CN1097235C - 提供电耦合到控制卡的远程定位外侧卡的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在具有至少一个槽和一个机架的台式计算机中使用P CMCI A卡的适配器。该适配器包括构造***计算机卡槽的逻辑卡。该逻辑卡上具有以双向方式将PCMCIA卡的P CMCIA总线体系结构转换为台式计算机总线体系结构的逻辑电路。逻辑卡上可存在至少一个PCMCIA卡接收槽。设置包括至少一个PCMCIA卡的外侧卡，使其***该计算机的外部可进入的机架。电容器连接在至少某些导体与外侧卡上保持在预定电压的平面之间以减小信号失真。

Description

提供电耦合到控制卡的远程 定位外侧卡的方法和装置

本发明一般涉及计算机板电路结构，更准确地说涉及计算机板电路的一种允许PCMCIA卡用于常规台式计算机体系结构和构造的计算机板电路和外装卡结构。

笔记本和膝上型计算机的最新进步引导了“个人计算机存储卡国际协作”(本文称PCMCIA)总线标准的发展。PCMCIA总线不仅可用于将存储卡连接到笔记本或膝上型计算机，还可用于将各种各样的***设备、包括调制解调器和其它特征卡连接到这种计算机。PCMCIA卡具有典型***的相近尺寸，膝上型、笔记本式及其它类型的便携式个人计算机具有用于可拆卸地接收构造用来与膝上型计算机的PCMCIA总线一起起作用的PCMCIA卡的若干槽。因此，PCMCIA特征卡可***膝上型计算机，也可除下来用于其它类似计算机，并允许***其它卡。

然而，PCMCIA总线体系结构和相关的PCMCIA卡结构面临的一个问题是，或从总线体系结构的观点来看或从物理观点看，PCMCIA卡与常规台式计算机不兼容，这来台式计算具有多种不同总线体系，如MicroChannel^，ISA，PCI等等，以及构造用来接收不同大小和以不同方式构造的添加或子卡的若干卡。因此，PCMCIA卡仅用在构造好接纳它们的膝上型或笔记本式计算机中，因而不能直接用于具有其它总线体系结构和物理结构的常规台式计算机。从而，当某人希望传递装在膝上型计算机中并可能包含工作产物的PCMCIA卡中的信息时，有必要将数据从PCMCIA卡电传输到某些类型的添加卡或盘或可用于台式计算机的其它媒体。而且，每当数据从PCMCIA卡传输到用于另一***的卡时，必须以允许接纳***的总线体系结构使用它的形式通过该卡、硬盘或其它媒体提供该数据。

因此，希望有一种技术不仅允许PCMCIA卡用在具有PCMCIA体系结构的膝上型和笔记本式计算机中，而且允许同一PCMICA卡直接附于与膝上型或笔记本式计算机具有不同总线体系结构的台式或其它计算机。此外，希望将多个这种CPMCIA卡接入台式计算机上的单个卡槽中。

至此，已提出为***台式计算机的常规卡配备PCMCIA卡适配器，卡上需要的逻辑电路，以使PCMCIA卡适于工作在台式计算机的特定总线体系结构上，不管它是ISA，Micro Channel^，PCI等体系结构与否。这已得到一定量的接受。但是，能够实际物理定位在台式计算机的ISA或类似卡上的PCMCIA卡的数量是有一定限度的。因此，已建议配备外侧卡，其可接收若干个PCMCIA卡，该外侧卡附于计算机前部机架，用电缆将该外侧卡附到***台式计算机卡槽的ISA或其它类型的总线卡。尽管这确实提供额外的特征卡容量，PCMCIA卡可加以利用并通过机架门***和取出，但由于布线和电缆中的内阻以及可能显著干扰外侧卡上信号接收的其它因素，现有技术实施方法是在外侧卡上提供诸如晶体管等一类的有源器件，以便处理由线路接收的信号并避免差的信号质量。虽然这确实解决了一定的信号质量差的问题，但它显著增加外侧卡的花费，因为制造并相对外侧卡装配必须提供的有效元器件是昂贵的，因此为了控制所接收并为PCMCIA卡所使用信号的质量而显著增加外侧卡的成本。

