一种交换板卡的制作方法

1.本实用新型涉及电子电路技术领域，特别涉及一种交换板卡。


背景技术：

2.现有的交换板卡在硬件上，大都采用国外芯片，生产成本较高。并且，现有的交换板卡的功能集成度不高，如何提供一种成本较低且能满足功能集成的交换板卡，是当前需要解决的技术问题之一。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
4.为此，本实用新型的一个目的在于提出一种交换板卡，以解决背景技术中所提到的问题，克服现有技术中存在的不足。
5.为了实现上述目的，本实用新型的实施例提供一种交换板卡，包括：
6.dc-dc电压转换单元、第一连接器、交换控制芯片、第二连接器、flash存储器、 eeprom存储器、传感器、时钟芯片、rtc芯片、电源模块、物理层芯片、rs232接口、配置处理器，其中，
7.所述dc-dc单元的输入端与所述第一连接器的输出端连接，所述flash存储器、 eeprom存储器、传感器、时钟芯片和rtc芯片均分别与所述交换控制芯片双向连接，所述第二连接器与所述rs232接口和所述物理层芯片双向连接，所述物理层芯片进一步与所述交换控制芯片连接；所述配置处理器与eeprom存储器和所述交换控制芯片连接，
8.所述dc-dc电压转换单元包括：适用于3a以下的第一dc-dc电压转换单元、适用于3a以上的第二dc-dc电压转换单元，其中，
9.第一dc-dc电压转换单元包括：非同步降压开关稳压器、肖特基二极管、多个电容、多个电感和多个电阻，其中，所述非同步降压开关稳压器的输入端接入输入的电压信号，所述非同步降压开关稳压器的软启动控制输入端ss通过第一电容接地，所述非同步降压开关稳压器的自升压脚bs与第二电容的一端连接，所述非同步降压开关稳压器的开关控制端sw与所述第二电容的另一端连接，所述第二电容的另一端进一步与第一电感的一端连接，所述第一电感的另一端为信号输出端；所述非同步降压开关稳压器的比较器输入端comp分别与第三电容的一端和第四电容的一端连接，所述第三电容的另一端接地，所述第四电容的另一端与第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端接地，所述非同步降压开关稳压器的输出电压反馈脚fb端与第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端接地，所述非同步降压开关稳压器的开关控制端sw与所述肖特基二极管的负极连接，所述肖特基二极管的正极接地；
10.所述第二dc-dc电压转换单元包括：dc-dc转换芯片、多个电容、多个电阻，其中，所述dc-dc转换芯片的输入端节接入输入的电压信号，所述dc-dc转换芯片的旁路电容接口byp端与旁路电容的一端连接，所述旁路电容的另一端接地，所述dc-dc转换芯片的自升压
脚bs通过第五电容与第二电感的一端连接，所述第二电感的另一端通过第六电容和第三电阻与所述dc-dc转换芯片的输出电压反馈脚fb端连接，所述第二电感的另一端进一步作为信号输出端。
11.由上述任一方案优选的是，所述norflash接口和cpu接口均采用spi接口。
12.由上述任一方案优选的是，所述时钟芯片采用pll时钟。
13.由上述任一方案优选的是，还包括：看门狗复位电路，作为系统的主复位，所述看门狗复位电路的输入端与一个与门连接，所述看门狗复位电路的输出端与交换控制芯片和物理层芯片连接。
14.由上述任一方案优选的是，所述交换控制芯片的内置cpu系统的时钟采用时钟发生器实现，其中，所述时钟发生器采用pll时钟。
15.由上述任一方案优选的是，所述交换控制芯片的板卡cpu包括以下控制总线：i2c、 spi、rgmii、mdio、pcie和gpio引脚。
16.由上述任一方案优选的是，所述交换板卡的外壳上喷涂有三防漆。
