TWI403029B

TWI403029B - Ｐｃｉｅｘｐｒｅｓｓ連接器、系統及其方法

Info

Publication number: TWI403029B
Application number: TW095144809A
Authority: TW
Inventors: Rboert Russell Wolford; Daniel Paul Kelaher; Jonathan Andrew Duncan
Original assignee: Ibm
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2006-12-01
Publication date: 2013-07-21
Also published as: CN1988267A; US7264512B2; US20070141914A1; JP2007172580A; JP4771372B2; TW200803061A

Description

PCI EXPRESS連接器、系統及其方法

本發明大體上係關於電子裝置連接器，具體而言係關於符合電子及電腦裝置周邊零件連接介面(“PCI”)Express技術標準之印刷電路板(PCB)邊緣連接器。更特定而言，本發明係關於一種PCI Express連接裝置，該裝置支援在此類裝置之間通信資料處理、定址及/或控制項信號中使用不同於該連接器大小之裝置匯流排寬度。具體而言，本發明揭示了一種PCI Express連接器，其藉由在該連接器之至少一端包括一開口(或“凹口”)以在實質上容納該較大尺寸之介面卡，而允許安裝匯流排寬度大於該連接器本身之PCI Express介面卡。

現在大多數電子及電腦電路係透過使用印刷電路板(PCB)耦接在一起之主動及被動裝置實現。無論該電路主要地係模擬本質、數位本質，或此二者之混合體，情況均如此。在其最簡單形式中，一PCB係一相對較薄之介電(即非電導性)材料(諸如一樹脂填充玻璃纖維)薄片。典型地，在該PCB之一或更多表面之上形成金屬線或“跡線”，以便在位於該PCB上之各種電子電路之元件之間提供電氣連接。此外，PCB可為“多層”，其中多重介電層位於導電層之間以形成電路、接地及/或電源平面。對於多層板，通常藉由在層間形成“通道”(或導電插頭)，或藉由使用導體可旋入其中之“穿孔”以在各種層之間提供電氣連接。通常，一PCB上之電路可被連接至其他裝置。此等裝置可為輸入/輸出裝置、位於其他PCB上之其他電子及/或電腦電路、傳輸線等等。儘管此類裝置可被直接連接至一PCB(諸如藉由被焊接至其某些跡線或焊墊)，至外部裝置或電路之連接最常見地係透過一可移除連接器總成進行。多年來吾人已經為此目的開發了許多不同類型之電氣連接器，且已經依據多個工業技術標準對其進行了設計，以便在其製造、實現及使用上建立一致性。

目前在桌上型及伺服器計算中最廣泛採用之一此類標準係周邊零件連接介面(或“PCI”)標準。原來的IBM個人電腦(PC)架構具有一系列基於原來的工業標準架構(ISA)規範(其導致PCI標準之開發及採用)設計之相關硬體通信介面(或“匯流排”)。原來的ISA規範允許一具有一16個二進位含資訊數位(或形成一二進位“字元”之“位元”)大小(或“寬度”)之匯流排，以在執行電腦裝置定址、資料處理及控制功能時，同時(或“平行”)承載所傳輸之電氣信號。但是，該ISA匯流排架構具有多個缺點，包括速度不足、難以被組態及標準規範集合不完整，所有這些導致在用於一些應用時缺乏相容性。為此，吾人已經開發多個在技術上被認為優於ISA之其他專利匯流排架構；其中包括ISA之一種32位元變型(EISA)；由IBM開發之微通道架構(MCA)匯流排；由Apple開發之NuBus；由Sun開發之SBus；由Amiga所使用之ZorroII(16位元)及ZorroIII(32位元)；由視訊電子標準協會(VESA)制定之VESA本機匯流排；及由Intel開發之PCI標準。

