一种模块化设计的核心主板及电子计算机论文和设计-吴福禄

全文摘要

本实用新型公开一种模块化设计的核心主板及电子计算机。本实用新型通过将主板上的外围接口通过拓展接口，拓展到其他子板上，将核心控制电路与外围接口电路分离，通过搭配核心主板及连接子板，可以灵活控制主板的尺寸与功能，解决了现有主板存在的拓展性强的主板面积大，且位于同一平面不利于狭窄环境的安装，及面积小的主板拓展性弱的技术问题；达到了可灵活控制主板尺寸与功能，实现更多用途的技术效果。

主设计要求

1.一种模块化设计的核心主板，其特征在于，所述模块化设计的核心主板包括片上系统、内存接口、第一拓展接口、第二拓展接口及定制PCIE拓展接口；其中，所述内存接口，用于安装内存条；所述片上系统，用于在内存条安装完成后，生成第一预设信号、第二预设信号及PCIE信号及第三预设信号，并向所述第一拓展接口、所述第二拓展接口及所述定制PCIE拓展接口分别发送所述第一预设信号、所述第二预设信号及所述PCIE信号及第三预设信号；所述第一拓展接口，用于接收所述片上系统发送的第一预设信号；所述第二拓展接口，用于接收所述片上系统发送的第二预设信号；所述定制PCIE拓展接口，用于接收所述片上系统发送的PCIE信号及第三预设信号。

设计方案

1.一种模块化设计的核心主板，其特征在于，所述模块化设计的核心主板包括片上系统、内存接口、第一拓展接口、第二拓展接口及定制PCIE拓展接口；其中，

所述内存接口，用于安装内存条；

所述片上系统，用于在内存条安装完成后，生成第一预设信号、第二预设信号及PCIE信号及第三预设信号，并向所述第一拓展接口、所述第二拓展接口及所述定制PCIE拓展接口分别发送所述第一预设信号、所述第二预设信号及所述PCIE信号及第三预设信号；

所述第一拓展接口，用于接收所述片上系统发送的第一预设信号；

所述第二拓展接口，用于接收所述片上系统发送的第二预设信号；

所述定制PCIE拓展接口，用于接收所述片上系统发送的PCIE信号及第三预设信号。

2.如权利要求1所述的模块化设计的核心主板，其特征在于，所述模块化设计的核心主板还包括Mini-pcie接口；其中，

所述Mini-pcie接口可传输1路PCIE信号、1路USB2.0信号及1路SATA信号。

3.如权利要求1所述的模块化设计的核心主板，其特征在于，所述第一拓展接口通过I\/O模块、声卡模块及直连的方式与所述片上系统连接，并接收所述第一预设信号；其中，

所述第一预设信号包括1路SMBUS信号、1路I^{2<\/sup>C信号、1路FAN信号、1路LINE OUT信号、1路MIC信号、2路GPIO信号、2路RS232\/RS485信号及4路USB2.0信号。}

4.如权利要求1所述的模块化设计的核心主板，其特征在于，所述第二拓展接口通过网卡模块、LVDS转换模块及直连的方式与所述片上系统连接；并接收所述第二预设信号其中，

所述第二预设信号包括1路LPC信号、1路千兆以太网信号、1路LVDS信号、1路USB2.0信号、2路PCIE\/USB2.0信号及1路PCIE时钟\/USB2.0信号。

5.如权利要求1所述的模块化设计的核心主板，其特征在于，所述定制PCIE拓展接口通过阻抗平衡模块及直连的方式与所述片上系统连接，并接收所述PCIE信号及第三预设信号；其中，

所述PCIE信号及第三预设信号具体包括1路PCIE时钟信号、2路PCIE信号、2路PCIE\/USB3.0信号、2路PCIE\/SATA信号、2路DDI信号及4路USB3.0信号。

6.如权利要求5所述的模块化设计的核心主板，其特征在于，所述阻抗平衡模块包括AC耦合电容；其中，

所述AC耦合电容，用于在所述定制PCIE拓展接口引出PCIE信号及USB3.0信号时，平衡信号连接器造成的阻抗突变。

7.如权利要求1-6中任意一项所述的模块化设计的核心主板，其特征在于，所述定制PCIE拓展接口，包括40*2Pin信号引脚及固定装置；其中，

所述40*2pin信号引脚，用于传输所述PCIE信号及第三预设信号；

所述固定装置，用于固定所述定制PCIE拓展接口及其连接器。

8.如权利要求7所述的模块化设计的核心主板，其特征在于，所述固定装置包括安装于所述定制PCIE拓展接口上的定位铜片及安装于所述连接器上的紧固弹片；其中，

所述定位铜片，用于在紧固弹片的挤压下自动对准所述连接器的中轴线；

所述紧固弹片，用于挤压定位铜片两侧，固定所述定制PCIE拓展接口及所述连接器。

9.一种电子计算机，其特征在于，所述电子计算机包括如权利要求1-8中任意一项所述的模块化设计的核心主板。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及电子计算机主板技术领域，特别涉及一种模块化设计的核心主板及电子计算机。