17.本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
18.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
19.图1为根据本实用新型实施例的交换板卡的结构图；
20.图2为根据本实用新型实施例的交换板卡的示意图；
21.图3为根据本实用新型实施例的交换控制芯片的示意图；
22.图4为根据本实用新型实施例的时钟芯片的示意图；
23.图5为根据本实用新型实施例的配置处理器的连接关系图；
24.图6为根据本实用新型实施例的看门狗复位模块的连接关系图；
25.图7为根据本实用新型实施例的第一dc-dc单元的电路图；
26.图8为根据本实用新型实施例的第二dc-dc单元的电路图。
具体实施方式
27.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
28.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
29.如图1和图2所示，本实用新型实施例的交换板卡，包括:dc-dc电压转换单元2、第
一连接器3、交换控制芯片7、第二连接器4、flash存储器9、eeprom存储器10、传感器8、时钟芯片12、rtc芯片13、电源模块1、物理层芯片6、rs232接口5、配置处理器11。
30.具体的，dc-dc电压转换单元2的输入端与第一连接器3的输出端连接，flash存储器9、eeprom存储器10、传感器8、时钟芯片12和rtc芯片13均分别与交换控制芯片7双向连接，第二连接器4与rs232接口5和物理层芯片6双向连接，物理层芯片6进一步与交换控制芯片7连接；配置处理器11与eeprom存储器10和交换控制芯片7连接。
31.参考图5，对于配置处理器11，系统有多个i2c器件，cpu下挂了不同功能的器件，如下表1所示。
[0032][0033][0034]
表1
[0035]
在本实用新型的实施例中，交换控制芯片7的板卡cpu包括以下控制总线：i2c、 spi、rgmii、mdio、pcie和gpio引脚，i2c用作连接板卡内部的各种i2c器件；spi 用作连接板卡boot启动的spiflash；rgmii和mdio分别用作管理口phyyt8521的数据和控制；pcie用作和交换芯片进行互联，负责芯片控制和报文上报；gpio引脚用作看门狗及一些复位的基本操作。交换芯片的控制总线主要有pcie、i2c、mdio，pcie 用于和cpu进行对接；i2c用作从模式供cpu来做控制，我们这个系统只是硬件预留了该信号，实际未作使用。
[0036]
在本实用新型的实施例中，参考图3，交换控制芯片7选用ctc7132内置cpu的交换芯片，该交换芯片总交换容量是440gb，本设计单板需要支持6个百兆电口，要求自主交换芯片，所以本设计选用盛科ctc7132交换芯片，关键特性如下：l2/l3/l4层交换；最高支持48个千兆端口 8个万兆端口；内置双核1.2gcpu；高集成度。
[0037]
本实用新型采用ctc7132芯片为核心，同时提供常用的外设接口。物理层芯片6 采用裕太车通yt8618；本模块支持6个百兆端口；交换板通过背板连接器对其他槽位提供5组10m/100m以太网信号，前面板支持一个百兆rj45接口，一个db9串口，整版支持l2交换。
[0038]
本实用新型支持6个百兆电口，要求自主交换芯片，物理层芯片68端口全千兆。它支持ieee802.3，802.6u，802.3ab和802.3x协议，包括mac控制、流量控制和自动协商，交换芯片和phy直接的接口采用qsgmii模式。
[0039]
本实用新型的cpu选用盛科ctc7132内置cpu芯片。cpu双核主频最大支持1.2ghz；集成16位ddr3控制器，频率为333mhz，外挂2颗ddr3sdram,总容量为512mb*2； cpurgmii接口挂有1个千兆phy和交换芯片连接，作为管理网口，内置pcie2.0x1接口，与交换core相连，实现数据和控制的信号交互；arma53内核。
