CN102566453A - PXIe零槽控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及PXIe零槽控制器，主要用来实现台式计算机或工控机直接控制由PXIe机箱和功能板卡构成的自动化PXIe测试***。PXIe零槽控制器设计符合最新的PCIe Gen2标准，并能够自动适应PCIe Gen1的操作和传输速率，其信号传输路径有着严格的阻抗匹配及屏蔽设计，单向数据带宽高达20Gbps，双向数据带宽高达40Gbps，在高速数据采集与传输上有着得天独厚的优势，能够满足用户的多种需求。

Description

PXIe零槽控制器

技术领域

本发明涉及PXIe自动化测试领域，尤其涉及一种PXIe零槽控制器。 

背景技术

PXIe总线作为国际PXI***联盟发布的最新的虚拟仪器接口总线，是未来虚拟仪器技术发展的趋势和方向。PXIe自动化测试***通常按其主控单元的工作和连接方式分为外置控制器测试***和嵌入式测试***两种。在使用外置控制器PXIe测试***时，须在主控计算机内***基于PCIe总线的控制模块，在PXIe机箱的Slot1(俗称零槽)位置***基于PXIe总线的控制模块，然后把两个控制模块通过专用电缆链接，从而实现计算机对PXIe机箱内所***的其他功能板卡的控制。但是现有的 

基于此标准和目标，本发明提供一种PXIe零槽控制器。 

本发明涉及一种单向数据传输带宽高达20Gbps、双向数据传输带宽高达40Gbps的PXIe零槽控制器，主要用来实现台式计算机或工控机直接控制由PXIe机箱和功能板卡构成的PXIe自动化测试***。 

PXIe零槽控制器属于虚拟仪器测试测量技术领域，是组建PXIe自动测试***的核心基础产品。它基于计算机的PCIe X4总线接口进行设计，并使得PCIe X4总线延伸并扩展为符合PXIe总线标准的4路PCIe X4链接的Slot1(俗称零槽)接口，从而使得以PXIe机箱和相关功能板卡为核心的PXIe测试***能够和计算机关联，使得用户能够通过计算机的强大功能实现多样化的采集测试及结果分析处理。 

发明内容

本发明的目的是提供一种外挂式的PXIe零槽控制器，主要用来实现台式计算机或工控机直接控制由PXIe机箱和功能板卡构成的自动化PXIe测试***。PXIe零槽控制器设计符合最新的PCIe Gen2标准，并能够自动适应PCIe Gen1的操作和传输速率，其信号传输路径有着严格的阻抗匹配及屏蔽设计，单向数据带宽高达20Gbps，双向数据带宽高达40Gbps，在高速数据采集与传输上有着得天独厚的优势，能够满足用户的多种需求。 

本发明技术解决方案如下： 

一种PXIe零槽控制器，包括安装在台式计算机或工控机上的基于PCIe X4以上接口的HTPCIe4910卡、安装在PXIe机箱中基于PXIe总线标准之Slot1接口定义的HTPXIe491O卡和两块卡之间的高速专用差分连接电缆。HTPCIe4910卡由下述部分组成：它包括PCIe X4接口电路、PCIe X4专用预加重和接收均衡电路、信号隔直电路、复位处理电路、板卡检测电路、电源变换及指示电路、PCIe X4远距离传输接口电路。HTPXIe491O卡由下述部分组成：它包括PCIe X4远距离传输接口电路、综合复位处理电路、PCIe参考时钟同步分配及阻抗匹配电路、电源变换及滤波电路、电源监测及指示电路、PCIe交换开关及其配置电路、链接状态指示电路、PCIe X4信号隔直电路、PCIe X1总线转换接口及管脚功能设置电路、PCIe接口芯片局部时钟产生及同步分配电路、PCIe接口芯片寄存器配置电路、PCIe接口芯片局部总线连接上拉电路、PCIe接口芯片局部总线中央控制电路、SMbus总线控制电路、PXIe Slot1 4路X4接口电路。 

