專(zhuān)利名稱(chēng)：一種工控主板及其擴(kuò)展板、工業(yè)計(jì)算機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于線路板技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種工控主板及其擴(kuò)展板、工業(yè)計(jì)算機(jī)。
背景技術(shù)：
目前常見(jiàn)到的工控主板在設(shè)計(jì)時(shí)，不會(huì)根據(jù)使用環(huán)境是否會(huì)使用到音頻和視頻 而作電路設(shè)計(jì)的加減。而是將音頻芯片、VGA電路統(tǒng)統(tǒng)做到工控主板上，如圖1所示，其中 各標(biāo)號(hào)含義為1.功能接口連接器區(qū)域；2.中央處理器；3.北橋；4.南橋；5.音頻芯片； 6.音頻信號(hào)(從南橋傳輸?shù)揭纛l芯片)；7. VGA信號(hào)(從北橋通過(guò)VGA信號(hào)輸出濾波電路 和靜電保護(hù)電路傳輸?shù)絍GA信號(hào)輸出接口，或者通過(guò)電壓轉(zhuǎn)換電路傳輸?shù)絍GA信號(hào)輸出接 口)；8. VGA信號(hào)輸出接口 ；9.模擬音頻信號(hào)(從音頻芯片傳輸?shù)揭纛l模擬信號(hào)輸出接口)； 10.音頻模擬信號(hào)輸出接口 ；11. VGA信號(hào)輸出濾波電路、靜電保護(hù)電路；12.電壓轉(zhuǎn)換電路。 這種功能繁多的結(jié)構(gòu)使尺寸本來(lái)已經(jīng)非常小的工控主板的空間更加緊湊，不利于合理的工 控主板布局和散熱設(shè)計(jì)，也為PCB工程師的設(shè)計(jì)帶來(lái)非常大的限制，同時(shí)增加了系統(tǒng)功耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種工控主板及其擴(kuò)展板、工業(yè)計(jì)算機(jī)，旨在解決 現(xiàn)有的工控主板布局不合理、不利于散熱、系統(tǒng)功耗較高的問(wèn)題。本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種工控主板，所述工控主板上不包括音頻組件和/ 或視頻組件，所述工控主板通過(guò)一擴(kuò)展接口與包括音頻組件和/或視頻組件的外部擴(kuò)展板 連接；所述擴(kuò)展接口包括音頻功能引腳和/或視頻功能引腳。本發(fā)明實(shí)施例還提供了 一種擴(kuò)展板，所述擴(kuò)展板包括音頻組件和/或視頻組件， 所述擴(kuò)展板通過(guò)一擴(kuò)展接口與如上所述的工控主板連接，所述擴(kuò)展接口包括音頻功能引腳 和/或視頻功能引腳。本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種工業(yè)計(jì)算機(jī)，包括如上所述的工控主板。本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種工業(yè)計(jì)算機(jī)，包括如上所述的工控主板和如上所述的 擴(kuò)展板。本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)在工控主板上減少音頻/視頻組件，可以節(jié)省更多的空間 用于工控主板關(guān)鍵元器件的布局，散熱方便的同時(shí)也使信號(hào)質(zhì)量得以提高，從而提高了工 控主板系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還可降低系統(tǒng)功耗。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)提供的工控主板的布局設(shè)計(jì)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的工控主板與擴(kuò)展板的組合架構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的工控主板上的擴(kuò)展板偵測(cè)信號(hào)控制電路的結(jié)構(gòu)原理 圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明實(shí)施例中，考慮到現(xiàn)實(shí)工控應(yīng)用環(huán)境中對(duì)音頻和VGA的要求并不高，甚至 沒(méi)有要求，于是為了在越來(lái)越小的嵌入式工控主板上板載更多實(shí)用的功能及接口，提出將 音頻組件和/或視頻組件進(jìn)行選擇性擴(kuò)展，將音頻組件和/或視頻組件外置于一擴(kuò)展板上， 用戶可根據(jù)自身需求確定選購(gòu)或不選購(gòu)擴(kuò)展板，使得設(shè)計(jì)和運(yùn)用更加靈活多變。圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的工控主板與擴(kuò)展板的組合架構(gòu)，為了便于描述， 僅示出了與本實(shí)施例相關(guān)的部分。參照?qǐng)D2，工控主板可包括與外部設(shè)備連接的功能接口連接器區(qū)域1、中央處理器 2、北橋3、南橋4等組件，但并不包括音頻組件或視頻組件，或只包括音頻組件與視頻組件 中的一個(gè)?？梢岳斫獾氖牵谄渌麑?shí)施例中，北橋3可以集成到中央處理器2中，或者北橋3 和南橋4都集成到中央處理器2中。工控主板與擴(kuò)展板信號(hào)定義相同的引腳對(duì)應(yīng)連接，可 采用板對(duì)板的連接器或金手指方式連接，也可通過(guò)線材連接，例如圖2示出的在擴(kuò)展板與 工控主板上均設(shè)置擴(kuò)展接口 13，兩個(gè)擴(kuò)展接口之間通過(guò)擴(kuò)展總線連接。擴(kuò)展板包括有音頻 組件和/或視頻組件，音頻組件諸如音頻芯片5、音頻模擬信號(hào)輸出接口 10，工控主板上的 南橋4輸出的音頻信號(hào)6通過(guò)擴(kuò)展總線接口 13傳輸?shù)揭纛l芯片5，音頻芯片5處理后的模 擬音頻信號(hào)9再傳輸至音頻模擬信號(hào)輸出接口 10 ；視頻組件諸如VGA信號(hào)功能組件等，VGA 信號(hào)功能組件包括VGA信號(hào)濾波電路、VGA信號(hào)靜電保護(hù)電路11、電壓轉(zhuǎn)換電路12、VGA信 號(hào)輸出接口 8，工控主板上的北橋3輸出的VGA信號(hào)7通過(guò)擴(kuò)展總線接口 13、電壓轉(zhuǎn)換電路 12傳輸?shù)絍GA信號(hào)輸出接口 8 (例如，VGA垂直方向同步控制信號(hào)引腳需要通過(guò)電壓轉(zhuǎn)換電 路12處理后再傳輸?shù)絍GA信號(hào)輸出接口 8)，或VGA信號(hào)7通過(guò)擴(kuò)展總線接口 13、VGA信號(hào) 濾波電路、VGA信號(hào)靜電保護(hù)電路11處理后傳輸?shù)絍GA信號(hào)輸出接口 8。擴(kuò)展總線包括有音頻功能引腳和/或視頻功能引腳，其中，音頻功能引腳包括音 頻時(shí)鐘信號(hào)引腳、音頻數(shù)據(jù)輸入信號(hào)引腳、音頻數(shù)據(jù)輸出信號(hào)引腳、音頻同步控制信號(hào)引 腳、音頻芯片復(fù)位信號(hào)引腳、電源信號(hào)引腳、零電位信號(hào)引腳中的一種或多種；視頻功能引 腳包括VGA信號(hào)引腳，如VGA三原色信號(hào)弓I腳、VGA垂直方向同步控制信號(hào)引腳、VGA水平方 向同步控制信號(hào)引腳、VGA顯示通路數(shù)據(jù)信號(hào)引腳、VGA時(shí)鐘信號(hào)引腳、電源信號(hào)引腳、零電 位信號(hào)引腳中的一種或多種。各個(gè)引腳的信號(hào)流向如下音頻時(shí)鐘信號(hào)引腳，工控主板——擴(kuò)展板；音頻數(shù)據(jù)輸入信號(hào)引腳，擴(kuò)展板——工控主板；音頻數(shù)據(jù)輸出信號(hào)引腳，工控主板——擴(kuò)展板；音頻同步控制信號(hào)引腳，工控主板——擴(kuò)展板；音頻芯片復(fù)位信號(hào)引腳，工控主板——擴(kuò)展板；VGA三原色信號(hào)引腳，工控主板——擴(kuò)展板；VGA垂直方向同步控制信號(hào)引腳，工控主板——擴(kuò)展板；VGA水平方向同步控制信號(hào)引腳，工控主板——擴(kuò)展板；VGA顯示通路數(shù)據(jù)信號(hào)引腳，工控主板——擴(kuò)展板；
