專利名稱：高速系統(tǒng)中使時(shí)鐘偏移最小化和重新定時(shí)范圍最大化的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及具有很多數(shù)據(jù)和時(shí)鐘線的高速系統(tǒng)，具體說，涉及利用一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘，使時(shí)鐘偏移最小化和使重新定時(shí)范圍最大化的裝置。
時(shí)鐘信號(hào)在一系統(tǒng)中為部件之間的數(shù)據(jù)傳輸提供定時(shí)和控制。雖然設(shè)計(jì)者都尋求最短的數(shù)據(jù)/時(shí)鐘線，以獲得最高的傳輸速度，但是隨著系統(tǒng)部件復(fù)雜程度的增加，使得信號(hào)路徑互連的數(shù)目和信號(hào)路徑長度也增加，進(jìn)而亦使得時(shí)鐘單元的數(shù)據(jù)/時(shí)鐘線相應(yīng)地加長。除降低了系統(tǒng)的速度之外，數(shù)據(jù)/時(shí)鐘線長度的增加還引起時(shí)鐘偏移的問題，并且增加了失去信號(hào)完整性的可能性。
為了降低高速系統(tǒng)中沿?cái)?shù)據(jù)路徑的信號(hào)損失，有些技術(shù)人員已在嘗試設(shè)計(jì)較低速但為多重的數(shù)據(jù)路徑線，以便不犧性帶寬或信息吞吐量。但是，多重?cái)?shù)據(jù)線加大了接收機(jī)方面信號(hào)損失的可能性。
另一些人試圖通過使高速數(shù)據(jù)路徑的傳播延遲而與傳輸線阻抗匹配，來減少信號(hào)線的長度。由于有許多不同的線長度，因而有許多不同的阻抗(它們必須被考慮)，這些不匹配的阻抗必然會(huì)導(dǎo)致畸變，所以這一技術(shù)也難以實(shí)現(xiàn)。
鑒于上述原因，需要一種能夠在保持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)使接收端的時(shí)鐘偏移最小化并使重新定時(shí)范圍最大化的裝置和方法。
本發(fā)明的目的在于提供一種用于含有數(shù)據(jù)和時(shí)鐘線的系統(tǒng)的印刷電路板設(shè)計(jì)，其能基本上消除由于現(xiàn)有技術(shù)的局限和缺陷導(dǎo)致的一個(gè)或多個(gè)問題。
一般而言，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)母板時(shí)，數(shù)據(jù)線的長度應(yīng)保持在9-18英寸之間，以滿足數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器與接收器之間的傳播延伸。所有時(shí)鐘線的長度應(yīng)基本上一致，大約為30英寸(±15％)。
所有時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線的驅(qū)動(dòng)器和接收器都設(shè)置在與母板相接口的子板邊緣，以減小線的長度。而且驅(qū)動(dòng)器和接收器的起動(dòng)/保持時(shí)間都保持為最短。
所有時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線都設(shè)計(jì)成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，這減少了在提供一突發(fā)信號(hào)時(shí)信號(hào)的延遲。在驅(qū)動(dòng)器的輸出端，所有數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線都帶有一內(nèi)設(shè)串聯(lián)終端電阻，用以減小信號(hào)畸變。
根據(jù)本發(fā)明，為了獲得這些及其它優(yōu)點(diǎn)，作為舉例性及廣義上的描述，本發(fā)明提供了一個(gè)具有一個(gè)印刷電路母板和多個(gè)與其連接的印刷電路子板的系統(tǒng)，包括母板與各子板之間的數(shù)據(jù)線，它們的長度約為9英寸至18英寸，以及母板與各子板之間的時(shí)鐘線，其長度約為25.5英寸至34.5英寸。
應(yīng)當(dāng)理解，以上的概述及后續(xù)的詳述均為舉例性和解釋性的，旨在為權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明提供進(jìn)一步的說明。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，以便更好地理解本發(fā)明的上述和其它目的、特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)。在圖中