本发明的目的是提供一种在台式计算机中应用PCMCIA卡的适配器，所述台式计算机具有至少一个卡槽和一个机架。该适配器包括构造用来***该计算机的卡槽中的逻辑卡。逻辑卡上具有以双向方式将PCMCIA的PCMCIA总线体系结构转换为台式计算机的总线体系结构的逻辑电路。在连接于该逻辑电路的逻辑卡上存在至少一个PCMCIA卡接收槽。逻辑卡上第一组外部接头连接到多导体软性电缆的一端。配备一外侧卡，构造该卡***计算机的外部可进入机架。该外侧卡包括至少一个PCMCIA卡接收槽。外侧卡的第二组接头连接到多导体软性电缆的相对端。外侧卡上的导体将外侧卡上的第二组导线连接到其上的PCMCIA卡接收槽。电容器连接在至少某些导体与外侧卡上保持在预定电压的平面之间，以便减少从外侧卡的软性导体接收的信号的失真。

图1是表示逻辑卡和附加外侧卡的的透视图，该附加外侧卡***用于接收逻辑卡以及外侧卡上PCMCIA卡的台式计算机；

图2是部分外侧卡的详细示意图，表示卡上各线路与地线之间电容器的连接；

图3是表示台式计算机中所包含的逻辑卡和外侧卡的示意图；

图4是外侧卡安装支架的透视图；

图5A、5B和5C表示分别用于模拟预期噪声的简单、中等及复杂的模型。

现参见附图，图1示出了耦合于外侧卡12的逻辑卡10。这些卡的具体物理结构依赖于台式计算机13(见图3)的槽或机架的结构，所述槽或机架装入计算机13，若需要还可配备适当的适配器或支架(图4)。台式计算机的这种物理结构可稍作改变；然而相对每一结构可容易地定制固定装置或适配器。一般，构造逻辑卡10装入如图3所示的台式计算机上的I/O卡槽13a，这种结构对多种计算机来说都是标准的。构造外侧卡12装入也如图3所示的台式计算机的前部机架13b。以这样的方式构造外侧卡即允许通过机架门取放将加描述的PCMCIA卡适配器。在任何情况下，逻辑卡10和外侧卡12的物理结构仅由以下要求所决定，将它们物理构造为分别装入将附装它们的计算机的卡槽和机架。另一方面，如果在特定台式计算机中外侧卡不安装卡机架，可用如图4所示支架13c。该支架具有带开口13e的框架13d，该开口支撑装在机架的外侧卡12。还可利用其它类型的支架。

如图1所示，逻辑卡10包括各种有效器件14，有效器件14包含用于将PCMCIA总线上的数据和函数转换为可用在台式计算机所用的任何***总线上的形式。这种总线体系结构可是Micro Channel(MicroChannel^是国际商业机器公司)的注册商标)，ISA，PCI或者任何其它类型的总线体系或总线体系结构的结合。具体逻辑电路和该逻辑电路的器件14依据具体台式计算机的总线体系结构变化，但在所有情况下将PCMCIA总线体系结构中数据的格式转换为在具体台式计算机采用的任何总线体系结构中可用的格式。

最好在逻辑卡10中设置一对PCMCIA卡适配器16。适配器16是常规的并以重叠构造连接，这样每个可容纳一个PCMCIA卡20，每个PCMCIA卡相互独立地起作用。适配器上设置连接器18以便可拆卸地连接可活动***的PCMCIA卡上的触片19。连接器18是膝上型或笔记本式计算机中用于连接PCMCIA卡20的常规类型设计，它们直接为带PCMCIA总线体系结构的膝上型线笔记本式计算机所使用。

逻辑卡10也具有常规板连接器22，适用于以常规方式将逻辑卡10连接到台式计算机的***板。

对至此描述的结构而言，如果将逻辑卡10***常规台式计算机的I/O槽，将一个或两个PCMCIA卡20***适配器16，逻辑卡10上的逻辑部件14就允许台式计算机使用每一PCMCIA卡20，好象它们是加在台式计算机I/O槽中的标准I/O卡，因为PCMCIA卡所含PCMCIA总线信息的格式由逻辑电路转换为该台式计算机所用的格式。因此台式计算机可直接利用装配的任何PCMCIA特征卡20的信息。