PCI規範於1991年被第一次作為標準提出，它原來設計用於互連PCB主電路板(或“母板”)上之電路及裝置，但是此後其用途已經被擴充至可移除電路卡及其他電腦及電子裝置。與其他匯流排架構相比，PCI匯流排架構擁有多個優點；諸如提供對電腦系統記憶體之直接存取，無須中心處理單元(“CPU”)干預；允許透過單個匯流排(包括使用允許單個互連被用於一連接至更多裝置之“橋接器”)及自動組態(或“自組態”)能力互連多個電子及/或電腦裝置。因為此等(以及其他)優點，加上其速度及相對廉價之實現，現在PCI匯流排架構標準幾乎被用於每種類型之電腦及電子系統，用以在硬體裝置之間提供通信。

PCI Express係PCI標準中之最新開發，用以支援在PC、工作站、伺服器及其他類型之電腦及電子硬體中使用連接器、擴充介面卡及周邊裝置。藉由PCI Express標準實現之匯流排技術可用於提供微晶片、印刷電路板(PCB)及介面卡連接以允許在各種類型電腦及電子系統之硬體裝置之間進行通信。這藉由實現一“串列”介面來完成，該介面允許在裝置之間使用點對點互連進行資料之序列化傳輸，在此等連接點之間具有通常由一連接器/轉換器組合組成直接接線介面。PCI－X及PCI Express標準在軟體層級保持相容，儘管該等兩個標準之間的基礎硬體技術不同。這允許基於PCI－X的操作系統、裝置驅動程式及BIOS系統支援PCI Express基於硬體裝置，而無須需任何顯著變更。

PCI Express標準並不限於用於介面卡之連接器。由於其高速度及可延展之匯流排寬度，其可用作一高速介面，以連接許多結合諸如USB 2、無限寬頻、千兆位元乙太網及其他不同硬體設計之不同裝置。目前，在PCI Express標準之下，裝置之操作速度可以是目前PCI－X裝置之頻寬能力的雙倍。未來系統操作頻率之提高及導電材料之改良將導致相應增加PCI Express標準能夠支援之總頻寬。

本發明揭示了一種連接裝置之方法、裝置及系統，該連接裝置支援在電子及/或電腦裝置之間通信資料處理、定址及/或控制信號中使用不同於該連接器大小之裝置匯流排寬度。具體而言，本發明揭示了一種周邊零件連接介面(“PCI”)Express連接器，其允許安裝匯流排寬度大於該連接器本身之PCI Express介面卡。

PCI Express規範允許一具有較大(或“較寬”)匯流排容量之裝置被電氣連接至一較小(或“較窄”)匯流排。但是，由於該連接器之實質尺寸不支援與寬於該連接器本身之匯流排介面一起使用，對於目前用於連接該匯流排至該裝置介面卡之每種類型的PCI Express連接器均存在一機械限制。目前所有對此問題的解決方案均使用一種寬度至少與該安裝介面卡同樣大小之匯流排的PCI Express連接器，同時僅將該連接器之一部分接線至該系統匯流排以與該介面卡一起使用。

本發明藉由提供一新型PCI Express連接器來解決此等問題，該連接器藉由在該連接器之至少一端包括一開口(或“凹口”)以在實質上容納該較大尺寸之介面卡，允許安裝匯流排寬度大於該連接器之PCI Express介面卡。本發明之“凹口”概念消除了目前方案中遇到的該等缺點，同時亦允許該連接器與PCI Express規範相容，且其可用於製造各種不同PCI Express連接器以及用於其他擴充匯流排之連接器。

因此本發明之一態樣係藉由提供一種使用一連接裝置之方法、裝置及系統，克服先前技藝之該等缺點，該裝置在電子及/或電腦裝置之間通信資料處理、定址及/或控制信號之通信中支援使用裝置匯流排寬度不同於該連接器之大小的連接裝置。

本發明之另一態樣係藉由提供一種連接器以克服先前技藝之該等缺點，該連接器支援在符合周邊零件連接介面(“PCI”)Express技術標準的電子及/或電腦裝置之間通信資料處理、定址及/或控制信號之通信中使用不同於該連接器之大小的裝置匯流排寬度。