圖1是可利用本發(fā)明工作的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是帶有一個(gè)母板和13個(gè)子板的系統(tǒng)的示意圖；圖3是圖2中母板的后視圖，帶有提供所示各子板用的陽連接件；圖4是根據(jù)本發(fā)明點(diǎn)對(duì)點(diǎn)時(shí)鐘線連接的分解圖；圖5是表示本發(fā)明時(shí)鐘線的電路圖；圖6A是用于本發(fā)明中6個(gè)子板的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)線連接的分解圖6B是用于本發(fā)明中其它子板的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)線連接的分解圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)線連接的結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖8是本發(fā)明數(shù)據(jù)線的電路圖。
現(xiàn)在參見附圖，特別是參見圖1，其示出一個(gè)采用了本發(fā)明裝置的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)10的全視圖。盡管為了便于說明，本發(fā)明是以相對(duì)一個(gè)總線體系結(jié)構(gòu)來描述的，但是應(yīng)理解到，在使用任何高速數(shù)據(jù)系統(tǒng)，例如一些高速電信系統(tǒng)時(shí)，都能夠應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)。
如圖所示，系統(tǒng)總線體系結(jié)構(gòu)包括一條底板總線12，它分別與多個(gè)系統(tǒng)處理器單元(SPU)14a和14b、系統(tǒng)接口單元(SIU)16、系統(tǒng)交換單元(SSU)18、和系統(tǒng)時(shí)鐘單元(SCU)20相通。雖然圖1中示出多個(gè)SPU、SIU、SSU及SCU，但應(yīng)理解，根據(jù)具體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，任意數(shù)目的各個(gè)單元，包括這些單元的單獨(dú)裝置，都可以與底板總線12相接口。
在圖示的實(shí)施例中，底板總線12支持主設(shè)備側(cè)的一個(gè)現(xiàn)用SPU14a和從屬設(shè)備側(cè)的各接口單元16、交換單元18及時(shí)鐘單元20之間的通信。備用SPU14b也以從屬模式運(yùn)行。SPU中的任何一個(gè)(但只能是一個(gè))可以被指定為主(現(xiàn)用)設(shè)備，而其它的則均被指定為從屬(備用)設(shè)備，因?yàn)閷?duì)于一個(gè)系統(tǒng)，只能有一個(gè)主處理器。
下面結(jié)合一個(gè)實(shí)施例來描述本發(fā)明，在此實(shí)施例中，包括一個(gè)帶有一時(shí)鐘板39(SCU)的母板，時(shí)鐘板39含有兩個(gè)SCU30a和30b(主板/備用板)，并與13個(gè)子板相接口，如圖2所示。此13個(gè)子板由兩個(gè)SSU32和34(用于1∶1的冗余)、兩個(gè)SPU36和38、以及9個(gè)SIU21-29組成。
如圖2所示，多條50MHz時(shí)鐘線33(采用偽發(fā)射極耦合邏輯(PECL)信號(hào))從時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器31a和31b產(chǎn)生，并為各個(gè)子板接收。
此外，多條50Mbps(每秒兆比特)數(shù)據(jù)線35(晶體管-晶體管邏輯；TTL信號(hào))將兩個(gè)SSU32及34與9個(gè)SIU21-29和兩個(gè)SPU36及38相連接。如圖所示，數(shù)據(jù)流動(dòng)是雙向的。
每一時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器31a及31b和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器37在該驅(qū)動(dòng)器的直接輸出端含有一個(gè)內(nèi)設(shè)的串聯(lián)終端電阻R，其值大約為47歐姆。當(dāng)然應(yīng)理解，此電阻值在本發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用中是可以變化的。
而且，雖然此電阻R可以設(shè)置在驅(qū)動(dòng)器輸出的下游某處，但是將電阻R設(shè)置在驅(qū)動(dòng)器的輸出端最好，因?yàn)檫@樣能夠最有效地減小信號(hào)的畸變。
圖3示出圖2中母板的后視圖，并標(biāo)明了子板的連接方式。每一子板通過一個(gè)陽連接件，例如AMP Z-PACK 2mm HM連接件來連接。當(dāng)然還可以采用其它一些適用和等效的連接件。
圖4示出了在時(shí)鐘單元30a及30b與各子板之間的50MHz時(shí)鐘線連接的分解圖。各子板接收來自兩個(gè)SCU30a及30b中每一個(gè)的+50MHz和-50MHz時(shí)鐘信號(hào)。相應(yīng)地，每一子板支持有四條時(shí)鐘線，總信號(hào)軌跡為52線。如圖4中清楚示出的，各子板與SCU之間的時(shí)鐘線連接是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接。