为了扩展逻辑卡10上逻辑电路的用途以包括更多PCMCIA卡而无需使用计算机中的附加I/O卡槽，或者提供更易于***和取出PCMCIA卡的单元，用一个或多个软性电缆24将逻辑卡10连接到外侧卡12。这种软性电缆可采取多种不同形式，比如双扭线、带状、柔性电路等。每一软性电缆24具有多条不同导线或电线，用来实现现在加以说明的不同功能。通常，这些软性电缆可具有50条电线或80条电线或100条电线，这取决于必须携带多少信号和将使用多少电缆。这些电线不仅包括信号线，还包括电源和地线，以提供所有需要的I/O信息和至外侧卡12的电源。各挠性电缆24连接到逻辑卡10上的触点26的外侧卡12上的终端触点28。

外侧卡12还有一对以重叠结构形成的PCMCIA适配器32，以便以与逻辑卡10接收PCMCIA卡20相同的方式接收一对PCMCIA卡20。适配器32具有也是适用于连接到PCMCIA卡20并以与用于将PCMCIA卡连接到膝上型或笔记本式计算机的连接器相同的方式构造的常规连接器的PCMCIA卡连接器34。外侧卡12也形成有导线或电路引线，其中一些示意性地以36示出，用来将触点28连接到连接器34，以将信号传输到触点28和从触点28传输到适配器32中包含的PCMCIA卡20。可以理解存在比所示出的更多的引线36，这里仅为说明起见，有必要为携带信号或电源的软性电缆的每一根导线提供一引线。

正如前文所指示，外侧卡12实际构造为装在常规台式计算机的机架13b中，该卡的末端包含如图3所示面向外的适配器32，因此PCMCIA卡20可容易地***并仅通过打开机架门(未示出)(若存在的话)将其取出。

对于该结构来说，外侧卡12上的逻辑部件14也可用于将外侧卡12上适配器32中PCMCIA卡的来自PCMCIA总线体系结构的数据格式转换为与台式计算机的总线体系结构兼容的格式，正如它对逻辑卡10上的配适器16所包含的PCMCIA卡20所做的，所需信号和电流通过软性电缆24和连接器或引线36提供。

然而，在许多情况下，存在外侧卡12上通过电缆24从逻辑卡10连收的某些信号失真或衰减的问题。这主要的因于软性电缆24的阻抗。软性电缆24提供的阻抗具有容性和感性分量。电感分量是信号失真或衰减的主要原因。但是，并非所有信号失真或衰减到存在较大出错机的程度。信号是否失真或衰减到引入误差的程度取决于许多因素，包括信号在线路上的时间长度，信号类型，携带信号的线路相对其它线路的位置，软性电缆的类型等等。在信号衰减或失真的那些线路中，需要补偿即减小或消除该衰减。如前所述，过去已这样做过，通过在外侧卡上设置有源器件，例如使用晶体管的缓冲器。然而，这是昂贵的。但是已发现在发生信号衰减或失真的那些信号线路或引线与诸如地面一类的给定电压平面之间提供预选电容或预选值的电容器可达到同样效果。这在图2中示意性地作了说明，其中示出电容器38在多条信号线或引线36与地面42之间。

虽然有可能理论模似需要电容器的那些线路和电容器的值，但是各种元器件制造容限的变化和诸如不同结构中不管信号锁定与否信号持续时间一类的其它变量使这种判断不太可靠。因此，需要确定何处增加电容或电容器的最佳技术，并通过进行实验和计算以及后续实验确定它们的数值，以使适当的电容适合适当的信号线或引线36。在这类实验中，构造在引线36上不具有任何电容并用将用在生产成品中类型和长度的软性电路连接的外侧卡。然后将逻辑卡10***计算机或实验台，利用适配器32中的PCMCIA卡实现试验该计算机的标准实验顺序和信号。

