不斷減小電信OEM的電路板尺寸

為了跟上Internet爆炸性增長和語音業(yè)務日益普及的發(fā)展勢頭，電信公司正在尋找新的和更好的途徑，以便將更多的設備安裝在中心電話局和布線室內。在陸地、海洋上，正盡可能快地鋪設光纖，相應地也要構建更多的基礎設施，充分發(fā)揮光纖的作用。這種形勢導致電信OEM必須在有限的空間實現(xiàn)更多的功能。

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

選擇方案

電信OEM視長壽命母板為企業(yè)任務的低成本解決方案。這些母板的尺寸規(guī)格與臺式PC母板相同，但設計得更為堅固，具有5年以上的使用期。生產廠在制作中使用高質量元件，為電路板質量的可靠保證奠定了基礎，還可在預定時間內連續(xù)提供電路板和元件。此外，生產廠在改變元件時會事先通知OEM，與OEM一起研究對象，確保替換的元件適合OEM的應用。

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，消費推動的PC市場逐漸形成的先進技術特性。同時，它還可讓OEM使用可在較長時間內流行的產品。為了滿足OEM的要求，應仔細地選擇傳統(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設計成模塊化結構的一部分，留給OEM更大的靈活性和升級能力。然而，其成本高出母版3～5倍。CompactPCI在中心電話局的使用日益增多，它有更多專用的選件，如密布DSP芯片陣列的子板，可完成語音壓縮和回波消除功能。為了增加性能，有時也使用雙處理器。

CompactPCI是按NEBS(網絡設備建立規(guī)范)標準構建的，該標準規(guī)定了各項環(huán)境參數(shù)，如沖擊、振動、溫度和濕度。研發(fā)CompactPCI的本意是在靈活的，高密度的系統(tǒng)中充分利用為臺式系統(tǒng)研發(fā)的硅器件和軟件。

生產廠也開始提供節(jié)省空間機箱選件。母板可放置在高度不到2″的IU機箱內，機箱放在傳統(tǒng)的19″的機柜內，占用的面積比常規(guī)的4Ｕ臺式機箱還小。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供應積木塊系統(tǒng)，包括各種電路板和可集成的機箱，生產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)的配置應有足夠的靈活性，盡量減少系統(tǒng)的升級，使產品有較長的使用期。追求產品更小是永遠不變的要求。

減少尺寸的幾項工藝技術

隨著時間的推移，PC母板的標準規(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也可讓CompactPCI 板實現(xiàn)更多的功能。目的永遠是提高功能和性能的空間密度。下列工程技術是生產廠用來提高密度所采取的幾項措施。

元件集成：從最底層開始，盡可能地使元件數(shù)最小。除了采用標準的現(xiàn)貨處理器和支持芯片組，如果價格合理，常常設計定制芯片。設計時應權衡定制硅器件與附加開發(fā)成本兩者的利弊關系。

多層印制板：減少元件數(shù)后，下一個任務是盡可能密集地將它們安置在印制板上?？臻g密度受到安置連線的實際面積的制約。解決方案是多層印制板?？紤]到成本的因素，標準母板設計是4層印制板。而CompactPCI 板極有可能是8～10層。

人工布局：節(jié)省實際面積的關鍵是高效地布放電路的印制線。盡管高級軟件工具有自動布線功能，但沒有一種工具能超過優(yōu)秀 CAD工程師達到的布線密度。CAD工程師善于發(fā)現(xiàn)最佳的印制線路由，同時充分了解每條線上的信號類型。良好的布局對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是信號良好隔離的必要保證。隨著處理器速度的增加和印制線更加密集，印制線本身也成為電路中的一個元件。因此，CAD工程師應具備模擬設計技術和傳輸線理論的堅實基礎，確保去耦是良好的，信號延時不致過長。