在本介绍中，一些非重要的电路如电源去耦滤波、功能指示、常规的电源变换、常规逻辑缓冲等省略。 

附图说明

图1本发明总体功能结构示意图。 

具体实施方式

如图1所示，PXIe零槽控制器分为三个部分：包括安装在台式计算机或工控机上的基于PCIe X4以上接口的HTPCIe4910卡、安装在PXIe机箱中基于PXIe总线标准之Slot1接口定义的HTPXIe491O卡和两块卡之间的高速专用差分连接电缆。整个PXIe零槽控制器功能就是实现主控计算机内PCIe X4端口的扩展，并把之转换为符合PXIe总线标准的定义接口。HTPCIe4910卡的主要功能是把PCIe X4信号进行预加重和接收均衡处理，对PCIe X4各通道的信号进行高频放大和高频补偿，使信号通过专用链接电缆能够在7米的长度范围内能够可靠传输，避免PCIe各通道的高速差分信号的高频衰减和传输损耗。HTPXIe4910在信号链接端同时具有预加重和接收均衡功能，之后则把经过补偿后的PCIe X4信号进行端口扩展，把PCIe 100MHz参考时钟进行同步分配，使之符合PXIe总线标准的Slot1的接口定义；同时为PXIe机箱***提供复位、仲裁服务、中 断服务以及***管理总线(SMbus)主控制功能。链接电缆为PCIe 4X专用电缆，在两块板卡之间为PCIe X4端口中各通道信号提供传输路径。 

从整体功能上来说，PXIe零槽控制器在主控计算机上体现为一个***设备，而在PXIe测试***中则作为PXIe机箱及相关功能板卡的主控制器。 

电路为HTPCIe4910卡之PCIe X4接口电路原理图。该电路中包括部分PCIeX4隔直电路。图中J1有4个+12V电源管脚，4个+3.3V电源管脚，其余的信号管脚，包括复位信号、唤醒信号、时钟信号以及PCIe X4信号分别与电路HTPCIe4910卡的PCIe X4预加重及接收均衡电路和电路HTPCIe4910卡的板卡检测电路中的对应管脚相连。 

电路为HTPCIe4910卡之PCIe X4预加重及接收均衡电路原理图。该电路的主要功能就是对PCIe X4信号组中的发送端进行高频放大，对PCIe X4信号组中的接收端进行高频补偿，从而保证PCIe信号在高速远距离传输中的信号质量。该电路中包括部分PCIe X4信号隔直电路以及预加重和接收均衡功能设置电路。该电路中PCIe X4信号连接中的相应管脚。 

电路为HTPCIe4910卡之板卡检测电路原理图。该电路的主要功能是向下级传递上位机的板卡存在信号，从而帮助HTPXIe4910板卡判断主控计算机是否加电和工作；同时HTPXIe4910板卡也根据该信号来决定PXIe机箱的加电方式。该图中的信号管脚分别连接电路为电路HTPCIe4910卡之PCIe X4接口电路和电路HTPXIe4910卡之综合复位处理电路。 

电路为HTPXIe4910卡之PCIe X4远距离传输接口电路原理图。该电路主要是为PCIe X4信号组远距离传输提供一个电缆插件接口，同时插件本身各个信号管脚的阻抗特性都必须满足PCIe总线的要求。 

电路为HTPXIe4910卡之综合复位处理电路原理图。该电路主要向该板卡中其它各个电路单元传递上位机下发的复位信号或因主电源上电掉电或因辅助电源上电造成的复位信号。 

电路为HTPXIe4910卡之PCIe参考时钟同步分配及阻抗匹配电路原理图。该电路主要是把上位机传送过来的PCIe参考时钟进行同步分配，分别传递给电路HTPXIe4910卡的配置电路所对应的时钟管脚、电路HTPXIe4910卡的PCIe X1总线转换接口中的时钟管脚以及时钟管脚，同时对每路时钟信号进行阻抗匹配。 

电路为HTPXIe4910卡之核心电源变换电路原理图。该电路主要提供+1.0V电压，通过高密度PWM直流变换器转换而来，额定输出电流可达9A。同时，整个板卡需要的+3.3V、+2.5V、+1.5V、以及+1.2V均通过其他常规方式进行电源而来，在此处省略。 

电路HTPXIe4910卡之电源监测及指示电路原理图。该电路的主要功能是监测各路电源的输出电压状态，当某路电路输出电压低于门限时，该电路输出复位信号；同时，该电路也提供电源工作状态正常与否的指示。 