设计用来使信号沿电缆24在逻辑卡10与外侧卡12之间传输的常规实验设备，包括示波器或信号分析仪以及计算机程序用于建立各种信号的结构并监视这些线上的信号，以确定哪些信号衰减或失真以及在什么条件下与什么相比较这些信号应是理想的。确定衰减或失真量，然后选择需要的电容器并将它们连接在这些线路与诸如地面的给定电压平面之间。在这些实验中，以本领域技术人员熟知的方式观看示波器或信号分析仪屏幕上的噪声分量。作噪声分析的特征方程为；

V＝L×(di/dt)

其中：V＝电压

      L＝电感

      i＝电流，以及

      t＝时间进行噪声抵制的特征方程为：

V＝(1/C)×∫idt

其中：C＝电容这些方法在现有技术中是众所周知的。

以下述方式确定每一线的电容值。首先，以前述结构制造逻辑卡和外侧卡，除了在任何线路36与地面或任何其它平面之间无任何附加电容之外。由用于生产模式的所选类型和长度的电缆连接诸卡。然后PCMCIA卡20***外侧卡12上的适配器32中，用常规实验以常规方式测试PCMCIA卡20以确定事实上PCMCIA卡是否如设计那样执行它们的功能。

当故障发生时，假若外侧卡上不配备带有源部件的缓冲器，则用木波器或逻辑分析器上显示的信号测试该卡。每条线上的信号均被显示出来，噪声信号与波形有关。这将揭示与示波器或信号分析器上所示信号时序不相称的电压脉冲。这些通常仅在许多路中的少数线路上发生，由此揭示哪些信号发生失真或衰减。然后由以上给出的噪声抑制方程计算噪声的理论值。该计算可根据简单模型(为图5A中示意性示出的单块电感)或中等模型(为图5B中所示的串联和耦合电压)或复杂模型(为图5c所示分布电感、电容和电阻)。不管用哪一个模型均计算噪声值。

例如，涉及简单模型的计算如下。用于最佳实施例方案的典型电缆是具有每导体脚0.16微亨(μH)标称电感的带状电缆。CMOS逻辑信号的典型上升时间约为6纳秒，上升时间期间的电流变化一般约为8毫安。然后测量电缆长度，在典型实例中可为24″。在噪声分析方方程中代入这些值解出噪声电平： $V=\frac{\left({.32\×10}^{-6}\right)\×\left({8\×10}^{-3}\right)}{6\×{10}^{-9}}=426.6$ 毫伏这样，用简单模型计算的噪声是426.6毫伏。

然后用以上用于确定电容C的噪声抑制方程确定理论上所需的电容量，当解出时，C＝1×10^-12法拉，或1微微(皮)法。这给出数值试验哪个是抑制该特定信号线上噪声所需的理论电容值。

其次，将1微微法的电容器连接在外侧卡12上的信号线36与地之间，再进行相同实验。(可以理解具有过大噪声电平的各线具有为消除所计算噪声而需要的理论电容器值，该值的电容器耦合在每线与地之间。)在再测试期间，仍在示波器或信号分析器上观察信号。如果计算的电容值将噪声减小到允许的电平，那么这就是留在该特定线36上的电容器值。但是，许多线仍具有允许电平以上的噪声，即使增加这一计算出的理论电容值。其原因在于许多因素，包括相互邻接的各种线路的互相影响，信号的时间、频率、信号的锁定等等。

在示波器或信号分析器上观察所有信号线，判断出那些仍具有容许电平以上的电压脉冲的，用较大值的电容器代替原来的电容器。该值将取决于噪声值区减小了多少；噪声电平值下降得越少，电容器的值就越大。例如，对于那些仍具有不可接受的高值的线路可试用1,000微微法的值。然后修改外侧卡使连接在所需线路36与地之间的电容器具有这些修子值，并再次进行该测试。若仍存在某些线路具有太高的噪声电平，正如示波器上信号踪迹所揭示的，甚至可用较大电容器，在一定情况下，这些值高达0.1微法或更高。