[0040]
本实用新型的外部存贮空间采用以下：
[0041]
nandflash：8gb；
[0042]
norflash：spi接口4mb；
[0043]
ddr：ddr3512mbx2。
[0044]
需要说明的是，交换控制芯片7的板卡cpu还可以包括其他类型的控制总线、引脚，在此不再赘述。
[0045]
本实用新型的物理层芯片6选用与裕太车通的yt8618实现，yt8618支持 rgmii/sgmii/qsgmii接口，介质接口支持8路千兆电口。关键特性如下：支持2路qsgmii 接口；支持4路sgmii接口；支持8路千兆电口；支持快速link/down检测。
[0046]
本实用新型的交换板卡，其交换通讯接口采用：后出线支持5路百兆电口；前出线支持1路db9rs232接口5；前出线支持1路百兆电口。
[0047]
本实用新型的交换板卡，其隔离与接地要求：本实用新型二次电源地、信号地不与结构连接。
[0048]
本实用新型的交换板卡，其接口连接器与结构要求：本实用新型与背板通过符合 at96的接插件连接。
[0049]
本实用新型的输入电压为5v，功耗小15w。板模块内部功能电路部分电源由电压转换芯片实现。dc-dc电压转换单元包括：适用于3a以下的第一dc-dc电压转换单元 (最大输出3a)、适用于3a以上的第二dc-dc电压转换单元(最大输出24a)。
[0050]
如图7所示，第一dc-dc电压转换单元包括：非同步降压开关稳压器、肖特基二极管、多个电容、多个电感和多个电阻，其中，非同步降压开关稳压器的输入端接入输入的电压信号，非同步降压开关稳压器的软启动控制输入端ss通过第一电容接地，非同步降压开关稳压器的自升压脚bs与第二电容的一端连接，非同步降压开关稳压器的开关控制端sw与第二电容的另一端连接，第二电容的另一端进一步与第一电感的一端连接，第一电感的另一端为信号输出端；非同步降压开关稳压器的比较器输入端comp 分别与第三电容的一端和第四电容的一端连接，第三电容的另一端接地，第四电容的另一端与第一电阻的一端连接，第一电阻的另一端接地，非同步降压开关稳压器的输出电压反馈脚fb端与第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端接地，非同步降压开关稳压器的开关控制端sw与肖特基二极管的负极连接，肖特基二极管的正极接地。
[0051]
在本实用新型的实施例中，非同步降压开关稳压器采用型号为sgm6132的芯片。
[0052]
如图8所示，第二dc-dc电压转换单元包括：dc-dc转换芯片、多个电容、多个电阻，其中，dc-dc转换芯片的输入端节接入输入的电压信号，dc-dc转换芯片的旁路电容接口byp端与旁路电容的一端连接，旁路电容的另一端接地，dc-dc转换芯片的自升压脚bs通过第五电容与第二电感的一端连接，第二电感的另一端通过第六电容和第三电阻与dc-dc转换芯片的输出电压反馈脚fb端连接，第二电感的另一端进一步作为信号输出端。
[0053]
在本实用新型的实施例中，第二dc-dc电压转换单元采用型号为c42201的芯片。
[0054]
在本实用新型的实施例中，时钟芯片12采用pll时钟，参考图4。
[0055]
此外，本实用新型的交换板卡还包括：看门狗复位电路，作为系统的主复位。具体的，看门狗复位电路的输入端与一个与门连接，看门狗复位电路的输出端与交换控制芯片7和物理层芯片6连接，参考图6。
[0056]
具体的，本实用新型采用看门狗复位电路作为系统的主复位，在板卡上电后，看门狗wd电路会给出一个200ms的低电平复位信号，此信号用来复位cpu和管理口phy。背板提供的sys_rst可以对本板卡进行复位操作，这个信号与看门狗的wdg_out信号进行“与”操作，然后送给看门狗的wd_mr_in，当这些个信号中的任何一个为低，均会导致板卡复位启动。