本發明之另一態樣係藉由提供一種PCI Express連接器以克服先前技藝之該等缺點，該連接器允許安裝匯流排寬度大於該連接器本身之PCI Express介面卡。

本發明之另一態樣係藉由提供一種PCI Express連接器以克服先前技藝之該等缺點，該連接器藉由在該連接器之至少一端包括一開口(或“凹口”)以在實質上容納該較大尺寸之介面卡，從而允許安裝匯流排寬度大於該連接器之PCI Express介面卡。

在本說明之總結部分特別指出並明確主張了被視為本發明之主題。但是，藉由參照至以下結合所附圖式進行之說明，可以最佳地瞭解本發明及其其他目標與優點。

第3圖與第4圖圖解說明一可在PCI標準之下利用之先前技藝印刷電路板(PCB)邊緣連接系統，如美國專利案第6,814,583號之所示及說明，該專利案以引用的方式合併入本文。此等連接器可用於耦合實質上分離之電子裝置，且雖然該連接器被顯示為被附接至第3圖與第4圖中之PCB，但兩連接器之任一均可被耦接至一電纜或至一單獨電路卡。

如第3圖中所示，一第一PCB或“插板”44包括一公邊緣連接器46，其可作為該PCB之一部分實現，並帶有與一母邊緣連接器56之觸點70電連接之跡線48。在此特定範例中，該公邊緣連接器46具有藉由一插槽54隔離之一第一部分50及一第二部分52。(在先前技藝亦存在邊緣連接器之無槽變式。)該母邊緣連接器56配備一對插槽66及68，其中包括多個耦合至該插針62之觸點70。藉由延伸其插針62穿過孔64，該母邊緣連接器56可被電耦接至一於其底表面60之上具有跡線(未示出)之PCB58，當然跡線亦可位於該PCB之一頂部表面59之上。在操作中，公邊緣連接器46之第一及第二部分50與52被分別***母邊緣連接器56之插槽66與68，促使該插板44之跡線48透過觸點70及插針62與該PCB 58之跡線(未示出)電氣接觸。

第4圖顯示一先前技藝之邊緣連接器系統100，其包括一PCB母板102與一或多個***式電路卡104a、104b及/或104c。每一該等電路卡分別包括一公邊緣連接器部分106a、106b及/或106c，其可為該電路卡之一實質延伸。公邊緣連接器106a、106b及106c被轉換以分別嚙合母邊緣連接器110a、110b及110c之該等插槽108a、108b及108c。結果，當公邊緣連接器106a－106c與母邊緣連接器110a－110c接合時，電路卡104a－104c上之電子電路被電連接至母板102上之電路。

在第3圖與第4圖中圖解說明之該等連接器具有多個優點。它們以機械方式被引導及固定就位，這有助於保持其彼此間之電氣接觸。它們亦被藉由其殼體良好屏蔽，這減少了電磁放射干擾(EMI)。兩種類型之連接器均可在組態上變化並可採用一分隔連接器設計，如以上參考第3圖之說明。與其他先前技藝系統相比，在第3圖與第4圖中圖解說明之該邊緣連接器技術具有一定優點，其中包括消除一單獨的公連接器，減少了成本並使該等兩個PCB之接地平面更靠近地在一起，這可以有利於高頻率應用。但是，此等先前技藝邊緣連接器之設計旨在用於實現一進行同時信號處理之共享、平行匯流排架構之裝置。如上所述，PCI Express標準實現一串列介面，其允許在此等連接點之間使用直接接線介面而在裝置之間進行點對點互連，需要一種不同類型之連接器來符合此標準。

如第1圖中所示，單個PCI Express串列連接係一使用兩對電線(或“路，lanes”)之雙重單工連接，一對用於傳送資料(Tx)，一對用於接收資料(Rx)，每對每週期可在連接裝置A與B之間以一2.5千兆位元每秒(Gbps)之目前速度傳送一位元。一PCI Express連接可被包括多路。在此類組態中，該連接被標記為x1、x2、x4、x8、x16或x32(或更大)等等。其中“x數字”係用於該連接之有效路數。因此，一PCI Express x1組態需要四(4)根電線以連接該單路連接，然而一x16實現需要十六(16)倍於該數量(或64根電線)來完成十六路鏈接。這導致對於每一不同PCI Express鏈接組態有不同大小之機械連接(或“插槽”)。