最后，当通过该过程已将所有噪声降低到导致不能接受的信号衰减或不能接受的性能的电平之下时，将最终值装入卡中并测试该卡，当该卡通过测试时则制造对应这些电容器值的卡。

应注意：仅使每条线路接受很大数值的电容器是不可能的，因为如果该值变得太大，这会不利地影响信号的时序和带多种电路驱动器的电路的操作。

可以理解诸如中等和复杂模型的其它模型可用于初始计算，这在许多情形下将得出比用简单模型更接近实际最终结果的值。然而，对以上讨论的许多原因而言，无任何模型是完全精确的，因此仅给出第一近似，这在许多情况下可明显不同于最终电平或所需电容器值。中等和复杂模型，以及极其先进的传输模型可利用数学模拟程序更效地加以计算，例如用在PC上的Mathsoft的“MathCad”或也用在PC上的MicroSim的电子***模拟程序(Electrical System ModelingProgram“PSPICE”。这些程序是熟知的并将提供必要的第一计算结果。

如上所述这些计算结果的电容器值必须经过测试并修正需反映诸线的实际工作状况之处，由此为每条线提供所需电容器值。由于这些模型中即使最复杂的也无任一模型产生足够接近如由实验确定的实际值的结果，在多数情况下简单模型作为简化计算结果的起点是令人满意的，并允许改变这些数值的合理的起点。

图2示出了在一定情况下可用于一定类型电缆的电容器的典型值。例如，根据进行的测试，用在复位线与地之间的电容器为0.01μf，而REG线与地间的电容器值为1,000Pf。可以理解存在更多条线，并非所有都需有电容器。上述在外测卡上的测试，不需电容器，但卡20另外设计为利用预定柔性电路时，将指出哪些线路需要有电容器，该测试还将进一步表明电容器的值。因此，可构造外侧卡并将其附加到逻辑卡上，该外测卡不必有任何有源器件，但仅在必要的那些线路上需要电容器，该电容器是相当便宜的并易于装配。因此显著降低外侧卡的成本。

至此已描述了本发明的最佳实施例。应懂得这些描述仅仅是举例性的，本发明并不限于本文所述特定实施例，可实现各种重新布局、改型和替代而不偏离本发明的范围。

Claims (10)

1.一个计算机***，包括：

一个机箱，在其内部空间中包含一个***总线和连接有一个总线转换器卡的存储器总线，所述总线转换器卡包括一个与所述***总线相连的第一连接部分和一个与所述存储器总线相连的第二连接部分，所述总线转换器卡还包括用于转换所述***总线和所述存储器总线间通信的活动逻辑电路组件，所述第二连接部分包括一个第一适配器，该适配器具有第一组存储器卡接收插槽，该插槽用于接收装于其中的第一组存储器卡，所述第一组存储器卡全部位于所述机箱的内部空间中；

一个预定长度的柔性电缆，该电缆具有从所述总线转换器卡的第二连接部分延伸的第一端和与所述第一端相对的第二端，所述柔性电缆全部位于所述机箱的内部空间中；以及

一个扩展部件卡，与所述柔性电缆的所述第二端相连并全部位于所述机箱的内部空间中，所述扩展部件卡包括一个第二适配器，该第二适配器具有与所述机箱的一个开口对齐的第二组存储器卡接插槽，该插槽用于接收通过该开口装于其中的第二组存储器卡，所述扩展部件卡包括用于在所述存储器总线上承载电信号的多个电路引线，所述电信号包括信号、电源和地线，所述扩展部件卡还包括多个直接连于选择的信号线和所述地线之间的电容器，所述电容器的电容值取决于所述柔性电缆的所述预定长度和所述扩展部件卡适配器插槽中接收的存储器卡的类型。

2.根据权利要求1的计算机***，其特征在于所述存储器总线符合PCMCIA体系结构，并且所述多个存储器卡是PCMCIA存储器卡。

3.根据权利要求2的计算机***，其特征在于所述***总线符合下列体系结构的一种：PCI、ISA和Micro Channel。

4.根据权利要求2的计算机***，其特征在于为所述第一和第二适配器提供了用于与所述PCMCIA卡上的触点相连接的连接器，这种连接是可拆卸的，所述PCMCIA卡可以通过所述机箱开口被从所述第二适配器拆卸。

