不斷減小電信OEM的電路板尺寸

為了跟上Internet爆炸性增長(zhǎng)和語(yǔ)音業(yè)務(wù)日益普及的發(fā)展勢(shì)頭，電信公司正在尋找新的和更好的途徑，以便將更多的設(shè)備安裝在中心電話(huà)局和布線(xiàn)室內(nèi)。在陸地、海洋上，正盡可能快地鋪設(shè)光纖，相應(yīng)地也要構(gòu)建更多的基礎(chǔ)設(shè)施，充分發(fā)揮光纖的作用。這種形勢(shì)導(dǎo)致電信OEM必須在有限的空間實(shí)現(xiàn)更多的功能。

向電信行業(yè)提供電路板級(jí)產(chǎn)品的生產(chǎn)廠正重整旗鼓，以滿(mǎn)足減小電路板尺寸和提高元件密度等各種方案，為更有效地利用機(jī)柜空間的新型系統(tǒng)提供更多的產(chǎn)品。CompactPCI單板計(jì)算機(jī)(SBC)和PC型母板(此后簡(jiǎn)稱(chēng)母板)能迅速滿(mǎn)足電信行業(yè)的特殊要求，必將有更多的用武之地。

選擇方案

電信OEM視長(zhǎng)壽命母板為企業(yè)任務(wù)的低成本解決方案。這些母板的尺寸規(guī)格與臺(tái)式PC母板相同，但設(shè)計(jì)得更為堅(jiān)固，具有5年以上的使用期。生產(chǎn)廠在制作中使用高質(zhì)量元件，為電路板質(zhì)量的可靠保證奠定了基礎(chǔ)，還可在預(yù)定時(shí)間內(nèi)連續(xù)提供電路板和元件。此外，生產(chǎn)廠在改變?cè)r(shí)會(huì)事先通知OEM，與OEM一起研究對(duì)象，確保替換的元件適合OEM的應(yīng)用。

母板雖不象Compact PCI具有固有的靈活性，但可讓OEM充分利用批量大，消費(fèi)推動(dòng)的PC市場(chǎng)逐漸形成的先進(jìn)技術(shù)特性。同時(shí)，它還可讓OEM使用可在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)流行的產(chǎn)品。為了滿(mǎn)足OEM的要求，應(yīng)仔細(xì)地選擇傳統(tǒng)的I/O組件(串，并口、視頻率接口及IDE口等）。附加和選件包括Ethernet控制器、平面顯示器接口。

CompactPCI設(shè)計(jì)成模塊化結(jié)構(gòu)的一部分，留給OEM更大的靈活性和升級(jí)能力。然而，其成本高出母版3～5倍。CompactPCI在中心電話(huà)局的使用日益增多，它有更多專(zhuān)用的選件，如密布DSP芯片陣列的子板，可完成語(yǔ)音壓縮和回波消除功能。為了增加性能，有時(shí)也使用雙處理器。

CompactPCI是按NEBS(網(wǎng)絡(luò)設(shè)備建立規(guī)范)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建的，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)，如沖擊、振動(dòng)、溫度和濕度。研發(fā)CompactPCI的本意是在靈活的，高密度的系統(tǒng)中充分利用為臺(tái)式系統(tǒng)研發(fā)的硅器件和軟件。

生產(chǎn)廠也開(kāi)始提供節(jié)省空間機(jī)箱選件。母板可放置在高度不到2″的IU機(jī)箱內(nèi)，機(jī)箱放在傳統(tǒng)的19″的機(jī)柜內(nèi)，占用的面積比常規(guī)的4Ｕ臺(tái)式機(jī)箱還小。Compact PCI系統(tǒng)占用的底部面積還不到其它系統(tǒng)的一半。

除了向OEM供應(yīng)積木塊系統(tǒng)，包括各種電路板和可集成的機(jī)箱，生產(chǎn)廠還涉足減少占用面積和提高元件密度。這些是由OEM的需求推動(dòng)的，只能OEM才能確定取舍。解決方案是在不斷發(fā)展的，系統(tǒng)的配置應(yīng)有足夠的靈活性，盡量減少系統(tǒng)的升級(jí)，使產(chǎn)品有較長(zhǎng)的使用期。追求產(chǎn)品更小是永遠(yuǎn)不變的要求。

減少尺寸的幾項(xiàng)工藝技術(shù)

隨著時(shí)間的推移，PC母板的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格已從ATX 規(guī)格減小到FLexATX規(guī)格。盡管Compact PCI 規(guī)格是固定的，減少母板尺寸的相同技術(shù)也可讓CompactPCI 板實(shí)現(xiàn)更多的功能。目的永遠(yuǎn)是提高功能和性能的空間密度。下列工程技術(shù)是生產(chǎn)廠用來(lái)提高密度所采取的幾項(xiàng)措施。