背景技术

现有的计算机主板采用单板设计，核心电路及外部接口集成于一张主板上，然而由于控制核心电路涉及大量的运算与控制，发热量大，温度高，并且控制核心结构精细，集成度高，所以控制核心电路损坏的概率要高于外部接口电路。

传统的计算机主板无法将控制核心与外部接口分离，这导致一旦控制核心部分损坏，需要拆除整块主板进行维修保养，为此必须先拆除与控制主机相连的大量外部设备，维护步骤繁琐。

电子计算机行业的发展壮大还使得设备用途不断细分，从而导致不同设备的功能、所需要的主板尺寸、信号接口类型与数量差异明显，但往往其核心控制电路类似或完全相同。使用传统的单板设计思想进行设计时，不同功能与用途的设备必须重新定制整块主板，不能共用同一套控制核心，增加设计成本。而目前的模块化设计的核心主板普遍缺少高速信号如PCIE(peripheral component interconnect express一种高速串行计算机扩展总线标准)信号，忽略了板间互连结构造成的对高速信号完整性的破坏，难以满足行业对信号质量日益严苛的要求。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种模块化设计的核心主板，旨在解决现有技术中存在一体式主板在使用过程中存在主板面积、定制方面的限制，而模块化设计的核心主板缺少高速信号，难以满足行业对信号质量日益严苛的要求。

为实现上述目的，本实用新型提出的一种模块化设计的核心主板，所述模块化设计的核心主板包括片上系统、内存接口、第一拓展接口、第二拓展接口及定制PCIE拓展接口；其中，

所述内存接口，用于安装内存条；

所述第一拓展接口，用于接收所述片上系统发送的第一预设信号；

所述第二拓展接口，用于接收所述片上系统发送的第二预设信号；

所述定制PCIE拓展接口，用于接收所述片上系统发送的PCIE信号及第三预设信号。

优选地，所述模块化设计的核心主板还包括Mini-pcie接口；其中，

所述Mini-pcie接口可传输1路PCIE信号、1路USB2.0信号及1路SATA(SerialAdvanced Technology Attachment串行高级技术附件)信号。

优选地，所述第一拓展接口通过I\/O(input\/output输入\/输出端口)模块、声卡模块及直连的方式与所述片上系统连接，并接收所述第一预设信号；其中，

所述第一预设信号包括1路SMBUS(System Management Bus系统管理总线)信号、1路I ^{2<\/sup>C(一种简单、双向二线制同步串行总线)信号、1路FAN(风扇)信号、1路LINE OUT(声卡处理后的模拟信号通过Line Out接口输出到音箱等音频设备上)信号、1路MIC(Microphone麦克风)信号、2路GPIO(General Purpose Input Output通用输入\/输出)信号、2路RS232\/RS485(异步传输标准接口)信号及4路USB2.0信号。}

优选地，所述第二拓展接口通过网卡模块、LVDS(Low-Voltage DifferentialSignaling低电压差分信号)转换模块及直连的方式与所述片上系统连接；并接收所述第二预设信号；其中，

所述第二预设信号包括1路LPC(linear predictive coding线性预测编码)信号、1路千兆以太网信号、1路LVDS信号、1路USB2.0信号、2路PCIE\/USB2.0信号及1路PCIE时钟\/USB2.0信号。

优选地，所述定制PCIE拓展接口通过阻抗平衡模块及直连的方式与所述片上系统连接，并接收所述PCIE信号及第三预设信号；其中，

所述PCIE信号及第三预设信号具体包括1路PCIE时钟信号、2路PCIE信号、2路PCIE\/USB3.0信号、2路PCIE\/SATA信号、2路DDI(Device DriverInterface设备驱动程序接口)信号及4路USB3.0信号。

