皮秒级高精度定时同步高速互联背板制造技术

本发明专利技术涉及皮秒级高精度定时同步高速互联背板，提供嵌入式计算机与外设功能模块间的告诉互联互通和定时触发功能；其特征在于：其包括XMC背板、基于XMC标准的PCI‑E Switch芯片与定时触发时钟以及COMe主控制器；XMC背板采用XMC标准的主板为载体，其上有定时触发总线，并在XMC背板上有10MHz、100MHz和软件定义频率的参考时钟系统和/或星形触发总线系统；PCIE Switch芯片，搭载有PCI Express通道以及X4接口，X4接口采用X4 PCIe标准并转换至XMC接口；本发明专利技术设计合理、结构紧凑且使用方便。

【技术实现步骤摘要】
皮秒级高精度定时同步高速互联背板
本专利技术涉及皮秒级高精度定时同步高速互联背板。
技术介绍
在大型通讯设备中，一般有很多独立的PCB单板组成复杂的系统，这些独立的PCB单板之间需要互联互通，一般通过PCB背板来实现，随着设备的越来越复杂，一个插箱前后都有PCB单板的情况很多，随着高速连接器的使用，背板对信号传输速率也越来越高，这样PCB背板上互联的线路越来越多，PCB背板的层数也越来越多，厚度也越来越厚，但是目前受加工工艺限制，PCB背板厚度(目前最大厚度为8mm)及布线层数(目前最多42层)也受到一定限制，而且随着PCB层数的增加，加工成本增加很大；在复杂的背板系统中，一块背板已经不能满足布线需要。高速背板为实现较好的电磁兼容性设计，使得印制板在正常工作时能满足电磁兼容和敏感度标准。正确的堆叠有助于屏蔽和抑制EMI。多层印制板的电磁兼容分析可以基于克希霍夫定律和法拉第电磁感应定律。高精度定时与同步背板采用模块化设计，支持同类型设备互操作；内置高性能XCKU085FPGA，可实现大规模复杂性实时信号处理功能；支持多设备协同工作，支持数量达5套。COMExpress是国际工业电气协会(PICMG)定义的计算机模块标准。XMC标准是武汉新芯集成电路制造有限公司的标准。COMe控制器，即是一款多功能COMe载板，支持标准Tpye6型COMe,可提供4路网口，4路串口，以及VGA、DIV、LVDS等多种接口；另外，提供3路同步采集，其中前两路ADC可配置为异步采集，每路可最多配置为8通道，所有通道均为差分输入，16位ADC；4路模拟量独立输出，16位DAC；32路通用I/O口；6路多功能计数器；两组完全隔离CAN总线，可广泛应用于各种测控系统中。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题总的来说是提供一种皮秒级高精度定时同步高速互联背板。为解决上述问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种皮秒级高精度定时同步高速互联背板，提供嵌入式计算机与外设功能模块间的告诉互联互通和定时触发功能；其包括XMC背板、基于XMC标准的PCI-ESwitch芯片与定时触发时钟以及COMe主控制器；XMC背板采用XMC标准的主板为载体，其上有定时触发总线，并在XMC背板上有10MHz、100MHz和软件定义频率的参考时钟系统和/或星形触发总线系统；PCIESwitch芯片，搭载有X8Gen3xlPCIExpress通道以及X4接口，X4接口采用X4PCIe标准并转换至XMC接口；X8Gen3xlPCIExpress通道连接COMe主控制器的COMe载板，COMe载板连接COMExpress模块，并为COMExpress模块支持的总线提供外部接口；XMC背板上的XMC接口配置支持XMC标准的功能板卡；定时触发时钟，内部含有高精度板载时钟源，通过低抖动和等长设计提供高精度内部时钟源；定时触发时钟，搭载有CLKin/out接口，TRIGGER触发器接口；CLKin/out接口接外置参考时钟输入源，外置参考时钟输入源提供给定时触发时钟更高精度的定时时钟源；外置PFI接口，用于接收外部触发信号，通过其内置等长触发路由TRIGGER触发器接口经X4PCIE转XMC总线为XMC功能板卡提供给定时触发时钟高精度触发功能；内置TCLK机制，结合定时触发时钟的时钟路由总线和触发路由总线为高精度应用的不同功能模块提供高精度定时功能；COMe主控制器与XMC背板之间的连接采用Type6模块系列接口；COMe控制器，包括COMeA-B连接器与COMeC-D连接器；COMeC-D连接器引出的PCIEGEN3信号通过PCIeSwitch芯片扩展到XMC模块。作为上述技术方案的进一步改进：直接从COMeA-B连接器引出LAN信号接到RJ45；Type6模块支持1个VGA，直接从COMeA-B连接器引出VGA信号接到VGA接口；Type6模块支持8个USB2.0Port，直接从COMeA-B连接器引出4组USB2.0信号到USB2.0接口，中间经过CMC以及ESD防护器件；Type6的模块支持4个USB3.0Port，直接从COMeC-D连接器引出2组USB3.0信号到USB3.0接口，为了兼容USB2.0，从COMeA-B连接器引出两组USB2.0信号接到这两个USB3.0接口；从COMeA-B连接器引出LPC信号，通过一颗superIO芯片转成串口信号，再连接到串口接口。