元件集成：從最底層開(kāi)始，盡可能地使元件數(shù)最小。除了采用標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)貨處理器和支持芯片組，如果價(jià)格合理，常常設(shè)計(jì)定制芯片。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)權(quán)衡定制硅器件與附加開(kāi)發(fā)成本兩者的利弊關(guān)系。

多層印制板：減少元件數(shù)后，下一個(gè)任務(wù)是盡可能密集地將它們安置在印制板上?？臻g密度受到安置連線(xiàn)的實(shí)際面積的制約。解決方案是多層印制板。考慮到成本的因素，標(biāo)準(zhǔn)母板設(shè)計(jì)是4層印制板。而CompactPCI 板極有可能是8～10層。

人工布局：節(jié)省實(shí)際面積的關(guān)鍵是高效地布放電路的印制線(xiàn)。盡管高級(jí)軟件工具有自動(dòng)布線(xiàn)功能，但沒(méi)有一種工具能超過(guò)優(yōu)秀 CAD工程師達(dá)到的布線(xiàn)密度。CAD工程師善于發(fā)現(xiàn)最佳的印制線(xiàn)路由，同時(shí)充分了解每條線(xiàn)上的信號(hào)類(lèi)型。良好的布局對(duì)電路正常工作是十分重要的。

正確使用接地面、知道如何布放傳輸線(xiàn)是信號(hào)良好隔離的必要保證。隨著處理器速度的增加和印制線(xiàn)更加密集，印制線(xiàn)本身也成為電路中的一個(gè)元件。因此，CAD工程師應(yīng)具備模擬設(shè)計(jì)技術(shù)和傳輸線(xiàn)理論的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，確保去耦是良好的，信號(hào)延時(shí)不致過(guò)長(zhǎng)。

設(shè)計(jì)難題

隨著電路板密度的增加，設(shè)計(jì)難題也隨之增加。增加元件密度導(dǎo)致下列問(wèn)題：

熱性能。由于元件是如此密集，必須在設(shè)計(jì)的早期解決好熱耗散的問(wèn)題。在母板的設(shè)計(jì)場(chǎng)合，溫度分布是利用放置在電路板各處發(fā)熱點(diǎn)上的溫度探頭求得的。軟件模擬能在設(shè)計(jì)階段的早期發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)。一般地，電路板是按55 ℃室溫設(shè)計(jì)的。在某些場(chǎng)合，生產(chǎn)廠還規(guī)定其它的附加要求，如通過(guò)電路板的氣流量，或卡間的間距，確保各個(gè)元件的溫度保持在規(guī)定的工作范圍內(nèi)。

功率。由于電路板不斷地向高密度功能發(fā)展，因此總的趨勢(shì)朝著每平方英寸有更大的功率的方向發(fā)展。當(dāng)然，在這個(gè)趨勢(shì)中也存在拉鋸效應(yīng)。一方面，隨著越來(lái)越多的元件擠塞在占有面積上，以及處理器速度的增加，兩者都要求增加功率；另一方面，新工藝技術(shù)可減少線(xiàn)寬，降低了功率要求，使功率電平得以減少。這種過(guò)程周而復(fù)始地重復(fù)著。

EMC。電磁兼容性(EMC)設(shè)計(jì)在很大程度上仍然是一門(mén)難以捉摸的藝術(shù)，需要有模擬電路理論的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)和大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。隨著性能的提高和速度的增加，隱藏著很多潛在的電磁干擾。除了電路板的合理布局外，還要特別考慮I/O連接的屏蔽，以及在安裝電路板后讓屏蔽更好地和機(jī)箱接觸。

樣口板在機(jī)箱內(nèi)進(jìn)行預(yù)掃描和相應(yīng)的電磁測(cè)量，以便盡早地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。然后再利用獨(dú)立的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室測(cè)定半成品板的性能。最后，還要對(duì)成品板進(jìn)行測(cè)試，并通過(guò)FCC與CE認(rèn)證。

設(shè)計(jì)折衷方案

生產(chǎn)廠和OEM都要考慮某些折衷方案。其中一種是質(zhì)量與成本。在多數(shù)場(chǎng)合，OEM是根據(jù)服務(wù)的市場(chǎng)來(lái)作出決定的。例如，電路板上最先失效的元件可能是電解電容。這是由于電解電容最終會(huì)隨時(shí)間而先行失效。鉭電容不存在這個(gè)問(wèn)題，但是它的從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到實(shí)際投產(chǎn)的時(shí)間較長(zhǎng)，成本更高。對(duì)目前可使用的鉭電容來(lái)說(shuō)，雖然它們是較好的選擇，但對(duì)母板的設(shè)計(jì)意義不大。當(dāng)然，在CompactPCI場(chǎng)合，成本并不重要，因而鉭電容帶來(lái)的從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到實(shí)際投產(chǎn)的時(shí)間是決定的因素。