优选地，所述阻抗平衡模块包括AC耦合电容；其中，

所述AC耦合电容，用于在所述定制PCIE拓展接口引出PCIE信号及USB3.0信号时，平衡信号连接器造成的阻抗突变。

优选地，所述定制PCIE拓展接口，包括40*2Pin信号引脚及固定装置；其中，

所述40*2pin信号引脚，用于传输所述PCIE信号及第三预设信号；

所述固定装置，用于固定所述定制PCIE拓展接口及其连接器。

优选地，所述固定装置包括安装于所述定制PCIE拓展接口上的定位铜片及安装于所述连接器上的紧固弹片；其中，

所述定位铜片，用于在紧固弹片的挤压下自动对准所述连接器的中轴线；

所述紧固弹片，用于挤压定位铜片两侧，固定所述定制PCIE拓展接口及所述连接器。

本实用新型还提出一种电子计算机，所述电子计算机包括如上所述的模块化设计的核心主板。

本实用新型技术方案通过采用将电子计算机主板核心电路与外部接口电路分离的方式，降低了主板的面积，减小设计成本，不同功能用途的设备可以自由搭配核心主板及外部接口电路；并且采用定制PCIE拓展接口，降低了板间互联结构对高速信号完整性的破坏，满足了行业对信号质量日益严苛的要求，解决了现有技术中存在一体式主板在使用过程中存在主板面积、定制方案的限制，而模块化设计的核心主板缺少高速信号，难以满足行业对信号质量日益严苛的要求的技术问题，达到了降低主板面积，增加核心主板及外部接口电路的可定制方案，并保留高速信号，满足行业对信号质量日益严苛的需求的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型模块化设计的核心主板一实施例的模块示意图；

图2为本实用新型模块化设计的核心主板固定装置的结构示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种模块化设计的核心主板。

参照图1，在本实用新型实施例中，该模块化设计的核心主板包括片上系统、内存接口、第一拓展接口、第二拓展接口及定制PCIE拓展接口；其中，

所述内存接口，用于安装内存条；

所述片上系统，用于在内存条安装完成后，生成第一预设信号、第二预设信号及PCIE信号及第三预设信号，并向所述第一拓展接口、所述第二拓展接口及所述定制PCIE拓展接口分别发送所述第一预设信号、所述第二预设信号及所述PCIE信号及第三预设信号。

所述第一拓展接口，用于接收所述片上系统发送的第一预设信号；

所述第二拓展接口，用于接收所述片上系统发送的第二预设信号；

所述定制PCIE拓展接口，用于接收所述片上系统发送的PCIE信号及第三预设信号。

需要说明的是，为了便于理解在本实施例中，内存接口上安装有内存条，用于与外部接口电路连接的拓展接口一共有3个，这三个都是定制接口，其原因在于现有的拓展接口无法满足信号质量、空间占用、功能拓展等多方面的需求。

需要注意的是，在本实用新型方案所述的三个拓展接口中，第一拓展接口及第二拓展接口的信息传输速度小于定制PCIE拓展接口，此处采用定制PCIE拓展接口的原因在于，其传输信号不仅仅局限于PCIE信号，而是包括PCIE在内的高速信号即所述第三预设信号。

易于理解的是，采用三个定制拓展接口而不是一个，其目的在于避免信号干扰，并增加拓展方案的定制性；例如，对于部分不需要高速信号的使用场景，可以使用一个核心主板搭配一个与第一拓展接口连接的子板，或者一个核心主板搭配一个与第二拓展接口连接的子板，或者一个核心主板搭配一个与第一拓展接口连接的子板及一个与第二拓展接口连接的子板；以降低主板的总面积，及安装、维护的难度，并降低成本。

需要补充的是，在本实用新型方案中，定制PCIE拓展接口的存在使得本方案可以拓展出带宽更高的信号，满足行业对复杂场景下拓展出高速信号接口的需求。

本实施例通过采用将电子计算机主板核心电路与外部接口电路分离的方式，降低了主板的面积，减小设计成本，不同功能用途的设备可以自由搭配核心主板及外部接口电路；并且采用定制PCIE拓展接口，降低了板间互联结构对高速信号完整性的破坏，满足了行业对信号质量日益严苛的要求，解决了现有技术中存在一体式主板在使用过程中存在主板面积、定制方案的限制，而模块化设计的核心主板缺少高速信号，难以满足行业对信号质量日益严苛的要求的技术问题，达到了降低主板面积，增加核心主板及外部接口电路的可定制方案，并保留高速信号，满足行业对信号质量日益严苛的需求的技术效果。

具体地，所述模块化设计的核心主板还包括Mini-pcie接口。

所述Mini-pcie接口可传输1路PCIE信号、1路USB2.0信号及1路SATA信号。

易于理解的是，由于Mini-pcie接口具有空间占用小，自带供电，安装无需其他连接线的优点，且Mini-pcie接口可传输1路PCIE信号、1路USB2.0信号及1路SATA信号，虽然传输带宽小于三个定制接口，然而市面上有许多针对Mini-pcie接口设计的拓展组件，考虑到上述问题，且其对市面上各种组件的兼容性明显好于三个定制接口，故而在核心主板上保留此接口，以加强产品的竞争力。