XMC背板的定时与触发单元分对内和对外两部分：对外，定时与触发单元接收外部参考时钟、10MHz、100MHz同步时钟、触发输入信号，以实现与外部设备间的同步，同时，对外输出参考时钟、10MHz同步时钟、100MHz同步时钟、触发输出信号以供第三方设备使用，无论是输入功能还是输出功能都是为了在兼顾通用性的基础上与第三方设备实现高精度的定时与同步功能；对内，定时与触发单元通过COME主控制器的配置为各功能板卡提供灵活可用的时钟源和同步触发信号，定时与触发单元与各功能板卡间的定时与触发总线采用星形结构进行互联，在不需要与外部设备互联而构成独立系统时，定时与触发单元为各功能设备提供专用的时钟及触发信号，在需要更高精度时钟时，通过接入外部高精度时钟信号为各功能设备提供高精度的时钟参考和时钟源。并等待PD时间管理模块向定时与触发单元发送；COME主控制器作为配置中心，包括PD时间管理模块以及分频器；PD时间管理模块，调度与管理100MHzTCVCXO有源晶体振荡电路向ClockBuffer前置时钟缓冲器的输入；OCXO恒温晶体振荡器，输出端与ClockBuffer前置时钟缓冲器输入端通讯连接；ClockBuffer前置时钟缓冲器，实现输入时间同步；其输出端分别与分频器的输入端、第二DFFD触发器的C端、第三DFFD触发器的C端通讯连接；分频器，将不同频率的时钟信号区分开来，并分别给于放大，放大信号分别反馈到PD时间管理模块，同时输出10MHz给第一DFFD触发器的D端、以及第二DFFD触发器的D端；第一DFFD触发器的Q端触发ClockBuffer第一时钟缓冲器，ClockBuffer第一时钟缓冲器分别输出XMC-10M+/-到对应的外接插槽或主板上以及输出Ref100MOUT100MHz参考时钟信号；第二DFFD触发器的Q端触发ClockBuffer第二时钟缓冲器，ClockBuffer第二时钟缓冲器分别输出PXI-10M信号到对应的外接插槽或主板上；触发输出信号通过SYNC100模块输出LVDS(Low-VoltageDifferentialSignaling)低电压差分信号到第三DFFD触发器的D端，第三DFFD触发器的Q端触发ClockBuffer第三时钟缓冲器，ClockBuffer第三时钟缓冲器输出PXI-SYNC100+/-×4到对应的插槽中；ClockBuffer前置时钟缓冲器输出PXIE-100M+/-×5到对应的外接插本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种皮秒级高精度定时同步高速互联背板，提供嵌入式计算机与外设功能模块间的告诉互联互通和定时触发功能；其特征在于：其包括XMC背板、基于XMC标准的PCI-E Switch芯片与定时触发时钟以及COMe主控制器；/nXMC背板采用XMC标准的主板为载体，其上有定时触发总线，并在XMC背板上有10MHz、100MHz和软件定义频率的参考时钟系统和/或星形触发总线系统；/nPCIE Switch芯片，搭载有PCI Express通道以及X4接口，X4接口采用X4PCIe标准并转换至XMC接口；/nPCI Express通道连接COMe主控制器的COMe载板，COMe载板连接COM Express模块，并为COM Express模块支持的总线提供外部接口；/nXMC背板上的XMC接口配置支持XMC标准的功能板卡；/n定时触发时钟，内部含有高精度板载时钟源，通过低抖动和等长设计提供高精度内部时钟源；定时触发时钟，搭载有CLK in/out接口，TRIGGER触发器接口；CLK in/out接口接外置参考时钟输入源，外置参考时钟输入源提供给定时触发时钟更高精度的定时时钟源；外置PFI接口，用于接收外部触发信号，通过其内置等长触发路由TRIGGER触发器接口经X4PCIe转XMC总线为XMC功能板卡提供给定时触发时钟高精度触发功能；内置TCLK机制，结合定时触发时钟的时钟路由总线和触发路由总线为高精度应用的不同功能模块提供高精度定时功能；/nCOMe主控制器与XMC背板之间的连接采用Type6模块系列接口；/nCOMe控制器，包括COMe A-B连接器与COMe C-D连接器；/nCOMe C-D连接器引出的PCIE信号通过PCIe Switch芯片扩展到XMC模块。/nType6模块支持SATA Port从COMe A-B连接器引出的SATA信号直接连接到mSATA连接器；Type6模块支持RJ45，直接从COMe A-B连接器引出LAN信号接到RJ45；Type6模块支持VGA，直接从COMe A-B连接器引出VGA信号接到VGA接口；Type6模块支持USB2.0 Port，直接从COMe A-B连接器引出USB2.0信号到USB2.0接口，中间经过CMC以及ESD防护器件；Type6的模块支持USB3.0 Port，直接从COMe C-D连接器引出USB3.0信号到USB3.0接口，从COMeA-B连接器引出USB2.0信号接到USB3.0接口；从COMe A-B连接器引出LPC信号，通过一颗superIO芯片转成串口信号，再连接到串口接口。/n...

