小尺寸电路板模块如何进行选择

-.z小尺寸电路板与模块如何进展选择电路板由于存在广泛的形式变化，尤其是当规格说明中往往包含尺寸、重量和功耗要求时，构建还是购置电路板.这通常是一个困难的决定。大型系统通常采用PC或基于背板的系统实现，这些系统使用板级外形规格，如pactPCI、VME(VersaModuleEurocard)和虚通道穿插连接(VP*)。较小的设计应采用更紧凑的外形规格。解决方案*围可以从对供应商而言独特的外形规格到大量由不同机构发布的标准规格。PC/104联盟制定了带指令集架构(ISA)总线的传统PC/104外形规格。这个组织的最新规*包含PCIE*press等高速串行接口(参见“AnEPICTale:PC/104HitchesOnToPCIE*press〞)。同样地，微型化技术推广联盟(SFF-SIG)定义了SUMIT，全称为可堆叠统一模块接口技术(参见“SUMITBringsBigImprovementsInSmallPackages〞)。PCI工业计算机制造商协会(PICMG)不但拥有从pactPCI到AdvancedTCA的众多标准，还开发出一种名为E*press的紧凑型计算机模块外形规格标准。微型模块Gumsti*公司拥有一系列基于**仪器(TI)OMAP处理器(参见“OMAPARMedWithCorte*〞)的微型模块(参见“APackofGumsti*〞)。这些模块只有4.2mm高，带两个70引脚的AV*连接器(图1)。Gumsti*公司甚至用自己的Stagecoach产品构建了一个7节点的簇(参见“AClusterofGumsti*〞)。Stagecoach具有一个100Mbps的以太网接口，在完全配置(图2)情况下功耗不到20W。像Overo这样的小型模块通常不需要散热器，因为它们功耗非常小。有时散热器也能派上用场，就像在Digi公司的一种RabbitCore模块：MiniCoreRCM5600W上见到的那样(参见“WhatMicrocontrollerIsBest?〞)。RCM5600W拥有一个74MHz的Rabbit500016位微控制器，该控制器带128kB的片上SRAM，模块(图3)上有额外的1MBSRAM。RCM5600W还支持802.11b/gWi-Fi和802.11i平安性。其外形是一块52引脚的MiniPCIE*press卡，但模块使用自己的引脚输出，且不支持PCIE*press。采用与其它设备一样的外形规格是一种常见的方法，这使得可以复用连接器技术和本钱效率。例如，Eurotech公司的Quantum具有一个144引脚的小外形双列存储器模块(SO-DIMM)边缘连接器(图4)。这个67.6mm×50mm的模块装有一个520MHz的Marvell*ScaleP*A270处理器和64MB的SDRAM。它的功耗不到1.5W并包含许多接口，还参加了对TFT/STN/LVDS平板显示器的支持和AC’97音频控制器。LogicPD是一家工业设计公司，提供种类广泛的模块和开发工具。该公司的AM1808SOM-M1(图5)采用了TI的SitaraARMAM1808微处理器(参考“ARM9MicrosTargetIndustrialandMedicalApps〞)。与许多模块一样，AM1808SOM-M1将互连线隐藏在电路板下方。该模块还集成了大量外设和存储器，包括LCD控制器、100BaseT以太网、高达8MB的NAND闪存，以及SATA(串行高级技术)和MMC/SD(多媒体卡/存储器件)接口，所有器件都安装在一*30mm×40mm的卡上。InHandElectronics公司的Fury电路板只有手掌大小，带有一个LCD显示器(图6)。这块电路板安装有TI的达芬奇DM3730视频处理器和1GHz的SitaraAM3703ARM处理器。Fury电路板也可以不带LCD和外壳直接供货。有好几种方法可以用来提供强大的计算能力。多核和多处理器模块只是其中的一种。OpalKelly公司的*EM-3050模块是利用Spartan3FPGA(图7)实现的。