一种支持多功能槽的大功耗VPX背板及其设计方法与流程

一种支持多功能槽的大功耗vpx背板及其设计方法
技术领域
1.本发明涉及背板技术领域，尤其涉及一种支持多功能槽的大功耗vpx背板及其设计方法。


背景技术：

2.vpx总线是vita(vme international trade association)于2007年提出的新一代高速串行总线标准，vpx总线的基本规范、机械结构和总线信号等具体内容均在ansi/vita46系列技术规范中定义。vpx总线引入了目前最新串行总线技术，例如rapidio、pci-express和万兆以太网等，支持更高的背板带宽。随着科学技术的蓬勃发展，高速信息化时代到来，日益增长的密集信号数据量对处理系统的处理能力提出了更高的要求，单位体积、单位功耗均需要更大的处理能力。单处理器架构计算平台的处理性能往往难以满足实际应用需求，在处理系统中增加处理器的数目可以更好地满足大规模计算的性能要求，因此多处理器计算平台已经成为高性能计算领域一种新的解决方案。
3.但是多处理器的功耗较大，能支持的功耗成为vpx背板设计的瓶颈，现有技术中多槽位vpx背板中单个槽位支持的功耗小，整机支持的功耗低，在机箱有限空间内无法支持大数量的高功耗模块集成设计。


技术实现要素：

4.(一)要解决的技术问题
5.基于上述问题，本发明提供一种支持多功能槽的大功耗vpx背板及其设计方法，解决多处理器的vpx背板难以支持大功耗的问题，使得在有限的机箱空间内，支持更多的处理器，增强单位机箱的性能。
6.(二)技术方案
7.基于上述的技术问题，本发明提供一种支持多功能槽的大功耗vpx背板的设计方法，包括以下步骤：
8.s1、根据需要设定电源槽个数m和功能槽个数n，插入电源槽的电源模块的功率和电流，设定各电源槽并联后连接并联的各功能槽的连接关系，得到需要满足的通往功能槽的电源通路的过电流能力i0，主电流通路的过电流能力i0；所述vpx背板具有14层，包括两层电源层和一层底层；
9.s2、基于vita46标准均匀布置电源槽和功能槽的位置，得到每相邻的两个功能槽的间距、相邻的一个功能槽和一个电源槽的间距，每个功能槽的靠近电源槽的一侧在所述电源层覆铜，用于对应的功能槽的电源通路；计算功能槽的电源通路的过电流，判断是否大于等于i0，若是，则进入下一步，否则返回步骤s1重新设定；
10.s3、将每个功能槽的中间连接器槽位空置并在所述电源层和底层覆铜，所述电源层和底层通过pcb板的过孔连接，用于电源主通路，计算电源主通路的过电流，判断是否大于等于i0，若是，则进入步骤s5，否则，进入下一步；
11.s4、将所述i0减去所述电源主通路的过电流，得到电流差，选择过电流能力大于等于所述电流差、且尺寸不超过所述电源主通路的范围的铜排，在所述vpx背板的背面对应电源主通路的位置焊接所述铜排在底层上；
12.s5、设计完成得到完整的vpx背板：所述vpx背板为包括m个电源槽和n个功能槽的pcb板，所述pcb板具有14层，包括两层电源层和一层底层；各电源槽和功能槽基于vita46标准均匀布置，每个功能槽的靠近电源槽的一侧在电源层覆铜，用于对应的功能槽的电源通路，每个功能槽包括7个vpx连接器槽位，其中间的连接器槽位均空置并在电源层、底层覆铜，且所述电源层和底层通过pcb板的过孔连接，用于电源主通路，各电源槽并联后经所述电源主通路，再经所述功能槽的电源通路连接并联的各功能槽；所述vpx背板的主通路背面焊接一根铜排在底层上。
13.进一步的，步骤s2中，所述功能槽的电源通路的过电流为两个电源层的功能槽的电源通路的过电流的和。
14.进一步的，步骤s3中，所述电源主通路的过电流为两个电源层的电源主通路的过电流、和底层的电源主通路的过电流的和。
15.进一步的，所述过电流的计算公式为：
16.i＝kt
0.44
×a0.75
，
17.其中，k为修正系数，覆铜线在内层时取0.024，在外层时取0.048；t为最大温升，单位为摄氏度；a为覆铜截面积，单位为mil2，等于铜箔厚度乘以覆铜宽度。
