完整的连接器设计手册_CPCI高速背板设计与仿真

引言

随着高性能计算机的发展，在许多领域对系统的带宽有着越来越高的要求。因此，为了实现高速数据传输，采用新的总线技术已经成为必然的发展趋势。2005年PICMG 提出了CPCI-E 协议，开辟了新型高速总线。CPCI-E 实质上是高速PCI-E 总线基于欧卡规格的实现，在解决高带宽问题的同时，兼具了高可靠性和坚固性，并且支持模块化和热插拔。CPCI-E系统很适合各种需要高性能、高可靠性的领域。

在CPCI-E 系统中往往采用背板实现各功能板的互连，因此背板设计的好坏直接影响系统的适用性、兼容性和可靠性。本文旨在设计一种CPCI-E背板，使其为高速CPCI-E 系统提供丰富的互连接口，并且对传统CPCI 系统具备一定兼容性。然而，高速率传输带来了以前低速率传输中可以忽略的信号完整性问题，例如信号在传输线上的反射、串扰、延迟、衰减，以及电源完整性问题等。这些问题成为影响信号质量，从而影响系统的稳定性和可靠性的因素。

1 背板原理图与布局设计

为了使此背板具备通用性，支持模块化，在设计中参照CPCI-E 协议PICMG EXP． 0 R1． 0。规范中定义了6 类插槽，如表1 所示［1］。

表1 插槽类型

表1 中XJ1 为UPM 电源连接器，可支持热插拔;XP2、XP3 为ADF 连接器，主要用于差分信号传输;XP4 为eHM 连接器，专门为PICMG EXP． 0 R1． 0 而设计; P1、P2、P3、P4、P5 为HM 连接器，广泛为CPCI系统所使用。

1． 1 背板原理图设计
根据协议定义的各类型槽的功能及特性，并综合考虑背板的可应用性，设计背板逻辑图如图1 所示。

图1 CPCI-E 背板原理图

图1 中，Type1 型插槽提供PCI-Ex16 通道，可以用于有高带宽要求的设备卡，如显示卡，此插槽也可以向下兼容PCI-Ex8 /x4 /x2 /x1 的Type1 型/Type2 型设备卡; Type2 型插槽可以支持PCI-Ex4 /x2 /x1 的Type2 型设备卡; 混合型插槽可以插接PCI-Ex1 的Type2 型设备卡， 32 位的CPCI 卡，或者含有eHM 连接器的PXI 卡; 当为混合槽插接PCIE-PCI Bridge 卡时，标准的CPCI 槽将支持传统的CPCI 设备卡。

本背板为了兼容CPCI 型设备卡，在背板中设计有标准CPCI 槽，在系统槽的P4 上定义32 位PCI 总线信号，并与CPCI 槽的P1 互连。同时，混合槽的P1也定义了32 位的PCI 总线信号，与CPCI 槽的P1 互连。总线的布线方式采用从系统槽到混合槽再到CPCI 槽的菊花链式。如果主板对外提供PCI 信号，则CPCI 槽可以支持任何6U 的32 位CPCI 功能卡。此时，混合槽的P1 不能使用，只支持Type2 型设备卡。如果CPCI 槽