第2圖分別顯示目前之32位元PCI 2.0、PCI Express x1及PCI Express x16連接器/轉換器組態之插槽大小之比較。從此圖可清晰瞭解，一PCI Express介面卡可被安裝入一為一較大連接設計之插槽，而不可被安裝入一為一較小連接設計之插槽。例如，一PCI Express x16介面卡將不能實質上裝配入一PCI x1連接器插槽，然而一PCI Express x1介面卡可被安裝入一PCI x16連接器插槽。此相容性如下表中所示。

如上所述，PCI Express規範允許一具有較大(或“較寬”)匯流排容量之裝置被電連接至一較小(或“較窄”)匯流排，例如，諸如藉由透過一介面卡將一PCI Express x16裝置(具有一16位元“字元”大小匯流排架構)連接至一PCI Express x8(單位元組)、x4(半位元組)或x1(單個位元)匯流排。但是，如參考第2圖所圖解說明，由於該連接器之實質尺寸不支援其用於一寬於該連接器本身之匯流排介面的介面卡，目前用於連接該匯流排至該裝置介面卡之每種類型PCI Express連接器均存在一機械限制。結果，由於此機械限制，目前PCI Express x16介面卡不能被安裝於PCI Express x8、x4或x1連接器插槽。

所有目前對此問題之方案均使用一具有一至少與該安裝介面卡同樣大小匯流排寬度之PCI Express連接器，同時僅將該連接器之一部分接線至該系統匯流排以用於該介面卡。例如，藉由僅將其連接之八(8)個接線至該PCB上之該系統積體電路(IC)晶片組，可藉由安裝該介面卡入該連接器插槽，而將一PCI Express x16連接器用於連接一8位元(單個位元組大小)系統匯流排與一PCI Express x8或x16介面卡。但是，此方案需要使用一更大、更昂貴PCI Express連接器，佔用超出進行電氣連接所必需之空間量，且這將導致未用連接。本發明藉由提供一新型之PCI Express連接器解決了此等問題，該連接器藉由在該連接器之至少一端包括一開口(或“凹口”)以在實質上容納該較大尺寸之介面卡，允許安裝匯流排寬度大於該連接器本身之PCI Express介面卡。

如第5A-5C圖中所示，藉由添加一開口(或“凹口”)20至該連接器插槽15之至少一端(諸如距該系統之前面最近者)，修改了一標準PCI Express連接器10。該凹口20允許尺寸大於該連接器插槽15之PCI Express介面卡25(即“擴充卡”)透過該插槽被安裝(或“插”)入該連接器10，如第6圖中之該範例所示，其中一PCI Express x16介面卡被安裝於一PCI Express x8連接器插槽中。如第5C圖與第7B圖中所示，該凹口可延伸入該金屬匯流排連接插針留駐之該連接器中心區域(且朝向該連接器之底部)以允許一實質上大於該連接器之PCI Express介面卡完全安放入如第6圖所示之該連接器中。

如第7A圖與第7B圖中所示，“外架”支撐30(由一諸如塑膠材料製造)可被添加在該PCI Express連接器10之端部附近，該處包括一凹口20以防止當一介面卡25被安裝時該連接器壁向外過分撓曲，藉此確保充足壓力以在該連接器內部該等插針及該擴充卡上之該等梳狀擋板之間完成電氣連接。該連接器之每一側上之該等“外架”可以交錯(如第7A圖中所示)以允許多個“帶凹口”PCI Express連接器被彼此相鄰放置，而不會產生機械干擾問題。

儘管在在此說明之該範例中圖解說明了一PCI Express x8連接器，該“凹口”技術可被應用至一任何大小之PCI Express連接器，或至任何使用允許不同匯流排寬度之架構的其他擴充連接器。因此本發明之該“帶凹口”PCI Express連接器藉由消除目前PCI Express連接器/轉換器組態中遇到的該等問題，克服了先前技藝之該等缺點，同時亦允許該連接器與該PCI Express規範相容，且其可被用於製造各種不同PCI Express連接器以及用於其他擴充匯流排之連接器。

