專利名稱：高速系統(tǒng)中使時鐘偏移最小化和重新定時范圍最大化的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及具有很多數(shù)據(jù)和時鐘線的高速系統(tǒng)，具體說，涉及利用一個系統(tǒng)時鐘，使時鐘偏移最小化和使重新定時范圍最大化的裝置。
時鐘信號在一系統(tǒng)中為部件之間的數(shù)據(jù)傳輸提供定時和控制。雖然設計者都尋求最短的數(shù)據(jù)/時鐘線，以獲得最高的傳輸速度，但是隨著系統(tǒng)部件復雜程度的增加，使得信號路徑互連的數(shù)目和信號路徑長度也增加，進而亦使得時鐘單元的數(shù)據(jù)/時鐘線相應地加長。除降低了系統(tǒng)的速度之外，數(shù)據(jù)/時鐘線長度的增加還引起時鐘偏移的問題，并且增加了失去信號完整性的可能性。
為了降低高速系統(tǒng)中沿數(shù)據(jù)路徑的信號損失，有些技術人員已在嘗試設計較低速但為多重的數(shù)據(jù)路徑線，以便不犧性帶寬或信息吞吐量。但是，多重數(shù)據(jù)線加大了接收機方面信號損失的可能性。
另一些人試圖通過使高速數(shù)據(jù)路徑的傳播延遲而與傳輸線阻抗匹配，來減少信號線的長度。由于有許多不同的線長度，因而有許多不同的阻抗(它們必須被考慮)，這些不匹配的阻抗必然會導致畸變，所以這一技術也難以實現(xiàn)。
鑒于上述原因，需要一種能夠在保持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r使接收端的時鐘偏移最小化并使重新定時范圍最大化的裝置和方法。
本發(fā)明的目的在于提供一種用于含有數(shù)據(jù)和時鐘線的系統(tǒng)的印刷電路板設計，其能基本上消除由于現(xiàn)有技術的局限和缺陷導致的一個或多個問題。
一般而言，在設計系統(tǒng)母板時，數(shù)據(jù)線的長度應保持在9-18英寸之間，以滿足數(shù)據(jù)驅動器與接收器之間的傳播延伸。所有時鐘線的長度應基本上一致，大約為30英寸(±15％)。
所有時鐘線和數(shù)據(jù)線的驅動器和接收器都設置在與母板相接口的子板邊緣，以減小線的長度。而且驅動器和接收器的起動/保持時間都保持為最短。
所有時鐘線和數(shù)據(jù)線都設計成點對點連接，這減少了在提供一突發(fā)信號時信號的延遲。在驅動器的輸出端，所有數(shù)據(jù)線和時鐘線都帶有一內設串聯(lián)終端電阻，用以減小信號畸變。
根據(jù)本發(fā)明，為了獲得這些及其它優(yōu)點，作為舉例性及廣義上的描述，本發(fā)明提供了一個具有一個印刷電路母板和多個與其連接的印刷電路子板的系統(tǒng)，包括母板與各子板之間的數(shù)據(jù)線，它們的長度約為9英寸至18英寸，以及母板與各子板之間的時鐘線，其長度約為25.5英寸至34.5英寸。
應當理解，以上的概述及后續(xù)的詳述均為舉例性和解釋性的，旨在為權利要求書所限定的本發(fā)明提供進一步的說明。
下面結合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細描述，以便更好地理解本發(fā)明的上述和其它目的、特點及優(yōu)點。在圖中

圖1是可利用本發(fā)明工作的系統(tǒng)結構的示意圖；圖2是帶有一個母板和13個子板的系統(tǒng)的示意圖；圖3是圖2中母板的后視圖，帶有提供所示各子板用的陽連接件；圖4是根據(jù)本發(fā)明點對點時鐘線連接的分解圖；圖5是表示本發(fā)明時鐘線的電路圖；圖6A是用于本發(fā)明中6個子板的點對點數(shù)據(jù)線連接的分解圖6B是用于本發(fā)明中其它子板的點對點數(shù)據(jù)線連接的分解圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的點對點數(shù)據(jù)線連接的結構示意圖；以及圖8是本發(fā)明數(shù)據(jù)線的電路圖。
現(xiàn)在參見附圖，特別是參見圖1，其示出一個采用了本發(fā)明裝置的系統(tǒng)體系結構10的全視圖。盡管為了便于說明，本發(fā)明是以相對一個總線體系結構來描述的，但是應理解到，在使用任何高速數(shù)據(jù)系統(tǒng)，例如一些高速電信系統(tǒng)時，都能夠應用本發(fā)明的技術。
如圖所示，系統(tǒng)總線體系結構包括一條底板總線12，它分別與多個系統(tǒng)處理器單元(SPU)14a和14b、系統(tǒng)接口單元(SIU)16、系統(tǒng)交換單元(SSU)18、和系統(tǒng)時鐘單元(SCU)20相通。雖然圖1中示出多個SPU、SIU、SSU及SCU，但應理解，根據(jù)具體的系統(tǒng)結構，任意數(shù)目的各個單元，包括這些單元的單獨裝置，都可以與底板總線12相接口。