圖5示出了時(shí)鐘單元30a/子板接口的電路電平圖。應(yīng)當(dāng)理解到，每一時(shí)鐘單元/子板連接都含有類似的電路。如圖所示，時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器31a產(chǎn)生一個(gè)+50MHz和-50MHz PECL時(shí)鐘信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過一長度約為30英寸(±15％)的時(shí)鐘線33，連接至一子板接收器51。
圖中亦示出電阻R，其值為47歐姆，耦合在驅(qū)動(dòng)器31a的輸出端，以減小信號(hào)畸變。而且，驅(qū)動(dòng)器和接收器都位于這些板的邊緣，以使信號(hào)路徑長度最小。如圖所示，驅(qū)動(dòng)器和接收器設(shè)置在各板邊緣大約1.3-3.0cm以內(nèi)。應(yīng)當(dāng)理解到，在本發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用中，尺寸方面的某些變化也是可能的。50MHz時(shí)鐘線的ZO是60歐姆(±15％)。
現(xiàn)在更詳細(xì)地描述本發(fā)明的數(shù)據(jù)線35。連接數(shù)據(jù)線，以交換異步傳輸模式(ATM)單元。每一ATM單元長度為53字節(jié)，由5字節(jié)的標(biāo)題字段和48字節(jié)的信息字段構(gòu)成。
但是，數(shù)據(jù)線也能攜帶其它一些傳統(tǒng)數(shù)據(jù)包拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(例如X.25或幀延遲)，并且通常能攜帶任何高速電信信息，比如B-ISDN(寬帶綜合服務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò))或SONET(同步光纖網(wǎng)絡(luò))等。
參見圖6A和6B，它們示出了SSU32及34與另外11個(gè)子板之間的雙向點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)線連接。如以上所討論的，這些數(shù)據(jù)線采用TTL信號(hào)。
如圖6A所示，12條數(shù)據(jù)線將SSU32及34與SPU36及38連接起來。42條數(shù)據(jù)線將各個(gè)SSU32及34與對(duì)應(yīng)的SIU21-24連接起來。在圖6B中，12條數(shù)據(jù)線將各個(gè)SSU32及34與SIU28及29連接起來，而42條數(shù)據(jù)線將各個(gè)SSU32及34與對(duì)應(yīng)的SIU25-27連接起來。合起來以后，圖6A和6B包含330條數(shù)據(jù)軌跡。
圖7示出從SSU32及34測(cè)量至其余11個(gè)子板，其數(shù)據(jù)線的長度大致為9-18英寸。圖8是圖6A、6B和7所示連接的電路電平圖，其中示出了對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器37和數(shù)據(jù)接收器47。如前面關(guān)于時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器所作的討論一樣，電阻R(47歐姆)設(shè)置在驅(qū)動(dòng)器37的輸出端，用以減小信號(hào)畸變。
如圖8所示，來自各SIU和SPU的數(shù)據(jù)信號(hào)以1∶1的冗余分別發(fā)送給各SSU。而且，由于冗余的原因，各個(gè)SSU將一數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送給各自對(duì)應(yīng)的SIU或SPU。如圖所示，數(shù)據(jù)線長度大約為9-18英寸，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器和接收器之間有2.4-7.0毫微秒的傳播延遲，以允許數(shù)據(jù)的重新定時(shí)而在接收器端無信號(hào)損失。50Mbps數(shù)據(jù)路徑的ZO是60歐姆(±15％)。這些子板上驅(qū)動(dòng)器/接收器的建立和保持時(shí)間分別大約為1.5毫微秒和0毫微秒。
此外，如圖8所示，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器37和接收器47設(shè)置在各板邊緣的0.5-2.0英寸范圍以內(nèi)。在本發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用中，實(shí)際尺寸是可以變化的。
總之，本發(fā)明具有許多的優(yōu)點(diǎn)。時(shí)鐘路徑利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，使時(shí)鐘偏移和時(shí)鐘信號(hào)的畸變可減至最小。由于各時(shí)鐘路徑的長度大致相等，因而也使時(shí)鐘偏移最小。
數(shù)據(jù)線也采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。數(shù)據(jù)線長度保持在大約9至18英寸之內(nèi)，以使傳播延遲盡管減小，同時(shí)使接收器端的數(shù)據(jù)重新定時(shí)無信號(hào)損失。具有均勻長度的數(shù)據(jù)線和均勻長度的時(shí)鐘線，并以均勻方式在子板上設(shè)置驅(qū)動(dòng)器/接收器，二者結(jié)合使得對(duì)時(shí)鐘偏移、圖案延遲、驅(qū)動(dòng)器的傳播延遲、建立/保持時(shí)間、和時(shí)鐘上升/下降時(shí)間的影響減至最小。