儘管已經藉由圖解說明之方式展示了本發明之某些較佳功能，但仍可在本發明如以下申請專利範圍中所體現之真正精神範圍之內進行許多修改及變更，該等申請專利範圍將被在法律允許之範圍內予以寬泛解釋以覆蓋本發明包括其所有等同物之全部範圍。

10．．．PCI Express連接器

15．．．未說明

20．．．凹口

25．．．PCI Express介面卡

30．．．支撐

44．．．插板

46．．．公邊緣連接器

48．．．跡線

50．．．第一部分

52．．．第二部分

54．．．插槽

56．．．母邊緣連接器

58．．．PCB

59．．．頂部表面

60．．．底表面

62．．．插針

64．．．孔

66．．．插槽

68．．．插槽

70．．．觸點

100．．．邊緣連接器系統

102．．．PCB母板

112．．．未說明

104a．．．***式電路卡

104b．．．***式電路卡

104c．．．***式電路卡

106a．．．公邊緣連接器

106b．．．公邊緣連接器

106c．．．公邊緣連接器

108a．．．插槽

108b．．．插槽

108c．．．插槽

110a．．．母邊緣連接器

110b．．．母邊緣連接器

110c．．．母邊緣連接器

第1圖圖解說明了一PCI Express串列鏈接電氣連接之示意圖。

第2圖圖解說明了各種PCI及PCI Express連接器/轉換器組態之機械插槽大小之比較。

第3圖與第4圖圖解說明了先前技藝之一***式卡邊緣連接器系統之透視圖。

第5A－5C圖圖解說明了本發明之一“帶凹口”PCI Express連接器之透視圖。

第6圖圖解說明了本發明之一安裝於一“帶凹口”PCI Express連接器中之PCI Express介面卡之透視圖。

第7A圖與第7B圖圖解說明了添加於本發明之該“帶凹口”PCI Express連接器端部附近之“外架”之透視圖。

10．．．PCI Express連接器

25．．．PCI Express介面卡

Claims

一種連接器，該連接器包含一含有至少一插槽之殼體，該至少一插槽擁有一或更多觸點，該一或更多觸點經配置以與一或更多電子或電腦裝置電連接，以在至少一介面匯流排上與該等經連接裝置之間通信資料處理、定址或控制信號，以致使該等經連接裝置之一或更多者具有不同於該連接器之該匯流排寬度之一匯流排寬度，其中至少一插槽經配置以安裝具有一匯流排寬度大於該連接器之該匯流排寬度的裝置介面卡，且一或更多插槽之該配置包括一開口，該開口係在該插槽之至少一端，以實質上容納一或更多較大尺寸之一介面卡，並包含支撐，該等支撐係安裝在接近該連接器之一端處之該連接器插槽之相對側上，其中一開口係設置並定位以至少橫向地朝向該開口。
如申請專利範圍第1項所述之連接器，其中至少一開口係延伸入該連接器之該中心區域。
如申請專利範圍第1項所述之連接器，其中至少一開口係朝該連接器之該底部延伸。
如申請專利範圍第1項所述之連接器，其中安裝在該連接器插槽之相對側上之支撐係位於相對彼此交錯之位置。
如申請專利範圍第1項所述之連接器，其中該連接器及該經連接裝置經配置以符合該周邊零件連接介面(“PCI”)Express技術標準。
如申請專利範圍第5項所述之連接器，其中該連接器經配置以符合該x1匯流排寬度，且至少一介面卡經配置以符合該PCI Express技術標準之至少該x2、x4或x8或x16或x32匯流排寬度。
如申請專利範圍第5項所述之連接器，其中該連接器經配置以符合該x2匯流排寬度，且至少一介面卡經配置以符合該PCI Express技術標準之至少該x4或x8或x16或x32匯流排寬度。