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VGA時(shí)鐘信號(hào)引腳，工控主板——擴(kuò)展板；電源信號(hào)引腳，工控主板——擴(kuò)展板。可以理解的是，視頻組件還可以包括LVDS信號(hào)的相關(guān)電路，LVDS信號(hào)引腳包括 LVDS供電信號(hào)引腳，LVDS差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)引腳，LVDS差分時(shí)鐘信號(hào)引腳，IXD EDID信號(hào)引腳 (EDID是國(guó)際視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)VESA制定的，用以讀取顯示器相關(guān)信息的數(shù)據(jù)信號(hào))、零電 位信號(hào)引腳中的一種或多種。在本實(shí)施例中，僅以視頻信號(hào)中的VGA信號(hào)為例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō) 明。另外，為實(shí)現(xiàn)工控主板的低功耗、高穩(wěn)定性等特性，設(shè)計(jì)時(shí)在視頻功能引腳中特別 加入了擴(kuò)展板偵測(cè)信號(hào)引腳。該信號(hào)定義為低電平有效，從擴(kuò)展板輸出，輸入工控主板控 制信號(hào)發(fā)生器的IO信號(hào)控制引腳。此信號(hào)在擴(kuò)展板上通過(guò)小阻值電阻或?qū)ㄩ]合開(kāi)關(guān)連 接到擴(kuò)展板零電位GND，而擴(kuò)展板零電位GND是通過(guò)擴(kuò)展總線同工控主板零電位GND相連， 那么在擴(kuò)展板連接上工控主板后，此信號(hào)必定為低電平；在工控主板上，對(duì)此信號(hào)進(jìn)行高電 平上拉處理，比如通過(guò)設(shè)計(jì)上拉電阻，使得當(dāng)擴(kuò)展板未接入時(shí)該信號(hào)為高電平無(wú)效。擴(kuò)展板偵測(cè)信號(hào)配合工控主板的控制信號(hào)發(fā)生器的IO信號(hào)控制引腳，對(duì)VGA信號(hào) 進(jìn)行控制，以達(dá)到省電，降低功耗，提高穩(wěn)定性能的目的。工控主板上相應(yīng)的控制電路如圖 3所示，控制信號(hào)發(fā)生器31與擴(kuò)展板偵測(cè)信號(hào)引腳連接，用于探測(cè)是否有擴(kuò)展板接入，控制 信號(hào)發(fā)生器31可采用MCU、CPLD、單片機(jī)、FPGA、南橋的GPIO等實(shí)現(xiàn)。顯示芯片控制器32用 于輸出VGA信號(hào)，可集成于北橋3中，也可以獨(dú)立于北橋3之外。第一信號(hào)選通IC 33和第 二信號(hào)選通IC 34均相當(dāng)于信號(hào)通路選擇開(kāi)關(guān)，其中第一信號(hào)選通IC 33的控制信號(hào)端與 控制信號(hào)發(fā)生器31連接，第一信號(hào)選通IC 33的輸入端與顯示芯片控制器32的VGA三原 色信號(hào)輸出端、VGA顯示通路數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端、VGA時(shí)鐘信號(hào)輸出端連接，第一信號(hào)選通IC 33的第一輸出端連接高電平電位端，第一信號(hào)選通IC 33的第二輸出端則與視頻功能引腳 中的VGA三原色信號(hào)引腳、VGA顯示通路數(shù)據(jù)信號(hào)引腳、VGA時(shí)鐘信號(hào)引腳連接，由控制信號(hào) 發(fā)生器31控制其輸入端與其第一輸出端、第二輸出端之間交替導(dǎo)通。第二信號(hào)選通IC的控 制信號(hào)端同樣與控制信號(hào)發(fā)生器31連接，第二信號(hào)選通IC的輸入端與顯示芯片控制器32 的VGA垂直方向同步控制信號(hào)輸出端、VGA水平方向同步控制信號(hào)輸出端、VGA時(shí)鐘信號(hào)輸 出端連接，第二信號(hào)選通IC的第一輸出端連接零電位端GND，第二信號(hào)選通IC的第二輸出 端則與視頻功能引腳中的VGA垂直方向同步控制信號(hào)引腳、VGA水平方向同步控制信號(hào)引 腳連接，由控制信號(hào)發(fā)生器31控制其輸入端與其第一輸出端、第二輸出端之間交替導(dǎo)通。擴(kuò)展板對(duì)擴(kuò)展總線上VGA信號(hào)的控制原理在擴(kuò)展板未接入的情況下，擴(kuò)展板偵測(cè)信號(hào)被置于高電平電位，此時(shí)控制信號(hào)發(fā) 生器31接收到高電平信號(hào)，發(fā)出低電平開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的有效電平在開(kāi)發(fā)時(shí) 可靈活設(shè)置，如定義為低電平有效，或者定義為高電平有效))，第一信號(hào)選通IC 33和第二 信號(hào)選通IC 34在接到低電平控制信號(hào)后，將③、①導(dǎo)通，將VGA三原色信號(hào)和VGA顯示通 路數(shù)據(jù)、時(shí)鐘信號(hào)置于高電平，將VGA垂直、水平同步控制信號(hào)置于低電平，使顯示芯片無(wú) 信號(hào)輸出，從而節(jié)能降耗，降低發(fā)熱，提高穩(wěn)定性。