此外，使得子/母板上數(shù)據(jù)/時(shí)鐘信號(hào)大約為60歐姆的均勻特性阻抗與板間連接件腳的阻抗相匹配，從而減小了由于阻抗失配引起的失真。
為了進(jìn)一步減小信號(hào)畸變，在傳輸驅(qū)動(dòng)器的輸出端加接了串聯(lián)電阻。另外，在50MHz時(shí)鐘的一個(gè)周期之內(nèi)，在整個(gè)母板上能夠進(jìn)行50Mbps的數(shù)據(jù)交換。
雖然以上是結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員應(yīng)能理解到，在所附權(quán)利要求書的精神與范圍之內(nèi)，還可按修改的方式實(shí)施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種具有一印刷電路母板和多個(gè)與之連接的印刷電路子板的系統(tǒng)，其特征在于包括所述母板和每一所述子板之間的數(shù)據(jù)線，其長度約為9英寸至18英寸；和所述母板和每一所述子板之間的時(shí)鐘線，其長度約為25.5英寸至34.5英寸。
2.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，還包括在所述多個(gè)子板的每一個(gè)上都有驅(qū)動(dòng)器和接收器，分別與所述數(shù)據(jù)線的相應(yīng)端相耦合；所述驅(qū)動(dòng)器和接收器設(shè)置在所述子板的一個(gè)邊緣上。
3.如權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)器和接收器的建立時(shí)間和保持時(shí)間分別為約1.5毫微秒和0毫微秒。
4.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，還包括多個(gè)時(shí)鐘單元，所述多個(gè)時(shí)鐘單元的每一個(gè)都具有與所述時(shí)鐘線的相應(yīng)端耦合的驅(qū)動(dòng)器和接收器，所述驅(qū)動(dòng)器和接收器設(shè)置在所述時(shí)鐘單元的一個(gè)邊緣上。
5.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，在所述母板和每一所述子板之間，所述時(shí)鐘線具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接。
6.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，在所述母板和每一所述子板之間，所述數(shù)據(jù)線具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接。
7.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，還包括在每一所述時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線的輸出驅(qū)動(dòng)器上的一個(gè)內(nèi)設(shè)串聯(lián)終端電阻。
8.如權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其特征在于，所述電阻的阻值約為47歐姆。
9.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線的阻抗約為60歐姆。
10.如權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)器和接收器之間的傳播延遲約為2.4至7.0毫微秒。
全文摘要
一種具有一印刷電路母板和多個(gè)與其連接的印刷電路子板的系統(tǒng)，其中母板與各子板之間的數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線的長度分別為9-18英寸和25.5-34.5英寸左右。各子板上的驅(qū)動(dòng)器和接收器設(shè)置在與母板相通的子板的一個(gè)邊緣上。在母板與各子板之間，時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的。在各時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線的輸出驅(qū)動(dòng)器上，有一個(gè)內(nèi)設(shè)的串聯(lián)終端電阻。
文檔編號(hào)H05K1/02GK1149238SQ96106839
公開日1997年5月7日 申請(qǐng)日期1996年6月4日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月7日
發(fā)明者B·D·阿利恩, J·W·李, J·G·李, S·M·宋, G·S·李 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社