[0057]
在本实用新型的又一个实施例中，交换控制芯片7的内置cpu系统的时钟采用时钟发生器实现，其中，时钟发生器采用pll时钟。
[0058]
内置cpu系统的时钟除了对jitter要求较高的pcie的100m时钟输入部分，均是由晶体来实现的。交换系统的时钟实现方式为通过时钟发生器来产生交换芯片所需要的各路时钟。本实用新型的时钟芯片12选用国产宁波奥拉，pll时钟芯片12au5315。
[0059]
此外，本实用新型的交换板卡，其中交换板卡的外壳上喷涂有三防漆。
[0060]
本实用新型的交换板卡使用的各个元器件，为了使元器件使用中所承受的应力低于其额定值，以达到降低其失效率，提高产品可靠性，在设计时主要从电压、电流、功率和温度等方面对元器件进行降额设计。
[0061]
本实用新型的交换板卡进行了可靠性预计和分配，对模块、插件进行了自下而上的可靠性预计。对模块的功能特性进行分析，分析故障模式、影响及危害度。在设计中选取使用应用比额定值小的元器件，降低失效率，提高产品的可靠度。
[0062]
本实用新型的安全性设计如下：
[0063]
a)电源采用了过压、过流、短路保护等措施以保证安全性；
[0064]
b)按照“故障-安全”原则进行软、硬件设计，使任何危险事故仅局限于自身有限范围内而不蔓延、不扩大，可保证出现故障时仍处于安全状态，即元器件损坏不会导致接口短路，接口出现故障不会影响系统其他被测设备的使用；受控文件100％国产化交换板卡设计方案。
[0065]
c)采取的安全防护措施
[0066]
1)模块的螺钉孔，要和机壳地接地桩，保证模块受到干扰后，能够泄放；
[0067]
2)模块面板上所有对外接口的插座均有明显标识，调试电缆也有与之相对应的标识，在连接时按照标识一一对应连接，以保证对外接口连接的正确性，防止误操作引起安全事故；
[0068]
3)所有模块在调试前均需进行三防处理，原则上除需散热的大规模器件外，全部喷涂三防漆，降低酸、碱性物质的意外伤害，同时也可降低调试及维修人员的静电造成的伤害。
[0069]
本实用新型的维修性设计如下：
[0070]
a)相同规格的插件及模块具有良好的互换性和通用性；
[0071]
b)插头座设有统一编号和标记，不同类别信号尽量使用不同规格连接器，避免误插；
[0072]
c)维修用工具和仪表采用通用工具和仪表，易于配备和使用；
[0073]
d)在检查或维修任一部分时，不折卸、不移动或少折卸、少移动其他部分。
[0074]
本实用新型的电磁兼容性设计如下：
[0075]
针对系统的电磁兼容性，设计时在屏蔽、接地、布线、滤波等方面有如下措施：
[0076]
a)接地：信号地、机壳地相互分离，同时控制接地线长度，增加接地线截面积，以减
少接地阻抗；装有机壳地接地螺栓；
[0077]
b)布线：内部走线合理，电源线、信号线分开，不同频率的信号线分开，容易产生干扰的线缆和敏感信号线缆分开；
[0078]
c)时钟、高速信号采用匹配方式较小辐射，通过软件设置驱动强度来减小辐射。同时要求pcb内层走线。
[0079]
d)复位信号采用上拉处理，同时要求远离时钟和高速信号。
[0080]
e)ge电口有变压器，根据网关的测试，本电路模块能够满足re、ce、rs、受控文件100％国产化交换板卡设计方案cs和esd的测试要求。
[0081]
本实用新型的测试性设计如下：
[0082]
a)模块电源指示灯绿色常亮，表示电源供电正常；
[0083]
b)模块每个网络端口配有各自指示灯，指示工作状态；绿色亮表示工作正常。
[0084]
本实用新型的环境适应性设计如下：
[0085]
a)工作温度：-25℃～ 75℃；
[0086]
b)储存温度：-55℃～ 80℃；
[0087]
c)湿热：60℃～30℃，相对湿度：95％；