雙方還要對(duì)性能的增、刪作出取舍。生產(chǎn)廠通常以標(biāo)準(zhǔn)定義作為開(kāi)端，盡量使設(shè)計(jì)平臺(tái)對(duì)巨大的市場(chǎng)有更大的吸引力，然后再聆聽(tīng)OEM的要求。要是客戶(hù)的要求有所不同，且具有合理成本的批量，生產(chǎn)廠則按客戶(hù)的要求來(lái)增加或刪除某些功能，最常見(jiàn)的例子有是否要設(shè)置一個(gè)或兩個(gè)Ethernet 接口，額外的串口或用戶(hù)擴(kuò)展口，如PCI Mezzanine卡。最終由用戶(hù)來(lái)決定功能的增、刪。

成功的保證

除了好的設(shè)計(jì)，生產(chǎn)廠應(yīng)采取必要的步驟來(lái)確保最終產(chǎn)品的質(zhì)量。首先，和元件供應(yīng)商建立密切的關(guān)系是極其重要的，特別是在客戶(hù)希望生產(chǎn)廠在規(guī)定年限內(nèi)供應(yīng)產(chǎn)品時(shí)。元件必須通過(guò)質(zhì)量認(rèn)證，當(dāng)供應(yīng)商將元件淘汰后，要能找到合適的替代品。良好的關(guān)系是杜絕供應(yīng)、成本、質(zhì)量種種問(wèn)題的可靠保證。

高質(zhì)量元件和保持滿(mǎn)意的供應(yīng)商名單（VAL）使生產(chǎn)廠能夠控制產(chǎn)品的元件價(jià)格和整體質(zhì)量。AVL 有任何變化時(shí)也能及時(shí)通知客戶(hù)，讓他們對(duì)產(chǎn)品的影響作出判斷。EMC問(wèn)題、軟件兼容性和性能是客戶(hù)關(guān)心的問(wèn)題，其受元件變化的影響。

測(cè)試也是個(gè)問(wèn)題。設(shè)計(jì)階段使用設(shè)計(jì)驗(yàn)證測(cè)試（DVT）。DVT小組想方設(shè)法證實(shí)第三方驅(qū)動(dòng)器（網(wǎng)絡(luò)、視頻、音頻、芯片組等）在各種操作系統(tǒng)中的可用性，操作系統(tǒng)包括：Microsoft Windows 98 、2000與 NT Sun Solaris； Linux以及商用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。

電路板本身也設(shè)計(jì)成可測(cè)試的，在布局階段充分考慮使用自動(dòng)測(cè)試裝置。在生產(chǎn)過(guò)程中，將電路板放置在“針床”上，通過(guò)測(cè)試點(diǎn)接入自動(dòng)測(cè)試裝置。診斷工具測(cè)出短路、開(kāi)路，并能測(cè)試元件參數(shù)。此外，對(duì)每塊已制作完的電路板進(jìn)行功能測(cè)試，大大降低了現(xiàn)場(chǎng)的故障率。

在環(huán)境測(cè)試中完成極限測(cè)試。在此過(guò)程中，溫度在其極限值之間循環(huán)，同時(shí)電壓也在極限值之間循環(huán)。

應(yīng)OEM的要求，CompactPCI進(jìn)行老化試驗(yàn)，但對(duì)母板，很少采用此類(lèi)試驗(yàn)。由于生產(chǎn)廠使用高質(zhì)量的元件，在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行了廣泛的測(cè)試，老化試驗(yàn)中損壞的元件數(shù)不多，不致增加額外的成本。

IPMI選項(xiàng)

生產(chǎn)廠應(yīng)讓智能平臺(tái)管理界面（IPMI）作為CompactPCI板的一個(gè)選項(xiàng)。該系統(tǒng)具有查詢(xún)系統(tǒng)中各個(gè)元件狀態(tài)的功能。它最初是為大型服務(wù)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，以便解決大型、復(fù)雜的計(jì)算機(jī)平臺(tái)管理問(wèn)題。在電路板級(jí)，它在電路板上設(shè)置了獨(dú)立于正常電路板功能的微控制器。目前，它還不是母板的一個(gè)選項(xiàng)，但未來(lái)專(zhuān)為電信市場(chǎng)設(shè)計(jì)的母板將包含此功能。

減少電路板的實(shí)際尺寸并不能完全滿(mǎn)足電信行業(yè)日益增長(zhǎng)的容量和基礎(chǔ)設(shè)施的要求，但這畢竟是良好的開(kāi)端。生產(chǎn)廠為OEM提供標(biāo)準(zhǔn)部件和選擇方案，讓他們?cè)O(shè)計(jì)出符合要求的最佳解決方案。這樣，不僅能在每平方英尺中獲得最佳的性能，而且具有系統(tǒng)升級(jí)和長(zhǎng)使用期的靈活性。