在擴(kuò)展板接入的情況下，擴(kuò)展板偵測(cè)信號(hào)被置于低電平電位，此時(shí)控制信號(hào)發(fā)生 器31接收到低電平信號(hào)，發(fā)出高電平開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，第一信號(hào)選通IC33和第二信號(hào)選通IC 34在接收到高電平控制信號(hào)后，將③、②導(dǎo)通，將VGA三原色信號(hào)，VGA顯示通路數(shù)據(jù)、時(shí)鐘信號(hào)，VGA垂直、水平同步控制信號(hào)從擴(kuò)展總線接口輸出。對(duì)于在不需要音頻/視頻功能的工業(yè)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用中，可單獨(dú)使用上述工控主 板，而在要求音頻/視頻功能的工業(yè)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用中，則可以結(jié)合上述擴(kuò)展板來(lái)使用。本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)在工控主板上減少音頻/視頻組件，可以節(jié)省更多的空間 用于工控主板關(guān)鍵元器件的布局，散熱方便的同時(shí)也使信號(hào)質(zhì)量得以提高，從而提高了工 控主板系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還可降低系統(tǒng)功耗。同時(shí)擴(kuò)展板偵測(cè)信號(hào)引腳的設(shè)計(jì)可以在沒(méi)有連 接擴(kuò)展板時(shí)，為工控主板進(jìn)一步帶來(lái)更低的系統(tǒng)功耗。用戶可以根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境決定 是否需要搭配擴(kuò)展板，整個(gè)組合架構(gòu)也更方便硬件升級(jí)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種工控主板，其特征在于，所述工控主板上不包括音頻組件和/或視頻組件，所述 工控主板通過(guò)一擴(kuò)展接口與包括音頻組件和/或視頻組件的外部擴(kuò)展板連接；所述擴(kuò)展接 口包括音頻功能引腳和/或視頻功能引腳。
2.如權(quán)利要求1所述的工控主板，其特征在于，所述音頻功能引腳包括音頻時(shí)鐘信號(hào) 引腳、音頻數(shù)據(jù)輸入信號(hào)引腳、音頻數(shù)據(jù)輸出信號(hào)引腳、音頻同步控制信號(hào)引腳、音頻芯片 復(fù)位信號(hào)引腳、電源信號(hào)引腳、零電位信號(hào)引腳中的一種或多種。
3.如權(quán)利要求1所述的工控主板，其特征在于，所述視頻功能引腳包括VGA信號(hào)引腳和 /或LVDS信號(hào)引腳；所述VGA信號(hào)引腳包括VGA三原色信號(hào)引腳、VGA垂直方向同步控制信號(hào)引腳、VGA水 平方向同步控制信號(hào)引腳、VGA顯示通路數(shù)據(jù)信號(hào)引腳、VGA時(shí)鐘信號(hào)引腳、電源信號(hào)引腳、 零電位信號(hào)引腳中的一種或多種；所述LVDS信號(hào)引腳包括LVDS供電信號(hào)引腳，LVDS差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)引腳，LVDS差分時(shí)鐘 信號(hào)引腳，LCD EDID信號(hào)引腳、零電位信號(hào)引腳中的一種或多種。
4.如權(quán)利要求3所述的工控主板，其特征在于，所述VGA信號(hào)引腳還包括一擴(kuò)展板偵測(cè) 信號(hào)引腳；所述工控主板包括與所述擴(kuò)展板偵測(cè)信號(hào)引腳連接的控制信號(hào)發(fā)生器；輸出VGA信號(hào)的顯示芯片控制器；第一信號(hào)選通IC，其控制信號(hào)端與所述控制信號(hào)發(fā)生器連接，其輸入端與所述顯示芯 片控制器的VGA三原色信號(hào)輸出端、VGA顯示通路數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端、VGA時(shí)鐘信號(hào)輸出端連 接，其第一輸出端連接高電平電位端，其第二輸出端則與所述視頻功能引腳中的VGA三原 