Ι0_Ν

VCC电源电路板的工作电源,其电压由VCC_M0DE
控制。
VCCO电源是数字信号电平标准的电压,由VCC0_M0DE [O. . 3]控制。
从设备电路板和主处理器电路板,可以设置VCC_M0DE
,得到所需要的VCC 电压;可以设置VCC0_M0DE
,得到所需要的VCCO电压。
对于主连接器来说,VCC_M0DE [O. . 3]和VCC0_M0DE [O. . 3]是由主处理器电路板给出的。
对于从连接器来说,VCC_M0DE
和VCC0_M0DE
是由从设备电路板给出的。
64根数字信号Ι0_Ρ
和Ι0_Ν
,可以是单端数字信号,也可以是成对的差分数字信号。Ι0_ρχ和Ι0_Νχ是一对差分信号,其中X = 0-31中任意一个整数。最多可以构成32对差分数字信号。
64根数字信号,基本可以满足大多数常规的接口芯片的需要。如USB,DVI,RS232,RS485, RAM, FLASH 等。
从设备电路板和主处理器电路板可以任意选择性使用64根数字信号的全部或者 部分。
图8示出了本发明的第二实施例的信号转换电路原理图。其中180是一个主连接 器的原理图,主连接器的接口信号如图7 ;181是一个信号转换电路的原理图;182是一个从 连接器的原理图,从连接器的接口信号如图7。
181是FPGA实现的信号转换电路,本领域中公知,FPGA具有多种电平标准的接口 能力;FPGA有多个块,每一个块都有独立的VCCO电源,只要选择相应的VCCO电压,就可以 实现该电平标准下的信号接口。181信号转换电路中的MVCCO和SVCCO电压是独立选择的, MVCCO 由来自 180 的 MVCC0_M0DE [O. · 3]来选择;SVCCO 由来自 182 的 SVCC0_M0DE [O. · 3]来选择。
在上述说明中,参考特定的实施例描述了本发明。然而,本领域的技术人员应了 解,可以做出各种修改和改变而没有背离在所附权利要求中所阐述的本发明的范围。因此, 说明书和附图是说明性的而不是限制性的,并且旨在在本发明的范围内包括所有的这样的 修改。
根据特定的实施例,在上面描述了有益效果、其它优点、以及问题的解决方案。然 而,有益效果、其它优点、以及问题的解决方案、以及会使得任何的有益效果、其它优点、以 及问题的解决方案出现或变得更明显的任何部件并没有被构建为任一或所有权利要求的 关键、必需的、或必要的特征或部件。
根据上述描述,本发明的很多修改和变化是可能的,并对于本领域的技术人员是 显而易见的。通过所附权利要求限定本发明的范围。
权利要求
1.一种电子线路板结构。它包括 主连接器一连接主处理器电路板的接口,具有多根电源线和多根数字信号线。
从连接器一连接从设备电路板的接口,具有多根电源线和多根数字信号线。
信号转换电路一是利用一个或者多个可编程逻辑器件,组成的数字信号转换阵列,完成主连接器中的数字信号和从连接器中的数字信号之间的数字信号转换。
其特征在于属于主从结构;有且至少有两个以上(包括两个)相同的主连接器;有且至少两个以上(包括两个)相同的从连接器。所述电子线路板结构的电子线路板,连接主处理器电路板和从设备电路板,是起承载作用的电子线路板,简称载板。
2.如权利1.所述电子线路板结构,其特征在于,所述相同的主连接器,其接口芯数,接口定义,机械结构以及机械尺寸都完全相同。所述相同的主连接器,共同组合成一个整体,连接到同一个主处理器电路板。
3.如权利1.所述电子线路板结构,其特征在于,所述相同的从连接器,其接口芯数,接口定义,机械结构以及机械尺寸都完全相同。相同的从连接器,具有完全的可互换性,分布在载板的周边,每一个从连接器都可以独立连接一个从设备电路板。
4.如权利1.所述电子线路板结构,其特征在于,所述相同的主连接器所包含的数字信号线的数字信号的电平标准,输入输出特性,时序和功能等由主处理器电路板决定;所述相同的从连接器所包含的数字信号线的数字信号的电平标准,输入输出特性,时序和功能等由从设备电路板决定。主连接器的数字信号线和从连接器的数字信号线之间的转换关系,由信号转换电路实现。其中所述数字信号包括3. 3V,2. 5V,1. 8V,1. 5V,1. 2V电平标准的单端数字信号和差分数字信号;其中所述数字信号的输入输出特性,时序和功能等是通用可编程控制的。