具体地，所述第一拓展接口通过I\/O模块、声卡模块及直连的方式与所述片上系统连接，并接收所述第一预设信号。

所述第一预设信号包括1路SMBUS信号、1路I^{2<\/sup>C信号、1路FAN信号、1路LINE OUT信号、1路MIC信号、2路GPIO信号、2路RS232\/RS485信号及4路USB2.0信号。}

需要说明的是，拓展出的信号中，2路GPIO信号、2路RS232\/RS485信号及1路FAN信号通过I\/O模块发送至第一拓展接口，其中I\/O模块通过LPC与片上系统连接；1路LINE OUT信号及1路MIC信号通过声卡模块发送至第一拓展接口，其中声卡模块通过HAD与片上系统连接；1路SMBUS信号、1路I2C信号及4路USB2.0信号通过片上系统直接发送至第一拓展接口。

具体地，所述第二拓展接口通过网卡模块、LVDS转换模块及直连的方式与所述片上系统连接；并接收所述第二预设信号其中，

所述第二预设信号包括1路LPC信号、1路千兆以太网信号、1路LVDS信号、1路USB2.0信号、2路PCIE\/USB2.0信号及1路PCIE时钟\/USB2.0信号。

值得说明的是，拓展出的信号中，1路LPC信号、1路USB2.0信号、2路PCIE\/USB2.0信号及1路PCIE时钟\/USB2.0信号通过片上系统直接发送至第二拓展接口，1路千兆以太网信号通过网卡模块发送至第二拓展接口，网卡模块通过PCIE与片上系统连接，1路LVDS信号通过LCDS转换模块发送至第二拓展接口，LVDS转换模块通过eDP与片上系统连接。

具体地，所述定制PCIE拓展接口通过阻抗平衡模块及直连的方式与所述片上系统连接，并接收所述PCIE信号及第三预设信号；其中，

所述PCIE信号及第三预设信号具体包括1路PCIE时钟信号、2路PCIE信号、2路PCIE\/USB3.0信号、2路PCIE\/SATA信号、2路DDI信号及4路USB3.0信号。

需要强调的是，定制PCIE拓展接口的信号都是由片上系统直接产生，不经过转换，直接发送至定制PCIE拓展接口的，其中2路PCIE信号、2路PCIE\/USB3.0信号、2路PCIE\/SATA信号及4路USB3.0信号，在通信过程中，易受到连接装置的电阻影响通信质量故增加阻抗平衡模块。

具体地，所述阻抗平衡模块包括AC耦合电容；其中，

所述AC耦合电容，用于在所述定制PCIE拓展接口引出PCIE信号及USB3.0信号时，平衡信号连接器造成的阻抗突变。

需要说明的是，AC耦合电容其本身具备加强通信改善噪声容限的作用，且还可以提供直流偏压和过流保护功能，然而此处利用AC耦合电容的缺点，会引起电路的阻抗变化这一点来平衡信号连接器造成的阻抗突变，达到了确保信号质量的效果。

参照图2,具体地，所述定制PCIE拓展接口，包括40*2Pin信号引脚及固定装置；其中，

所述40*2pin信号引脚，用于传输所述PCIE信号及第三预设信号；

所述固定装置，用于固定所述定制PCIE拓展接口及其连接器。

易于理解的是，为了确保信号质量，需要使用至少80pin的信号引脚，且在连接过程中，不允许发生连接不稳定的情况，故而此处的定制拓展接口伴随有固定装置。

需要说明的是，此处采用的分布方式主要是为了便于主板布线及便于连接器连接，是结合制造成本，布线难度，固定稳定性等多方面考量的结果。

具体地，所述固定装置包括安装于所述定制PCIE拓展接口上的定位铜片及安装于所述连接器上的紧固弹片；其中

所述定位铜片，用于在紧固弹片的挤压下自动对准所述连接器的中轴线；

所述紧固弹片，用于挤压定位铜片两侧，固定所述定制PCIE拓展接口及所述连接器。

易于理解的是，固定装置的设计需求需要参考定制PCIE拓展接口的接口设计，即40*2pin的分布方式，故而此处采用了通过两侧各两个固定弹片，一共4个固定弹片挤压定位铜片的方式固定PCIE拓展接口与连接器，其中，通过分布于两侧的40*2pin的拓展接口及对应的连接器，在紧固弹片的挤压下，可以将定位铜片对准连接器的中轴线，并由固定弹片夹紧定位铜片两侧，以此形成此种固定装置，保障80pin信号引脚的接触良好。

本实用新型还提出一种电子计算机，该电子计算机包括连接器、子板和模块化设计的核心主板，该模块化设计的核心主板的具体结构参照上述实施例，由于本电子计算机采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，所述电子计算机可以是工控电脑。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接\/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

设计图

一种模块化设计的核心主板及电子计算机论文和设计

一种模块化设计的核心主板及电子计算机论文和设计-吴福禄

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

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