该模块还使用了64MB的SDRAM、9MB的SRAM和1MB的SPI(串行外设接口)串行闪存。微型模块的这种小型集成仅仅是小试牛刀。虽然大多数供应商使用标准连接器，但针对这些微型模块的大局部外形规格对*个供应商来说都是独一无二的。一些模块可能看起来很相似，但不同的引脚输出使得它们不可互换。今后，尺寸的增大将导致母板上处理器过多。小型母板像ITO*公司基于Corei7的CP100-NRM这样的Micro-AT*和Mini-IT*设备，可支持双路DVI显示器和HDMI，是汽车和流水线(图8)上使用的紧凑型平台的理想之选。这些小型母板利用PCI和PCIE*press卡提供了扩展的优势。CP100-NRM拥有一个PCIE*press/PCI插槽以及两个千兆以太网端口、六个USB端口、四个串口等。这种母板还能够运作Corei5和CeleronP4500处理器。威盛电子(ViaTechnologies)公司的Nano-IT*和Pico-IT*也非常流行。120mm×120mm的Nano-IT*尺寸要小于Mini-IT*和Micro-AT*板，并且经常不需要使用扩展插槽。Fanless公司的Nano-IT*电路板与艾默生网络能源(EmersonNetworkPower)公司基于Atom的NIT*-300一样，主要用于机顶盒等应用。艾默生电路板实际上同时集成了一个*1PCIE*press插座和一个MiniPCIE*press插座，而且支持千兆以太网、SATA和音视频处理。尺寸较小的Pico-IT*通常单独使用，但Pico-IT*e集成了一个SUMIT连接器。AcessIO公司的Pico-IT*e数据采集模块在这种小型尺寸的根底上作了扩展，因为PC类型的PCI和PCIE*press(图9)插槽不适合这种小尺寸。PC/104是一种典型的堆叠式系统，但它只是众多可堆叠解决方案的初始方案(参考“PlayingTheBoardGame:Stack’em,Pack’em,AndRack’em〞)。PC/104电路板使用ISA总线。这种总线和连接器允许处理器板位于堆叠架构的顶部、底部或中间。这种平台支持并衍生出一系列相关的母板外形规格，如显式并行指令计算(EPIC)、EPICE*press和可扩展嵌入式板卡(EB*)，它们使用一种或多种PC/104堆栈架构的变化形式进展扩展。许多新标准的推出使一些传统外形规格也焕发出新的荣耀。WinSystems公司的EBC-Z5**是一种EB*型的母板，但它将一对SUMIT连接器改装为除了支持PC/104ISA扩展外，还能提供对PCIE*press的支持，这也是SUMIT-ISM布局(图10)的一局部。工业标准模块(ISM)实质上就是PC/104。这些可堆叠系统可以处理6个或6个以上的模块，但典型堆栈尺寸只有1.5个电路板大小，这是因为母板通常要提供所需的外设支持。拥有扩展能力通常就足够了，但许多系统还采用了大量的扩展板。USB是在机箱内越来越流行的另一种装置，可以用来连接处理器和外设。Micro/sys公司甚至还推出了一种堆叠式USB标准，叫做StackableUSB(参考“USBThinksInsideTheBo*〞)。小型版本的StackableUSB电路板尺寸只有PC/104电路板的四分之一(图11)。当然，USB扩展不必堆叠。电缆解决方案即使在机箱内部也是一种可行的选项。USB设备可以做到像Torade*公司的OAKUSB传感器(图12)那样小。这些传感器从USB电缆获取电源。尺寸再大一点就是像AcessIO公司的电路板(参考“USBModuleProvides96or48DigitalI/Os〞)。与大多数USB设备一样，它们在机箱外部同样工作得很好。AcessIO公司为大局部USB电路板提供金属外壳，以便于机箱外使用。虽然电路板之间要通过USB电缆连接，但这些电路板同样能在机箱内部堆叠起来。此外，还有大量专有的可堆叠外形规格。波士顿电机(BostonEngineering)公司的Fle*Stack就是一个微型堆叠架构的例子(参考“MakeOrBuy:ModuleMania〞)。