[0088]
d)振动：频率为1～16hz时，位移幅值为1mm；
[0089]
e)频率为16～60hz时，加速度赋值为10m/s2；
[0090]
f)其它：颠振、冲击、霉菌、盐雾满足技术协议要求。
[0091]
对此采取了高低温环境适应性设计，抗冲击、振动设计等。
[0092]
本实用新型的高低温环境适应性设计如下：
[0093]
a)交换模块具各种高低温特性；
[0094]
b)选择元器件时充分考虑元器件的高低温特性；
[0095]
c)交换模块进行高低温摸底试验，试验结果满足-25℃～ 55℃温度要求。
[0096]
本实用新型的抗冲击和振动设计如下：
[0097]
a)交换模块采用盖板进行加固的方式，两侧采用锁紧装置；
[0098]
b)对固定螺钉采取防松措施，一般均采用带弹簧垫圈和平垫圈的螺钉，无法加弹簧垫圈和平垫圈的螺钉加螺纹胶进行防松脱处理。
[0099]
本实用新型的交换板卡，在模块化加固网络模块成熟设计上，贯彻了通用化、系列化和组合化的设计思想。以上零件均已经批量生产，验证了其结构工艺性比较合理，目前的生产设备和操作人员可以完成对该产品的各种加工。
[0100]
变形设计要求：为了pcb/pcba的可制造性，pcb层间结构要求对称，信号层走线均匀，孤立的走线附近以及空白区域尽量普通(接地网格铜或者方块铜)，层间基材厚度至少5mil。在多插件的单板上需要采用托盘式波峰焊，依据器件的布局位置情况，将单板bottom面区分为smd区域和插件区域两种。在单板bottom面，smd区域内尽量不要有插件器件，插件区域内不允许布局有任何smd器件，且插件区域的焊盘边缘同smd区域的焊盘边缘保持至少8mm间隙(推荐值)。bottom面的器件高度小于等于2.0mm，最大器件高度不能超过2.5mm，要求用丝印框将插件区域和smd区域区分开。
[0101]
1、压接器件周边布局满足大于3mm间距要求。
[0102]
2、底面器件限高满足托盘波峰焊要求(底面禁布高度超过2.5mm器件)。
[0103]
3、用丝印标识出扣板在主板上的投影范围，扣板下器件不能超高，避免与
[0104]
扣板干涉，条码、按键开关和保险管等需要经常手工操作的器件不要布在扣板下方。
[0105]
4、加工的需要，单板的正反两面，在单板长边/短边要求预留出5mm宽度工艺边
[0106]
b面印锡－》b面贴片－》b面回流－》t面印锡－》t面贴片－》t面回流－》托盘式波峰焊－》补焊－》压接－》单板入库。
[0107]
使用cbga/pbga混装板必须密切关注以下几个方面：印制板设计(板材选用，焊盘设计，表面处理，阻焊开窗，走线，打孔)、钢网设计、印刷、回流焊温度设定、单板变形问题，另有一最关键的是cbga/bga器件的可维修性及可测试性，无论是通过软件设计，还是通过 ict测试。要能很容易将问题定位清楚，能够很好定位出故障原因。如使用ict测试边界扫描等手段将问题定位到器件管脚。对于维修更换可能性比较大的器件(如fuse等)需要考虑更换时的操作空间。
[0108]
本实用新型的交换板卡，在原有交换模块的基础上，采用成熟、先进的设计技术，并且在环境适应性设计、电磁兼容性设计、可靠性设计、维修性设计、测试性设计、安全性设计等方面做了充分考虑。交换模块的方案合理可行，性能指标符技术协议书的要求，能够满足用户实际使用需要。并且，本实用新型采用国产化模块，可以大幅降低生产成本，便于推广应用。
[0109]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0110]
本领域技术人员不难理解，本实用新型包括上述说明书的实用新型内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
[0111]
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。