5.如权利1.所述电子线路板结构,其特征在于,一个载板,能够连接一个且仅能够连接一个主处理器电路板;能够连接且至少能够连接两个以上(包括两个)独立的从设备电路板。主处理器电路板和载板之间的连接通过载板上的主连接器。从设备电路板和载板之间的连接通过载板上的从连接器。
6.如权利1.所述电子线路板结构,其特征在于,所述主处理器电路板,是指由一个或多个处理器芯片为核心器件,有且至少有两个以上(包括两个)相同的主连接器,构成的电子线路板。将主处理器电路板上的主连接器和载板上的主连接器连接在一起,实现主处理器电路板和载板的连接。其中所述处理器芯片,包含DSP芯片,ARM芯片,FPGA芯片,CPU芯片,单片机芯片,具有可编程且具有通用运算处理能力的ASIC芯片,以及它们的混合体。
7.如权利1.所述电子线路板结构,其特征在于,所述从设备电路板是指由一个或多个单功能接口类电子元器件为核心,有且仅有一个从连接器,构成的电子线路板。将从设备电路板上的从连接器和载板上的从连接器连接在一起,实现从设备电路板和载板的连接。其中所述单功能接口类电子元器件,包括=USB芯片,视频芯片,音频芯片,网络芯片,无线通讯芯片,存储器芯片,串口芯片,并口芯片,CAN芯片,AD/DA芯片,键盘/鼠标接口器件,LED数码显示器件,马达驱动芯片,传感器器件等。
8.如权利1.所述电子线路板结构,其特征在于,所述从设备电路板,所述主处理器电路板和所述载板都是独立的电子线路板。主处理器电路板,从设备电路板,通过载板上的连接器连接到载板上,组合成一个整体电路板使用。
9.如权利I所述电子线路板结构,其特征在于,所述主连接器中的数字信号的电平标准由主处理器电路板给出;所述从连接器中的数字信号的电平标准由从设备电路板给出;所述信号转换电路负责不同电平标准之间的数字信号转换;所述可编程器件包括=CPLD和FPGA。
10.一种电子线路板,包括 主连接器,从连接器,电源电路,信号转换电路,固定孔。
其特征在于,按照如权利1.所述电子线路板结构,设计的电子线路板;作为如权利1.所述的载板使用;通过主连接器,连接主处理器电路板;且通过从连接器,连接从设备电路板。其各种直流电源,由电源电路提供。该电子线路板上面有多个固定孔,用于固定与其连接的主处理器电路板和从设备电路板。
11.一种电子线路板,包括 主连接器,处理器芯片,元器件,固定孔。
其特征在于,使用如权利2.所述相同的主连接器,如权利6.所述处理器芯片,设计的电子线路板;有且至少有两个以上(包括两个)相同的主连接器;作为如权利6.所述主处理器电路板,通过如权利1.所述载板的主连接器,和如权利1.所述载板进行连接,组合成一个整体电路板使用。
全文摘要
本发明涉及到电子产品的电路板的结构。通过电路结构优化设计,将一个电子产品中的主处理器电路和从设备电路,从整个电路板中独立出来,形成独立的主处理器电路板,从设备电路板,载体电路板(简称载板)三个部分。载板和主处理器电路板,载板和从设备电路板都通过相同的连接器连接;载板,主处理器电路板和从设备电路板都具有完全的可替换性。使用的时候,可以像堆积木一样,将载板,主处理器电路板和从设备电路板组合在一起,构成一个整体电路板。旨在提高电子产品的灵活性,节省成本,缩短电子产品开发周期,降低开发费用。
文档编号G06F17/50GK103020329SQ20111028725
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者邓英士, 邓灵杰, 徐太龙 申请人:上海唐韵电子有限企业
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