在圖示的實施例中，底板總線12支持主設備側的一個現(xiàn)用SPU14a和從屬設備側的各接口單元16、交換單元18及時鐘單元20之間的通信。備用SPU14b也以從屬模式運行。SPU中的任何一個(但只能是一個)可以被指定為主(現(xiàn)用)設備，而其它的則均被指定為從屬(備用)設備，因為對于一個系統(tǒng)，只能有一個主處理器。
下面結合一個實施例來描述本發(fā)明，在此實施例中，包括一個帶有一時鐘板39(SCU)的母板，時鐘板39含有兩個SCU30a和30b(主板/備用板)，并與13個子板相接口，如圖2所示。此13個子板由兩個SSU32和34(用于1∶1的冗余)、兩個SPU36和38、以及9個SIU21-29組成。
如圖2所示，多條50MHz時鐘線33(采用偽發(fā)射極耦合邏輯(PECL)信號)從時鐘驅動器31a和31b產生，并為各個子板接收。
此外，多條50Mbps(每秒兆比特)數(shù)據(jù)線35(晶體管-晶體管邏輯；TTL信號)將兩個SSU32及34與9個SIU21-29和兩個SPU36及38相連接。如圖所示，數(shù)據(jù)流動是雙向的。
每一時鐘驅動器31a及31b和數(shù)據(jù)驅動器37在該驅動器的直接輸出端含有一個內設的串聯(lián)終端電阻R，其值大約為47歐姆。當然應理解，此電阻值在本發(fā)明的實際應用中是可以變化的。
而且，雖然此電阻R可以設置在驅動器輸出的下游某處，但是將電阻R設置在驅動器的輸出端最好，因為這樣能夠最有效地減小信號的畸變。
圖3示出圖2中母板的后視圖，并標明了子板的連接方式。每一子板通過一個陽連接件，例如AMP Z-PACK 2mm HM連接件來連接。當然還可以采用其它一些適用和等效的連接件。
圖4示出了在時鐘單元30a及30b與各子板之間的50MHz時鐘線連接的分解圖。各子板接收來自兩個SCU30a及30b中每一個的+50MHz和-50MHz時鐘信號。相應地，每一子板支持有四條時鐘線，總信號軌跡為52線。如圖4中清楚示出的，各子板與SCU之間的時鐘線連接是點對點的連接。
圖5示出了時鐘單元30a/子板接口的電路電平圖。應當理解到，每一時鐘單元/子板連接都含有類似的電路。如圖所示，時鐘驅動器31a產生一個+50MHz和-50MHz PECL時鐘信號，該信號經過一長度約為30英寸(±15％)的時鐘線33，連接至一子板接收器51。
圖中亦示出電阻R，其值為47歐姆，耦合在驅動器31a的輸出端，以減小信號畸變。而且，驅動器和接收器都位于這些板的邊緣，以使信號路徑長度最小。如圖所示，驅動器和接收器設置在各板邊緣大約1.3-3.0cm以內。應當理解到，在本發(fā)明的實際應用中，尺寸方面的某些變化也是可能的。50MHz時鐘線的ZO是60歐姆(±15％)。
現(xiàn)在更詳細地描述本發(fā)明的數(shù)據(jù)線35。連接數(shù)據(jù)線，以交換異步傳輸模式(ATM)單元。每一ATM單元長度為53字節(jié)，由5字節(jié)的標題字段和48字節(jié)的信息字段構成。
但是，數(shù)據(jù)線也能攜帶其它一些傳統(tǒng)數(shù)據(jù)包拓撲結構(例如X.25或幀延遲)，并且通常能攜帶任何高速電信信息，比如B-ISDN(寬帶綜合服務數(shù)字網(wǎng)絡)或SONET(同步光纖網(wǎng)絡)等。
參見圖6A和6B，它們示出了SSU32及34與另外11個子板之間的雙向點對點數(shù)據(jù)線連接。如以上所討論的，這些數(shù)據(jù)線采用TTL信號。
如圖6A所示，12條數(shù)據(jù)線將SSU32及34與SPU36及38連接起來。42條數(shù)據(jù)線將各個SSU32及34與對應的SIU21-24連接起來。在圖6B中，12條數(shù)據(jù)線將各個SSU32及34與SIU28及29連接起來，而42條數(shù)據(jù)線將各個SSU32及34與對應的SIU25-27連接起來。合起來以后，圖6A和6B包含330條數(shù)據(jù)軌跡。
圖7示出從SSU32及34測量至其余11個子板，其數(shù)據(jù)線的長度大致為9-18英寸。圖8是圖6A、6B和7所示連接的電路電平圖，其中示出了對應的數(shù)據(jù)驅動器37和數(shù)據(jù)接收器47。如前面關于時鐘驅動器所作的討論一樣，電阻R(47歐姆)設置在驅動器37的輸出端，用以減小信號畸變。