18.进一步的，单层电源层的所述铜箔厚度为2.74mil，底层的所述铜箔厚度至少为0.685mil。
19.进一步的，步骤s1中，计算i0和i0前，还需取裕量。
20.进一步的，所述功能槽的电源通路在电源层的覆铜宽度为每相邻的两个功能槽的间距，或相邻的一个功能槽和一个电源槽的间距，所述电源主通路在电源层的覆铜宽度为1200mil，所述电源主通路在底层的覆铜宽度为1000mil。
21.进一步的，所述电源槽均匀分布在一边，所述功能槽均匀分布在另一边，所述电源槽个数m为3，所述功能槽个数n为12，所述每相邻的两个功能槽的间距为270mil，所述相邻的一个功能槽和一个电源槽的间距为220mil，所述电源槽接入的电源模块的功率为1200w，电流为100a。
22.本发明也公开了一种支持多功能槽的大功耗vpx背板，根据所述的支持多功能槽的大功耗vpx背板的设计方法得到。
23.进一步的，所述电源槽的个数m为3，所述功能槽的个数n为12，所述电源槽接入的电源模块的功率为1200w，电流为100a，裕量为36％，所述每相邻的两个功能槽的间距为270mil，所述相邻的一个功能槽和一个电源槽的间距为220mil，所述电源层为第7层和第8层，电源层的所述电源主通路的宽度为1200mil，底层的所述电源主通路的宽度为1000mil，焊接的所述铜排的尺寸为20mm
×
2mm，具有175a的过电流能力。
24.(三)有益效果
25.本发明的上述技术方案具有如下优点：
26.(1)本发明的设计方法通过将每个功能槽的中间连接器槽位空置并在电源层和底层覆铜用于电源主通路，并通过在电源主通路对应的背板背面位置焊接铜排在底层上，对
电源主通路扩容，使得即使需要支持的处理器较多，布设足够的功能槽，vpx背板不仅能支持功能槽的电源通路的过电流，也能够支持电源主通路较大的过电流，从而能支持更多的处理器，增强单位机箱的性能；
27.(2)本发明即使多处理器消耗的功率较大，也能提供足够的电源槽，不需要外接电源模块，减小了vpx背板对机箱的空间占用，降低成本；
28.(3)本发明设计的vpx背板能具备3个电源槽和12个功能槽，采用电源槽并联后连接并联的功能槽的方式连接，既能支持电源主通路的过电流，也能支持各功能槽的电源通路的过电流，在有限的机箱空间内克服了vpx背板的支持大功耗的问题，增强单位机箱的性能。
附图说明
29.通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
30.图1为本发明实施例的一种支持多功能槽的大功耗vpx背板的设计方法的流程图；
31.图2为本发明实施例的一种支持多功能槽的大功耗vpx背板的示意图一；
32.图3为本发明实施例的一种支持多功能槽的大功耗vpx背板的示意图二；
33.图4为本发明实施例的一种支持多功能槽的大功耗vpx背板的背面示意图；
34.图中：1：电源槽；2：功能槽；3：j3连接器槽位；4：铜排。
具体实施方式
35.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
36.本发明公开了一种支持多功能槽的大功耗vpx背板的设计方法，如图1所示，包括以下步骤：
37.s1、根据需要设定电源槽个数m和功能槽个数n，插入电源槽1的电源模块的功率和电流，设定各电源槽1并联后连接并联的各功能槽2的连接关系，得到需要满足的通往功能槽2的电源通路的过电流能力i0，主电流通路的过电流能力i0；
38.设定12个功能槽2，为保证各功能槽2中接入的处理器正常工作，设定3个电源槽1，令背板可支持三块1200w的电源模块，如图2和图3所示，每块电源输出12v 100a的电流，每个电源槽1并联，所以整个背板将可以支持12v 300a的电流，而12个功能槽2并联，取36％的裕量，所以每个功能槽2将支持12v 16a的电流。则设计的vpx背板应满足两个条件，一个是通往功能槽2的电源通路具有16a的过电流能力，另一个是主电流通路具有192a的过电流能力。
