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标准板型推动电路板品质、功能和特点不断进步

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标准格式简化了电路板开发者的设计和规划任务,与此同时,机器制造商及其消费者从电路板产品长期的可获得性中受益。

在工业电路板、单板机(SBC)和嵌入式控制卡相关的文章中提到的术语“板型”是指这些产品的形状和物理尺寸。然而,实际中这个术语是晦涩难懂的。其它的一些术语也因可交替使用太频繁而不能准确表达电路板级产品板型的概念,这些术语包括架构、总线、引脚、格式、模块、平台、协议、规范、标准等。

工业电路板板型趋向于相对小的纵横比。专家说,保持接近于正方形的格式,最有利于减少电路板上的冲击和振动且有助于得到牢固的底架。除了指定大小以外,板型的选择还提供了一些其它的属性,它可以在应用区设置电路板的基本状态和功能。机械设计、连接器和输入输出区域同样与板型紧密结合。嵌入式控制中要对其板型中区域、功率和可靠性进行特殊考虑。

不论如何称呼它们,总之,标准板型的使用简化了开发者的工作,也给机器制造商及其消费者基于普通尺寸和属性的产品长期可获得性的一些保证。

以伞类比

根据WinSystems有限公司副总裁Robert Burckle所说,板型的一种分类方法是将其想象成一把伞,代表计算机电路板标准,该标准围绕比如外观尺寸、输入输出能力、扩展其它电路板能力、底架以及某些电特性等条目而展开。“然而,板型代表伞的尺寸。”Burckle说,“一些规范比其它一些更加详细,它描述了功率、输入输出点和扩展连接器应该放置的位置以及禁用区和其它机械问题。”

连接器和输入输出布局甚至是安装孔常常是板型中要考虑到的部分。“这样的板型规范确保不同的制造商生产的电路板产品相一致,因此将会减小附件、布线和其它系统集成带来的负担。”Burckle说,“然而,电气特性、操作、处理器和其它用到的芯片不属于‘板型’ 的定义之内。”

普通的工业计算机电路板标准有特殊的性能。Burckle解释说,“比如,VME 和 ComPACtPCI可以通过总线和底板系统进行扩展。PC/104、EPI和 EBX具有自堆放输入输出模块,因此不需要专门的机架和底板。”

嵌入式系统行业美国Kontron公司产品经理Derrick Lavado认为,嵌入式或工业系统电路板板型的普通属性里面包括输入输出点的位置、扩充插槽分布、元件高度和安装孔位置。他说,“所有这些因素对于帮助系统工程师设计复杂并且熟悉的结构都是最基本的,当技术按照摩尔定律路线近一步向前推进提供升级途径的时候,就可以缩短产品投放市场的时间。”

除了物理尺寸以外,Lavado将输入输出区域看作最值得注意的板型属性之一。例如,输入输出连接器位置对于PC/104、EBX和其它板型上的标准连接(LAN、串并行、USB和PS/2)来说是指定的。Lavado解释说,“特定区域是为输入输出集管预备的,这样额外的功能就可以在电路板中实现了。” 他同样提到元件高度限制与一些板型有关,比如PC/104就采用了可堆放扩展思想。由于输入输出模块从CPU模块开始堆放在彼此的顶部,所以最小的净空限制对于模块的堆放和整个系统的良好的散热都是必要的。

流行=长时间供应

Lavado继续说,“最流行的板型往往是那些在很小的覆盖区能够提供高性能CPU/芯片集组合。”他把PC/104放到这一类当中。“PC/104模块通过简洁的封装规格为应用提供非常复杂的装置选择。所有的输入输出都是从电路板通过导线引出,这样设计中远程输入输出位置就变得更加灵活。” 目前,典型的PC/104模块包括强大的CPU和处理器(例如Intel Pentium M 和Celeron M),据说这些模块可以提供卓越的性能和极好的低功率特性。

 

EPIC板型的尺寸介于PC/104的堆放格式和EBX的SBC格式之间的电路板中部

EPIC板型的尺寸介于PC/104的堆放格式和EBX的SBC格式之间的电路板中部

在National Instruments(NI)公司,板型指的是电路板的物理尺寸和基本特性。然而,NI公司仪器控制部硬件产品策略经理Tim Fountain建议,像导槽和连接器这样的部件仍可以包括在内。界面连接器的布置对于便利的输入输出存取来说显得非常重要。NI公司考虑到电路板产品长期的可获得性和技术支持对其系统应用至关重要,并且在此基础上将板型与电路板整体结构和标准联系起来。工业测量和控制部总经理Todd Walter说,“我们宁可使用特定的提供广阔支持的电路板标准并且在标准之内指定板型。”工业系统很看重电路板寿命和其补充产品,需要其可以连续使用很长时间。此外,Walter 解释说,NI公司针对板型提出了一个更高的平台级的观点,它将能够满足客户要求的比如冷却能力、低功率消耗、防振动能力和复合源等因素纳入其中。

公司采用不同的电路板板型,包括CompactPCI、PCI Express和其它PCI派生系列。National Instruments公司致力于使用仪器发明了一种称为PXI格式的PCI的扩充,它将定时、触发和同步信号定义和增加到PXI电路板,用来测试衡量实际应用。

WinSystems公司同时注意到了标准和长期产品可获得性等重要性问题。关键因素是将设计作为许多制板销售商认可的标准以保证供应期限。Burckle 说,“十到十五年的生命周期对于工业产品和系统来说是很正常的。”基于标准的板型同样意味着更强的元件互用性和对软件工具更大的访问量。

尺寸和应用问题

VMEbus 国际贸易组织(VITA)执行总监Ray Alderman认为,应用决定着电路板板型。VITA,一个非营利销售商/用户组织,旨在促进VMEbus相关标准和开放性计算技术。

电路板的尺寸决定着可被合并的连接器的数量和类型。如果板型非常小,就将限制可能的输入输出点的数目。然而,Alderman解释说,在较简单的应用中,比如注塑机,由于没有很多的输入输出点,所以采用小板型就能做的很好了。当应用有更多的事件驱动时,输入输出点需求随之增加,同时需要高端应用中的复杂界面,比如机器视觉或运动控制。在特殊应用总体空间约束情况下,更大的板型才能满足这些需要。

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