如圖8所示，來自各SIU和SPU的數(shù)據(jù)信號以1∶1的冗余分別發(fā)送給各SSU。而且，由于冗余的原因，各個SSU將一數(shù)據(jù)信號發(fā)送給各自對應的SIU或SPU。如圖所示，數(shù)據(jù)線長度大約為9-18英寸，數(shù)據(jù)驅動器和接收器之間有2.4-7.0毫微秒的傳播延遲，以允許數(shù)據(jù)的重新定時而在接收器端無信號損失。50Mbps數(shù)據(jù)路徑的ZO是60歐姆(±15％)。這些子板上驅動器/接收器的建立和保持時間分別大約為1.5毫微秒和0毫微秒。
此外，如圖8所示，數(shù)據(jù)驅動器37和接收器47設置在各板邊緣的0.5-2.0英寸范圍以內。在本發(fā)明的實際應用中，實際尺寸是可以變化的。
總之，本發(fā)明具有許多的優(yōu)點。時鐘路徑利用點對點連接，使時鐘偏移和時鐘信號的畸變可減至最小。由于各時鐘路徑的長度大致相等，因而也使時鐘偏移最小。
數(shù)據(jù)線也采用點對點連接。數(shù)據(jù)線長度保持在大約9至18英寸之內，以使傳播延遲盡管減小，同時使接收器端的數(shù)據(jù)重新定時無信號損失。具有均勻長度的數(shù)據(jù)線和均勻長度的時鐘線，并以均勻方式在子板上設置驅動器/接收器，二者結合使得對時鐘偏移、圖案延遲、驅動器的傳播延遲、建立/保持時間、和時鐘上升/下降時間的影響減至最小。
此外，使得子/母板上數(shù)據(jù)/時鐘信號大約為60歐姆的均勻特性阻抗與板間連接件腳的阻抗相匹配，從而減小了由于阻抗失配引起的失真。
為了進一步減小信號畸變，在傳輸驅動器的輸出端加接了串聯(lián)電阻。另外，在50MHz時鐘的一個周期之內，在整個母板上能夠進行50Mbps的數(shù)據(jù)交換。
雖然以上是結合實施例對本發(fā)明進行了描述，但本領域的熟練技術人員應能理解到，在所附權利要求書的精神與范圍之內，還可按修改的方式實施本發(fā)明。
權利要求
1.一種具有一印刷電路母板和多個與之連接的印刷電路子板的系統(tǒng)，其特征在于包括所述母板和每一所述子板之間的數(shù)據(jù)線，其長度約為9英寸至18英寸；和所述母板和每一所述子板之間的時鐘線，其長度約為25.5英寸至34.5英寸。
2.如權利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，還包括在所述多個子板的每一個上都有驅動器和接收器，分別與所述數(shù)據(jù)線的相應端相耦合；所述驅動器和接收器設置在所述子板的一個邊緣上。
3.如權利要求2的系統(tǒng)，其特征在于，所述驅動器和接收器的建立時間和保持時間分別為約1.5毫微秒和0毫微秒。
4.如權利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，還包括多個時鐘單元，所述多個時鐘單元的每一個都具有與所述時鐘線的相應端耦合的驅動器和接收器，所述驅動器和接收器設置在所述時鐘單元的一個邊緣上。
5.如權利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，在所述母板和每一所述子板之間，所述時鐘線具有點對點的連接。
6.如權利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，在所述母板和每一所述子板之間，所述數(shù)據(jù)線具有點對點的連接。
7.如權利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，還包括在每一所述時鐘線和數(shù)據(jù)線的輸出驅動器上的一個內設串聯(lián)終端電阻。
8.如權利要求7的系統(tǒng)，其特征在于，所述電阻的阻值約為47歐姆。
9.如權利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)線和時鐘線的阻抗約為60歐姆。
10.如權利要求2的系統(tǒng)，其特征在于，所述驅動器和接收器之間的傳播延遲約為2.4至7.0毫微秒。
全文摘要
一種具有一印刷電路母板和多個與其連接的印刷電路子板的系統(tǒng)，其中母板與各子板之間的數(shù)據(jù)線和時鐘線的長度分別為9-18英寸和25.5-34.5英寸左右。各子板上的驅動器和接收器設置在與母板相通的子板的一個邊緣上。在母板與各子板之間，時鐘線和數(shù)據(jù)線是點對點連接的。在各時鐘線和數(shù)據(jù)線的輸出驅動器上，有一個內設的串聯(lián)終端電阻。
文檔編號H05K1/02GK1149238SQ96106839
公開日1997年5月7日 申請日期1996年6月4日 優(yōu)先權日1995年6月7日
發(fā)明者B·D·阿利恩, J·W·李, J·G·李, S·M·宋, G·S·李 申請人:三星電子株式會社