39.s2、基于vita46标准均匀布置电源槽1和功能槽2的位置，得到每相邻的两个功能槽2的间距、相邻的一个功能槽2和一个电源槽1的间距，每个功能槽2的靠近电源槽1的一侧在所述电源层覆铜，用于对应的功能槽2的电源通路；计算功能槽2的电源通路的过电流，判断是否大于等于i0，若是，则进入下一步，否则返回步骤s1重新设定；
40.所述vpx背板具有14层，包括两层电源层和一层底层；按三个电源槽1均匀分布在一边，12个功能槽2均匀分布在另一边分布，每个功能槽2的靠近电源槽1的一侧在电源层覆
铜，如图2中箭头的方向为每个功能槽2的电源通路的电流方向示例，每相邻的两个功能槽2的间距为270mil，相邻的一个功能槽2和一个电源槽1的间距为220mil；
41.根据线宽与电流的近似计算公式计算过电流：
42.i＝kt
0.44
×a0.75
ꢀꢀꢀ
(1)
43.其中，k为修正系数，一般覆铜线在内层时取0.024，在外层时取0.048；t为最大温升，单位为摄氏度；a为覆铜截面积，单位为mil2；i为容许的最大电流，单位为安培；根据表1可知，本实施例的背板层第7层和第8层为电源层，单层电源层的铜箔厚度为2oz，即75um，2.74mil，t为10℃，已知每相邻的两个功能槽2的间距为270mil，相邻的一个功能槽2和一个电源槽1的间距为220mil，11个单层单通道仅能通过i＝0.024
×
10
0.44
×
(2.74
×
270)
0.75
＝9.38a的电流，1个单层单通道仅能通过i＝0.024
×
10
0.44
×
(2.74
×
220)
0.75
＝8.04a的电流。则功能槽2的电源通路的过电流为两个电源层的功能槽2的电源通路的过电流的和，即9.38
×
2＝18.76a或8.04
×
2＝16.08a，满足通往功能槽2的电源通路具有16a的过电流能力的要求，背板层叠如表1所示：
44.表1背板层叠表
45.[0046][0047]
s3、将每个功能槽2的中间连接器槽位空置并在所述电源层和底层覆铜，所述电源层和底层通过pcb板的过孔连接，用于电源主通路，计算电源主通路的过电流，判断是否大于等于i0，若是，则进入步骤s5，否则，进入下一步；
[0048]
每个功能槽2包括7个vpx连接器槽，将所有功能槽2中间的vpx连接器槽去除后在
电源层和底层覆铜，用于电源主通路，即j0-j6连接器槽位中的j3连接器槽位3空置，剩余6个vpx连接器槽位设置vpx连接器槽，如图3中箭头的方向为电源主通路的电流方向示例，而j3连接器槽位3的宽度为1200mil，有2个电源层，而底层为保证连接器的安全间距，其电源主通路要相对更窄些，为1000mil，根据表1可知，底层的铜箔厚度至少为0.5oz，即0.685mil，同样根据公式(1)分别计算单个电源层的主通路能通过i＝0.024
×
10
0.44
×
(2.74
×
1200)
0.75
＝28.70a的电流，底层的主通路能通过i＝0.048
×
10
0.44
×
(0.685
×
1000)
0.75
＝17.70a的电流，电源主通路的过电流为2个电源层的电源主通路的过电流、和底层的电源主通路的过电流的和，即28.70
×
2+17.70＝75.10a，不满足主电流通路具有192a的过电流能力的要求；
[0049]
s4、将所述i0减去所述电源主通路的过电流，得到电流差，选择过电流能力大于等于所述电流差、且尺寸不超过所述电源主通路的范围的铜排4，在所述vpx背板的背面对应电源主通路的位置焊接所述铜排4在底层上；
[0050]
如图4所示，在背板背面对应电源主通路的位置，焊接一条20mm
×
2mm的铜排4，该铜排4具有175a的过电流能力，焊接在底层上用于对电源主通路扩容，从而使得主电流通路具有75.10+175＝250.10a的过电流能力，满足主电流通路具有192a的过电流能力。
[0051]
