基于VPX標(biāo)準(zhǔn)的3U板卡設(shè)計(jì)

王全振，全洪飛

（廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司，廣州 510663）

1 引言

VPX是VITA組織于2007年提出的新一代高速串行總線標(biāo)準(zhǔn)。VPX標(biāo)準(zhǔn)自提出以來，以其自身所具有的可擴(kuò)展性、開放性、兼容性、高可靠性、高穩(wěn)定性等特點(diǎn)，被越來越多的應(yīng)用于軍事、航空、航天等領(lǐng)域。

2 連接器介紹及信號(hào)定義

VPX標(biāo)準(zhǔn)連接器采用PCB晶片形式，串?dāng)_不大于3%，阻抗控制效果好，能充分滿足用戶高速數(shù)據(jù)傳輸需求。基于VPX標(biāo)準(zhǔn)的3U板卡有3個(gè)連接器，信號(hào)定義如下：

2.1 P0連接器

VPX標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定P0連接器必須用7行8列的左半模塊連接器，連接器晶片有3片電源晶片、3片混合信號(hào)晶片、2片差分信號(hào)晶片。連接器共有6組電源、4對(duì)差分、16個(gè)單端、11個(gè)地管腳。信號(hào)描述如下：

VS[3：1]：3路主電源輸入。3U板卡條件下VS1電壓為12V，VS2電壓為3.3V，VS3電壓為5V，其中VS2和VS3為可選。

+/-12V_AUX和3.3V_AUX：輔助電源輸入，其中3.3V_AUX專門用于系統(tǒng)IPMB功能，限流1A。GA[4：0]*/GAP*：物理地址，用于區(qū)分不同插入模塊槽位號(hào)。從前插板向背板看去，P0連接器朝上，最左邊的槽位號(hào)為1。地址管腳GA[4：0]/GAP中數(shù)字1的個(gè)數(shù)應(yīng)為奇數(shù)，GAP為奇校驗(yàn)位。板卡上此類信號(hào)上拉，背板上做下拉或懸空處理，規(guī)定各個(gè)槽位的地址。

SM[3：0]：兩路I2C信號(hào)，實(shí)現(xiàn)智能平臺(tái)管理IPMI功能。

RES_BUS+/-：參考總線。REF_CLK+/-：由控制板提供的25MHz系統(tǒng)同步參考時(shí)鐘信號(hào)，如果系統(tǒng)沒有該需要，控制板可以不提供。該時(shí)鐘電平為M-LVDS。

SYSRESET*：系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)，當(dāng)該信號(hào)變低時(shí)，各板卡需要將自己進(jìn)行復(fù)位。

NVMRO：內(nèi)存只讀，可選信號(hào)。

TCK，TMS，TRST*，TDI，TDO：JTAG調(diào)試信號(hào)。

2.2 P1連接器

VPX標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定P1連接器必須用7行16列的中間模塊連接器，連接器的晶片一半是混合信號(hào)，一半是差分信號(hào)。該連接器共有32對(duì)差分、8個(gè)單端、40個(gè)地管腳。描述如下：

P1-DP[31：0]：共32對(duì)差分信號(hào)。

P1-RES_BUS_SE：參考總線選擇，預(yù)留功能。

P1-VBAT：背板上放置的電池，電壓為2.55V～3.5V，每塊背板最多使用1mA電流。

P1-REF_CLK_SE：參考時(shí)鐘選擇。

P1-SE[7：4]：用戶自定義的單端信號(hào)。

SYS_CON*：控制板標(biāo)志信號(hào)?？刂瓢逅诘牟畚唬嘲迳显撔盘?hào)接地。非控制板所在的槽位，背板上該信號(hào)懸空。所有板卡上該信號(hào)需要接10k上拉電阻。

2.3 P2連接器

VPX標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定P2連接器型號(hào)，晶片即可以是單端信號(hào)晶片、差分信號(hào)晶片，也可以是混合信號(hào)晶片，具體類型由用戶根據(jù)具體情況靈活使用。

2.4 導(dǎo)套和導(dǎo)銷

VITA46標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了5種不同角度的導(dǎo)銷安裝在背板上用于防止板卡誤插，角度分別為0°、45°、90°、270°和315°。規(guī)定了6種不同型號(hào)的導(dǎo)套安裝在插入板上，除了導(dǎo)銷對(duì)應(yīng)的5種角度外還有一個(gè)可變角度的型號(hào)，可以根據(jù)需要調(diào)整成不同的角度。在3U板卡中，共有2組導(dǎo)套和導(dǎo)銷，共有25種不同的組合方式。

3 插頭和插座晶片的管腳對(duì)應(yīng)關(guān)系

VPX連接器差分信號(hào)要求在6.25Gbps高速信號(hào)下，串?dāng)_小于3%，為了降低差分相鄰的差分信號(hào)之間的串?dāng)_，插座增加兩個(gè)GND以加大相鄰信號(hào)耦合距離。如圖1，左圖為P2連接器（插頭）第1到第5行的管腳，右圖為對(duì)應(yīng)的背板連接器（插座）管腳，圖中白色管腳為GND，黑色管腳為信號(hào)。左圖E1管腳與E2管腳兩個(gè)信號(hào)耦合距離較近，存在串?dāng)_。如右圖，通過在連接器上增加GND信號(hào)，錯(cuò)開了上述兩信號(hào)，加大耦合距離，大大降低了串?dāng)_。連接器晶片共分四種類型，分別為電源晶片、單端信號(hào)晶片、混合信號(hào)晶片、差分信號(hào)晶片。

圖1 插頭和插座地管腳分布

4 連接器選型

3U板卡連接器以中航光電產(chǎn)品為例。P1和P2，J0和RJ2，J1和RJ1采用相同的連接器型號(hào)。VPX已規(guī)定P0連接器為左模塊，P1連接器為中間模塊?？傮w設(shè)計(jì)時(shí)可將P2連接器選擇與P1一樣型號(hào)，減少連接器種類。

5 結(jié)束語

本文主要介紹了VPX基本知識(shí)及其3U板卡的信號(hào)定義，并以中航光電為例列舉連接器型號(hào)。VPX應(yīng)用方向是高可靠的軍工、航空、航天等領(lǐng)域，隨著國(guó)內(nèi)技術(shù)進(jìn)步以及應(yīng)用市場(chǎng)擴(kuò)大，VPX技術(shù)會(huì)必將有更大的應(yīng)用空間及市場(chǎng)前景。

[1] 向巍，李牧.基于OpenVPX的寬帶交換平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2015，28：43-45.

[2] 朱紅育.IPMI在VPX系統(tǒng)中的應(yīng)用與設(shè)計(jì)[J].火控雷達(dá)技術(shù)，2013，166：65-69.