【技术特征摘要】
1.一种皮秒级高精度定时同步高速互联背板，提供嵌入式计算机与外设功能模块间的告诉互联互通和定时触发功能；其特征在于：其包括XMC背板、基于XMC标准的PCI-ESwitch芯片与定时触发时钟以及COMe主控制器；
XMC背板采用XMC标准的主板为载体，其上有定时触发总线，并在XMC背板上有10MHz、100MHz和软件定义频率的参考时钟系统和/或星形触发总线系统；
PCIESwitch芯片，搭载有PCIExpress通道以及X4接口，X4接口采用X4PCIe标准并转换至XMC接口；
PCIExpress通道连接COMe主控制器的COMe载板，COMe载板连接COMExpress模块，并为COMExpress模块支持的总线提供外部接口；
XMC背板上的XMC接口配置支持XMC标准的功能板卡；
定时触发时钟，内部含有高精度板载时钟源，通过低抖动和等长设计提供高精度内部时钟源；定时触发时钟，搭载有CLKin/out接口，TRIGGER触发器接口；CLKin/out接口接外置参考时钟输入源，外置参考时钟输入源提供给定时触发时钟更高精度的定时时钟源；外置PFI接口，用于接收外部触发信号，通过其内置等长触发路由TRIGGER触发器接口经X4PCIe转XMC总线为XMC功能板卡提供给定时触发时钟高精度触发功能；内置TCLK机制，结合定时触发时钟的时钟路由总线和触发路由总线为高精度应用的不同功能模块提供高精度定时功能；
COMe主控制器与XMC背板之间的连接采用Type6模块系列接口；
COMe控制器，包括COMeA-B连接器与COMeC-D连接器；
COMeC-D连接器引出的PCIE信号通过PCIeSwitch芯片扩展到XMC模块。
Type6模块支持SATAPort从COMeA-B连接器引出的SATA信号直接连接到mSATA连接器；Type6模块支持RJ45，直接从COMeA-B连接器引出LAN信号接到RJ45；Type6模块支持VGA，直接从COMeA-B连接器引出VGA信号接到VGA接口；Type6模块支持USB2.0Port，直接从COMeA-B连接器引出USB2.0信号到USB2.0接口，中间经过CMC以及ESD防护器件；Type6的模块支持USB3.0Port，直接从COMeC-D连接器引出USB3.0信号到USB3.0接口，从COMeA-B连接器引出USB2.0信号接到USB3.0接口；从COMeA-B连接器引出LPC信号，通过一颗superIO芯片转成串口信号，再连接到串口接口。


2.根据权利要求1所述的皮秒级高精度定时同步高速互联背板，其特征在于:XMC背板的定时与触发单元分对内和对外两部分：
对外，定时与触发单元接收外部参考时钟、10MHz、100MHz同步时钟、触发输入信号，以实现与外部设备间的同步，同时，对外输出参考时钟、10MHz同步时钟、100MHz同步时钟、触发输出信号以供第三方设备使用，无论是输入功能还是输出功能都是为了在兼顾通用性的基础上与第三方设备实现高精度的定时与同步功能；
对内，定时...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宝鹏，彭志刚，辛超平，丁友宝，孙永林，余国华，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军航空大学青岛校区，北京中科世行测控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37