設計難題

隨著電路板密度的增加，設計難題也隨之增加。增加元件密度導致下列問題：

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

功率。由于電路板不斷地向高密度功能發(fā)展，因此總的趨勢朝著每平方英寸有更大的功率的方向發(fā)展。當然，在這個趨勢中也存在拉鋸效應。一方面，隨著越來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，新工藝技術可減少線寬，降低了功率要求，使功率電平得以減少。這種過程周而復始地重復著。

EMC。電磁兼容性(EMC)設計在很大程度上仍然是一門難以捉摸的藝術，需要有模擬電路理論的堅實基礎和大量的實踐經驗。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箱接觸。

樣口板在機箱內進行預掃描和相應的電磁測量，以便盡早地發(fā)現(xiàn)問題。然后再利用獨立的測試實驗室測定半成品板的性能。最后，還要對成品板進行測試，并通過FCC與CE認證。

設計折衷方案

生產廠和OEM都要考慮某些折衷方案。其中一種是質量與成本。在多數(shù)場合，OEM是根據服務的市場來作出決定的。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隨時間而先行失效。鉭電容不存在這個問題，但是它的從產品設計到實際投產的時間較長，成本更高。對目前可使用的鉭電容來說，雖然它們是較好的選擇，但對母板的設計意義不大。當然，在CompactPCI場合，成本并不重要，因而鉭電容帶來的從產品設計到實際投產的時間是決定的因素。

雙方還要對性能的增、刪作出取舍。生產廠通常以標準定義作為開端，盡量使設計平臺對巨大的市場有更大的吸引力，然后再聆聽OEM的要求。要是客戶的要求有所不同，且具有合理成本的批量，生產廠則按客戶的要求來增加或刪除某些功能，最常見的例子有是否要設置一個或兩個Ethernet 接口，額外的串口或用戶擴展口，如PCI Mezzanine卡。最終由用戶來決定功能的增、刪。

成功的保證

除了好的設計，生產廠應采取必要的步驟來確保最終產品的質量。首先，和元件供應商建立密切的關系是極其重要的，特別是在客戶希望生產廠在規(guī)定年限內供應產品時。元件必須通過質量認證，當供應商將元件淘汰后，要能找到合適的替代品。良好的關系是杜絕供應、成本、質量種種問題的可靠保證。

高質量元件和保持滿意的供應商名單（VAL）使生產廠能夠控制產品的元件價格和整體質量。AVL 有任何變化時也能及時通知客戶，讓他們對產品的影響作出判斷。EMC問題、軟件兼容性和性能是客戶關心的問題，其受元件變化的影響。

測試也是個問題。設計階段使用設計驗證測試（DVT）。DVT小組想方設法證實第三方驅動器（網絡、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以及商用實時操作系統(tǒng)。

電路板本身也設計成可測試的，在布局階段充分考慮使用自動測試裝置。在生產過程中，將電路板放置在“針床”上，通過測試點接入自動測試裝置。診斷工具測出短路、開路，并能測試元件參數(shù)。此外，對每塊已制作完的電路板進行功能測試，大大降低了現(xiàn)場的故障率。

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

應OEM的要求，CompactPCI進行老化試驗，但對母板，很少采用此類試驗。由于生產廠使用高質量的元件，在生產過程中進行了廣泛的測試，老化試驗中損壞的元件數(shù)不多，不致增加額外的成本。

IPMI選項

生產廠應讓智能平臺管理界面（IPMI）作為CompactPCI板的一個選項。該系統(tǒng)具有查詢系統(tǒng)中各個元件狀態(tài)的功能。它最初是為大型服務器系統(tǒng)設計的，以便解決大型、復雜的計算機平臺管理問題。在電路板級，它在電路板上設置了獨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選項，但未來專為電信市場設計的母板將包含此功能。

減少電路板的實際尺寸并不能完全滿足電信行業(yè)日益增長的容量和基礎設施的要求，但這畢竟是良好的開端。生產廠為OEM提供標準部件和選擇方案，讓他們設計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)升級和長使用期的靈活性。