如申請專利範圍第5項所述之連接器，其中該連接器經配置以符合該x4匯流排寬度，且至少一介面卡經配置以符合該PCI Express技術標準之至少x8或x16或x32匯流排寬度。
如申請專利範圍第5項所述之連接器，其中該連接器經配置以符合該x8匯流排寬度，且至少一介面卡經配置以符合該PCI Express技術標準之至少該x16或x32匯流排寬度。
如申請專利範圍第5項所述之連接器，其中該連接器經配置以符合該x16匯流排寬度，且至少一介面卡經配置以符合該PCI Express技術標準之至少該x32匯流排寬度。
一種包含一或更多電子或電腦裝置且包括至少一連接器的系統，該至少一連接器包含一含有至少一插槽之殼體，該至少一插槽具有一或更多之觸點，該一或更多觸點經配置與一或更多該等裝置電連接，以在至少一介面匯流排上與該等經連接裝置之間通信資料處理、定址或控制信號，以致使該等經連接裝置之一或更多者具有不同於該連接器之該匯流排寬度之一匯流排寬度，其中至少一插槽經配置以安裝具有一匯流排寬度大於該連接器之該匯流排寬度的裝置介面卡，且一或更多插槽之該配置包括一開口，該開口係在該插槽之至少一端，以實質上容納一或更多較大尺寸之一介面卡，並包含支撐，該等支撐係安裝在接近該連接器之一端處之該連接器插槽之相對側上，其中一開口係設置並定位以至少橫向地朝向該開口。
如申請專利範圍第11項所述之系統，其中安裝在該連接器插槽之相對側上之支撐係位於相對彼此交錯之位置。
如申請專利範圍第11項所述之系統，其中該連接器及該經連接裝置經配置以符合該周邊零件連接介面(“PCI”)Express技術標準。
如申請專利範圍第13項所述之系統，其中至少一連接器經配置以符合該x1匯流排寬度，且至少一介面卡經配置以符合於該PCI Express技術標準之至少該x2，x4或x8或x16或x32匯流排寬度。
如申請專利範圍第13項所述之連接器，其中該連接器經配置以符合該x2匯流排寬度，且至少一介面卡經配置以符合該PCI Express技術標準之至少該x4或x8或x16或x32匯流排寬度。
如申請專利範圍第13項所述之系統，其中至少一連接器經配置以符合該x4匯流排寬度，且至少一介面卡經配置以符合該PCI Express技術標準之至少該x8或x16或x32匯流排寬度。
如申請專利範圍第13項所述之系統，其中至少一連接器經配置以符合該x8匯流排寬度，且至少一介面卡經配置以符合該PCI Express技術標準之至少該x16或x32匯流排寬度。
如申請專利範圍第13項所述之系統其中至少一連接器經配置以符合該x16匯流排寬度，且至少一介面卡經配置以符合該PCI Express技術標準之至少該x32匯流排寬度。
一種在包含一或更多電子或電腦裝置之一系統中使用一連接器之方法，該方法包括製造及安裝至少一連接器之該等步驟，該至少一連接器包含一含有至少一插槽之殼體，該至少一插槽具有一或更多觸點，該一或更多觸點經配置以與一或更多該等裝置電連接，以在至少一介面匯流排上與該等經連接裝置之間通信資料處理、定址或控制信號，以致使該等經連接裝置之一或更多者具有不同於該連接器之該匯流排寬度之一匯流排寬度其中至少一插槽經配置以安裝具有一匯流排寬度大於該連接器之該匯流排寬度的裝置介面卡，且一或更多插槽之該配置包括一開口，該開口係在該插槽之至少一端，以實質上容納一或更多較大尺寸之一介面卡，並包含支撐，該等支撐係安裝在接近該連接器之一端處之該連接器插槽之相對側上，其中一開口係設置並定位以至少橫向地朝向該開口。
如申請專利範圍第19項所述之方法，其中安裝在該連接器插槽之相對側上之支撐係位於相對彼此交錯之位置。
如申請專利範圍第19項所述之方法，其中該連接器及連接裝置被組態以符合該周邊零件連接介面(“PCI”)Express技術標準。