电路为HTPXIe4910卡之PCIe交换开关及其配置电路原理图。该电路主要是把PCIe X4信号给扩展为5路PCIe X4信号。该电路中包括了PCIe交换开关芯片U1的上电加载配置电路以及部分PCIe X4信号隔直电路，同时也包括了对PCIe交换开关芯片U1各种功能管脚的设置电路。具体的连接关系请参见各图中的对应的网络表。 

电路为HTPXIe4910卡之链接状态指示电路原理图。该电路主要实现PCIe交换开关芯片U1的6路链接状态的指示. 

电路为HTPXIe4910卡之PCIe X1总线转换接口及功能设置电路原理。该电路是PCIe接口芯片的应用电路，主要实现把PCIe标准总线信号转换为局部总线信号，有利于下级功能电路的控制与通讯处理，方便实现通讯协议。 

电路为HTPXIe4910卡之PCIe接口芯片U3局部时钟产生及同步分配电路原理图。该电路主要为电路为HTPXIe4910卡之PCIe X1功能设置电路所示的PCIe接口芯片的局部总线电路以及和电路HTPXIe4910卡的PCI接口芯片局部总线中央控制电路所示的PCIe接口芯片局部总线中央控制电路提供同步通过时钟。 

电路为HTPXIe4910卡之PCIe总线接口芯片配置电路原理图。该电路主要存储PCIe接口芯片U3的内部寄存器的配置内容，在产品上电复位后，U3自动加载该电路中存储芯片的内容，对其内部寄存器进行设置。 

电路为HTPXIe4910卡之PCIe接口芯片局部总线连接上拉电路原理图。该电路主要是为PCIe接口芯片的局部总线设计要求，对其相关的信号线进行上拉或下拉。 

电路为HTPXIe4910卡之PCI接口芯片局部总线中央控制电路原理图。该电 路主要实现对上位机通过PCIe接口芯片U3所下达的各种命令的解析，并根据不同的命令实现不同的逻辑操作，包括数据上传和数据下传等操作，同时也对电路HTPXIe4910卡之SMbus总线主控制器电路进行通讯控制。 

电路为HTPXIe4910卡之SMbus总线主控制器电路原理图。该电路主要是实现PXIe标准所要求的SMbus总线控制器的功能，并满足SMbus总线的电气性能，并能够兼容IIC协议，从而实现对PXIe***的总线管理功能。 

电路为HTPXIe4910卡之PXIe Slot14路X4接口电路原理图。该电路的管脚定义符合PXIe标准中Slot1的要求。其中XJ2和XJ3主要提供4路PCIe X4信号组包括4路PCIe参考时钟的接口，同时也包括PXIe机箱***开机检测信号PWRBTN#，电源输出控制信号PSON#。另外，在PXIe Slot1槽中的电源接口和其他非重要信号的接口已经省略。 

Claims (1)

1.一种PXIe零槽控制器，包括安装在台式计算机或工控机上的基于PCIe X4以上接口的HTPCIe4910卡、安装在PXIe机箱中基于PXIe总线标准之Slot1(接口定义的HTPXIe491O卡以及设置在HTPCIe4910卡和HTPXIe491O卡卡之间的高速专用差分连接电缆，所述HTPCIe4910卡包括PCIe X4接口电路、PCIe X4专用预加重和接收均衡电路、信号隔直电路、复位处理电路、板卡检测电路、电源变换及指示电路、PCIe X4远距离传输接口电路；

所述HTPXIe491O卡包括PCIe X4远距离传输接口电路、综合复位处理电路、PCIe参考时钟同步分配及阻抗匹配电路、电源变换及滤波电路、电源监测及指示电路、PCIe交换开关及其配置电路、链接状态指示电路、PCIe X4信号隔直电路、PCIe X1总线转换接口及管脚功能设置电路、PCIe接口芯片局部时钟产生及同步分配电路、PCIe接口芯片寄存器配置电路、PCIe接口芯片局部总线连接上拉电路、PCIe接口芯片局部总线中央控制电路、SMbus总线控制电路以及PXIe Slot1 4路X4接口电路。

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