5.根据权利要求2的计算机***，其特征在于进一步包括一个用于在所述计算机机箱内安装所述扩展部件卡的支架。

6.一种用于计算机的组合装置，包括一个预定长度的柔性电缆和扩展部件卡，所述计算机具有一个机箱，在该机箱的内部空间中包含被一个总线转换器卡连接的***总线和存储器总线，该总线转换器卡包括一个与该***总线相连的第一连接部分和与该存储器总线相连的第二连接部分，该总线换转器卡还包括用于转换所述***总线和所述存储器总线间通信的活动逻辑电路组件，所述第二连接部分包括一个第一适配器，该适配器具有第一组存储器卡接收行槽，该插槽用于接收装于其中的第一组存储器卡，所述第一组存储器卡全部位于所述机箱的内部空间中；

所述柔性电缆具有从所述总线转换器卡的第二连接部分延伸的第一端和与所述第一端相对的第二端，所述柔性电缆全部位于所述机箱的内部空间中；以及

所述扩展部件卡与所述柔性电缆的所述第二端相连并全部位于所述机箱的内部空间中，所述扩展部件卡包括一个第二适配器，该第二适配器具有第二组与所述机箱的一个开口对齐的第二组存储器卡接收插槽，该插槽用于接收通过该开口装于其中的第二组PCMCIA存储器卡，所述第二适配器具有用于与所述PCMCIA卡上的触点相连接的连接器，这种连接是可拆卸的，所述扩展部件卡包括用于在所述存储器总线上承载电信号的多个电路引线，所述电信号包括信号、电源和地线，所述扩展部件卡还包括多个直接连于选择的信号线和所述地线之间的电容器，所述电容器的电容值取决于所述柔性电缆的所述预定长度和所述扩展部件卡适配器插槽中接收的存储器卡的类型，所述扩展部件卡还具有一个用于在所述计算机机箱内安装所述扩展部件卡的支架。

7.一种形成在台式计算机中利用具有PCMCIA总线体系结构的PCMCIA卡的适配器的方法，所述台式计算机具有至少一个逻辑卡槽和一个机架，且其总线体系结构不同于PCMCIA总线体***的，所述方法包含步骤：

a.提供将PCMCIA总线转换为台式计算机总线体系结构的逻辑电路；

b.提供具有至少一个PCMICA卡适配器的外侧卡；

c.借助于具有用来双向输送信号的多条导线的柔性电缆将所述外侧卡连接到到所述逻辑电路；

d.在所述外侧卡上设置多个导体将所述电缆的诸线连接到所述CPCMCIA卡槽；

e.将PCMCIA卡***所述PCMCIA槽；

f.经所述电缆和所述导体在所述逻辑电路与所述PCMCIA卡槽之间产生信号；

g.确定哪些信号具有大于预定最小值的噪声分量；

h.计算具有大于预定最小值的数值的各信号的噪声分量值；

i.计算理论上消除每一所述信号噪声分量值的电容器的值；

j.在计算了数值的每个导体与预定电压平面两端提供等于计算值的电容；

k.再次判定接有电容器的导体上的哪些所述信号具有在所述预选电平以上的噪声值；

l.当步骤k的所述再判定值大于所述预定值时增加各导体上的电容；以及

m.重复步骤k和l，直到所有导体噪声电平低于所述预选电平。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤h中噪声分量值的计算结果是利用下列方程计算的：

V＝L(di/dt)

其中：V＝电压

      L＝电感

      i＝电流，以及

      t＝时间

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤i中电容器值的计算结果是用下列方程计算的：

V＝(1/C)×∫idt

其中：C＝电容

      i＝电流

      t＝时间

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤h中噪声分量值计算结果是由下列方程计算的：

V＝L(di/dt)

其中：V＝电压

      L＝电感

      i＝电流，以及

      t＝时间而步骤i中电容器值的计算结果是用下列方程计算的

V＝(1/C)×∫idt

其中：C＝电容

      i＝电流

      t＝时间

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