s5、设计完成得到完整的vpx背板：所述vpx背板为包括m个电源槽1和n个功能槽2的pcb板，所述pcb板具有14层，包括两层电源层和一层底层；各电源槽1和功能槽2基于vita46标准均匀布置，每个功能槽2的靠近电源槽1的一侧在电源层覆铜，用于对应的功能槽2的电源通路，每个功能槽2包括7个vpx连接器槽位，其中间的连接器槽位均空置并在电源层、底层覆铜，且所述电源层和底层通过pcb板的过孔连接，用于电源主通路，各电源槽1并联后经所述电源主通路，再经所述功能槽2的电源通路连接并联的各功能槽2；所述vpx背板的主通路背面焊接一根铜排在底层上，对所述电源主通路扩容。
[0052]
本发明实施例得到的vpx背板，如图2和图3所示，包括3个电源槽1和12个功能槽2，每个功能槽2的靠近电源槽1的一侧在电源层覆铜，用于对应的功能槽2的电源通路，每个功能槽2的包括7个vpx连接器槽位，各设置6个vpx连接器槽，将中间的vpx连接器槽位均空置并在电源层、底层覆铜，且所述电源层和底层通过pcb板的过孔连接，用于电源主通路，所述vpx背板的主通路背面焊接一根铜排在底层上对电源主通路扩容，3个电源槽1并联后经所述电源主通路，再经所述功能槽2的电源通路连接各功能槽2，每相邻的两个功能槽2的间距为270mil，相邻的一个功能槽2和一个电源槽1的间距为220mil，pcb板的14层中第7层和第8层为电源层，电源层的所述电源主通路的宽度为1200mil，底层的所述电源主通路的宽度为1000mil，vpx背板的主通路背面焊接一根20mm
×
2mm的175a过电流能力的铜排4。从而使得主通路的过电流能力为250.10a，满足主电流通路具有192a的过电流能力的要求，电源层通往功能槽2的电源通路的过电流能力为18.76a或16.08a，满足通往功能槽2的电源通路具有16a的过电流能力的要求，该vpx背板能在有限的机箱空间下支持12个功能槽2，即可以容纳更多处理模块，增强单位机箱的性能。
[0053]
综上可知，通过上述的一种支持多功能槽的大功耗vpx背板及其设计方法，具有以下有益效果：
[0054]
(1)本发明的设计方法通过将每个功能槽的中间连接器槽位空置并在电源层和底层覆铜用于电源主通路，并通过在电源主通路对应的背板背面位置焊接铜排在底层上，对
电源主通路扩容，使得即使需要支持的处理器较多，布设足够的功能槽，vpx背板不仅能支持功能槽的电源通路的过电流，也能够支持电源主通路较大的过电流，从而能支持更多的处理器，增强单位机箱的性能；
[0055]
(2)本发明即使多处理器消耗的功率较大，也能提供足够的电源槽，不需要外接电源模块，减小了vpx背板对机箱的空间占用，降低成本；
[0056]
(3)本发明设计的vpx背板能具备3个电源槽和12个功能槽，采用电源槽并联后连接并联的功能槽的方式连接，既能支持电源主通路的过电流，也能支持各功能槽的电源通路的过电流，在有限的机箱空间内克服了vpx背板的支持大功耗的问题，增强单位机箱的性能。
[0057]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

技术特征：
1.一种支持多功能槽的大功耗vpx背板的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、根据需要设定电源槽个数m和功能槽个数n，插入电源槽的电源模块的功率和电流，设定各电源槽并联后连接并联的各功能槽的连接关系，得到需要满足的通往功能槽的电源通路的过电流能力i0，主电流通路的过电流能力i0；所述vpx背板具有14层，包括两层电源层和一层底层；s2、基于vita46标准均匀布置电源槽和功能槽的位置，得到每相邻的两个功能槽的间距、相邻的一个功能槽和一个电源槽的间距，每个功能槽的靠近电源槽的一侧在所述电源层覆铜，用于对应的功能槽的电源通路；计算功能槽的电源通路的过电流，判断是否大于等于i0，若是，则进入下一步，否则返回步骤s1重新设定；s3、将每个功能槽的中间连接器槽位空置并在所述电源层和底层覆铜，所述电源层和底层通过pcb板的过孔连接，用于电源主通路，计算电源主通路的过电流，判断是否大于等于i0，若是，则进入步骤s5，否则，进入下一步；s4、将所述i0减去所述电源主通路的过电流，得到电流差，选择过电流能力大于等于所述电流差、且尺寸不超过所述电源主通路的范围的铜排，在所述vpx背板的背面对应电源主通路的位置焊接所述铜排在底层上；s5、设计完成得到完整的vpx背板。