飞思卡尔(Freescale)公司的Tower系统则是另一个例子，虽然它被严格设计为一个开发和原型创立平台(参考“WhatMicrocontrollerisBest?〞)。让我们再回到标准规格领域看看吧。模块E*press是拥有大量支持者的一种计算机模块()外形规格标准，它涵盖带有公共连接器配置的众多外形规格。事实上，PICMG已经定义了许多组合。标准E*perss电路板尺寸为125mm×95mm，而microET*e*press版本的尺寸是95mm×95mm。Kontron公司的nanoET*e*press以最小的E*press外形规格着称，尺寸为55mm×84mm(图13)。它使用了Intel公司最新的1.6GHzE6**“TunnelCreek〞Atom处理器(参见“TunnelCreekTakesANumber〞)。E6**能够很好地配合围绕PCIE*press设计的E*press。它提供四个1*PCIE*press通道，而不使用专有的前端总线。该芯片在可堆叠的PCIE*press外形规格中已经崭露头角。E*press并不是唯一的多供应商标准。像Portwell公司的PQ7-M100G这样的Qseven模块可以从许多其他供应商处获得，包括ITO*、congatecAG、Advantech和DFI(图14)。Qseven可以插入稳固的移动PCIE*press模块(M*M)连接器。边缘连接器、安装孔和冷却板连接需占70mm×70mm大小的区域。外设电路板PC/104等标准对处理器和外设使用一样的外形规格。电路板通常插入定制母板，再由母板提供与外部和其它外设的连接。在上网本和笔记本电脑中经常可以看到像Mini-PCI和Mini-PCIE*press这样的外设卡外形规格。它们通常用来提供无线通信和GPS功能。当然，它们也能在其它场合派上用场，Mini-PCI和Mini-PCIE*press连接器已经应用在许多母板上。串行外设扩展(SP*)是来自Versalogic公司的另外一种外形规格。SP*电路板通过菊花链式的SPI(图15)连接。这种连接使用标准的14引脚带状电缆，或者电路板可以插入母板上的连接头。理论上，SP*模块可以与带有SPI的任何微型规格一起使用。在实际应用中，它们通常用于Versalogic公司的单板计算机中，如EB*Sidewinder或PCI-104Wildcat。最初由DiamondSystems公司开发的FeaturePak是一种新的外设规格(参考“ModulePacksI/OFeatures〞)。DiamondSystems公司的SUMIT/FP适配器被设计用于支持FeaturePak模块(图16)。这种模块尺寸为43mm×65mm，是特别针对像PC/104和ThemisNano-ATR这类电路板而设计(参见“ShootoutAtTheVP*Corral〞)。FeaturePak可以处理高达100个I/O引脚，而且可以通过模块中常用的PCIE*press、USB或I2C接口该设备。开发板开发板不太可能用于生产系统，但它们能构建出流行的原型平台。这些开发板包括采用TI双内核OMAP3平台的BeagleBoard，这个平台带有600MHz的Corte*-A8和C64+DSP(参见“OpenSourceBitesBoard〞)，以及带有基于ARM9和C674*DSP的OMAP-L138的HawkBoard(图17)。这些开发板可以所有外设端口，如Beagleboard的HDMI显示器。一些扩展板还在不断推出。至于更紧凑的平台，开发人员可以采用恩智浦半导体(N*P)的mbed(图18)。这种售价为59美元的微型模块围绕N*P的LPC1768Corte*-M0微控制器构建，可以插入40引脚的插座(参见“Corte*-M0MCUChallenges8-And16-BitMicrosAcrossTheBoard〞)。目前市场上已提供好几种基板。如果你想找廉价货，那就试试意法半导体(STMicroelectronics)公司售价10美元的STM32Discovery套件(图1