色信號(hào)引腳、VGA顯示通路數(shù)據(jù)信號(hào)引腳、VGA時(shí)鐘信號(hào)引腳連接；所述控制信號(hào)發(fā)生器控 制其輸入端與其第一輸出端、第二輸出端之間交替導(dǎo)通；第二信號(hào)選通IC，其控制信號(hào)端與所述控制信號(hào)發(fā)生器連接，其輸入端與所述顯示芯 片控制器的VGA垂直方向同步控制信號(hào)輸出端、VGA水平方向同步控制信號(hào)輸出端、VGA時(shí) 鐘信號(hào)輸出端連接，其第一輸出端連接零電位端，其第二輸出端則與所述視頻功能引腳中 的VGA垂直方向同步控制信號(hào)引腳、VGA水平方向同步控制信號(hào)引腳連接；所述控制信號(hào)發(fā) 生器控制其輸入端與其第一輸出端、第二輸出端之間交替導(dǎo)通。
5.一種擴(kuò)展板，其特征在于，所述擴(kuò)展板包括音頻組件和/或視頻組件，所述擴(kuò)展板通 過(guò)一擴(kuò)展接口與權(quán)利要求1所述的工控主板連接，所述擴(kuò)展接口包括音頻功能引腳和/或 視頻功能引腳。
6.如權(quán)利要求5所述的擴(kuò)展板，其特征在于，所述音頻組件包括有音頻芯片、音頻模擬 信號(hào)輸出接口 ；所述音頻功能引腳包括音頻時(shí)鐘信號(hào)引腳、音頻數(shù)據(jù)輸入信號(hào)引腳、音頻數(shù) 據(jù)輸出信號(hào)引腳、音頻同步控制信號(hào)引腳、音頻芯片復(fù)位信號(hào)引腳、電源信號(hào)引腳、零電位 信號(hào)引腳中的一種或多種。
7.如權(quán)利要求5所述的擴(kuò)展板，其特征在于，所述視頻組件包括VGA信號(hào)功能組件和/ 或LVDS信號(hào)功能組件；所述視頻功能引腳包括VGA信號(hào)引腳和/或LVDS信號(hào)引腳；所述VGA信號(hào)功能組件包括VGA信號(hào)輸出接口、VGA信號(hào)濾波電路、VGA信號(hào)靜電保護(hù) 電路和電壓轉(zhuǎn)換電路；所述VGA信號(hào)引腳包括VGA信號(hào)引腳和/或LVDS信號(hào)引腳；VGA三 原色信號(hào)引腳、VGA垂直方向同步控制信號(hào)引腳、VGA水平方向同步控制信號(hào)引腳、VGA顯示通路數(shù)據(jù)信號(hào)引腳、VGA時(shí)鐘信號(hào)引腳、電源信號(hào)引腳、零電位信號(hào)引腳中的一種或多種；所述LVDS信號(hào)引腳包括LVDS供電信號(hào)引腳，LVDS差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)引腳，LVDS差分時(shí)鐘 信號(hào)引腳，LCD EDID信號(hào)引腳、零電位信號(hào)引腳中的一種或多種。
8.如權(quán)利要求7所述的擴(kuò)展板，其特征在于，所述VGA信號(hào)引腳還包括一擴(kuò)展板偵測(cè)信 號(hào)引腳。
9.一種工業(yè)計(jì)算機(jī)，其特征在于，包括如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的工控主板。
10.一種工業(yè)計(jì)算機(jī)，其特征在于，包括如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的工控主板和權(quán) 利要求5至8任一項(xiàng)所述的擴(kuò)展板。
全文摘要
本發(fā)明適用于線路板技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種工控主板及其擴(kuò)展板、工業(yè)計(jì)算機(jī)，所述工控主板上不包括音頻組件和/或視頻組件，所述工控主板通過(guò)一擴(kuò)展接口與包括音頻組件和/或視頻組件的外部擴(kuò)展板連接；所述擴(kuò)展接口包括音頻功能引腳和/或視頻功能引腳。本發(fā)明中，通過(guò)在工控主板上減少音頻/視頻組件，可以節(jié)省更多的空間用于工控主板關(guān)鍵元器件的布局，散熱方便的同時(shí)也使信號(hào)質(zhì)量得以提高，從而提高了工控主板系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還可降低系統(tǒng)功耗。
文檔編號(hào)G06F1/16GK102122198SQ201010042690
公開(kāi)日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者艾宇, 陳志列 申請(qǐng)人:研祥智能科技股份有限公司