2.根据权利要求1所述的支持多功能槽的大功耗vpx背板的设计方法，其特征在于，步骤s2中，所述功能槽的电源通路的过电流为两个电源层的功能槽的电源通路的过电流的和。3.根据权利要求1所述的支持多功能槽的大功耗vpx背板的设计方法，其特征在于，步骤s3中，所述电源主通路的过电流为两个电源层的电源主通路的过电流、和底层的电源主通路的过电流的和。4.根据权利要求2或3所述的支持多功能槽的大功耗vpx背板的设计方法，其特征在于，所述过电流的计算公式为：i＝kt
0.44
×
a
0.75
，其中，k为修正系数，覆铜线在内层时取0.024，在外层时取0.048；t为最大温升，单位为摄氏度；a为覆铜截面积，单位为mil2，等于铜箔厚度乘以覆铜宽度。5.根据权利要求4所述的支持多功能槽的大功耗vpx背板的设计方法，其特征在于，单层电源层的所述铜箔厚度为2.74mil，底层的所述铜箔厚度至少为0.685mil。6.根据权利要求1所述的支持多功能槽的大功耗vpx背板的设计方法，其特征在于，步骤s1中，计算i0和i0前，还需取裕量。7.根据权利要求1所述的支持多功能槽的大功耗vpx背板的设计方法，其特征在于，所述功能槽的电源通路在电源层的覆铜宽度为每相邻的两个功能槽的间距，或相邻的一个功能槽和一个电源槽的间距，所述电源主通路在电源层的覆铜宽度为1200mil，所述电源主通路在底层的覆铜宽度为1000mil。8.根据权利要求7所述的支持多功能槽的大功耗vpx背板的设计方法，其特征在于，所述电源槽均匀分布在一边，所述功能槽均匀分布在另一边，所述电源槽个数m为3，所述功能槽个数n为12，所述每相邻的两个功能槽的间距为270mil，所述相邻的一个功能槽和一个电源槽的间距为220mil，所述电源槽接入的电源模块的功率为1200w，电流为100a。
9.一种支持多功能槽的大功耗vpx背板，其特征在于，根据权利要求1-8任一项所述的支持多功能槽的大功耗vpx背板的设计方法得到。10.根据权利要求9所述的支持多功能槽的大功耗vpx背板，其特征在于，所述电源槽的个数m为3，所述功能槽的个数n为12，所述电源槽接入的电源模块的功率为1200w，电流为100a，裕量为36％，所述每相邻的两个功能槽的间距为270mil，所述相邻的一个功能槽和一个电源槽的间距为220mil，所述电源层为第7层和第8层，电源层的所述电源主通路的宽度为1200mil，底层的所述电源主通路的宽度为1000mil，焊接的所述铜排的尺寸为20mm
×
2mm，具有175a的过电流能力。

技术总结
本发明公开了一种支持多功能槽的大功耗VPX背板及其设计方法，包括：根据需要设定电源槽个数和功能槽个数，设定各电源槽并联后连接并联的各功能槽，得到需要满足的功能槽的电源通路的过电流能力i0和主电流通路的过电流能力I0；基于VITA46标准均匀布置电源槽和功能槽的位置，每个功能槽的靠近电源槽的一侧覆铜，用于对应的功能槽的电源通路，计算功能槽的电源通路的过电流，大于等于i0后，将每个功能槽的中间连接器槽位空置并覆铜，用于电源主通路，计算电源主通路的过电流，若小于I0，则选择合适的铜排，焊接在所述电源主通路对应的背板背面位置。本发明解决了多处理器的VPX背板难以支持大功耗的问题。以支持大功耗的问题。以支持大功耗的问题。


技术研发人员：喻卓 程望盛 朱锐力 刘三远 邬江 汪洋
受保护的技术使用者：中科长城海洋信息系统有限公司长沙分公司
技术研发日：2021.12.31
技术公布日：2022/3/8