ИНТЕРФЕЙС ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2011 года по МПК H04Q1/04 

Предлагаемый интерфейс электрический относится к области электротехники и радиоэлектроники и может быть использован в устройствах вычислительной и т.п.техники для обеспечения электрического соединения между собой различных функциональных модулей (плат) радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) и передачи по нему управляющей информации, данных, адресов, организации цепей питания и т.п.

Известны интерфейсы электрические для обеспечения многопроводных связей между приборами РЭА и их модулями (платами), например, с применением розеток и сопрягаемых с ними вилок [1], и подобных им. При этом одна часть интерфейса электрического, например, вилка, крепится на модуле (плате, приборе), а вторая - розетка - на кабеле. Сам по себе такой интерфейс достаточно компактен, но совместно с кабелями РЭА получается довольно громоздким.

Известен многопроводный интерфейс электрический для соединения между собой печатных плат, одна часть которого содержит контакты в виде штекерной вилки на печатной плате, а вторая - контакты в виде гнездовой колодки [2, 3] на другой печатной плате. При использовании такого интерфейса одна часть элементов электрического соединения, например, соединитель типа «вилка», размещается на краю печатной платы, а другая часть - соединитель типа «розетка» размещается на другой плате, выполненной в виде кросс-платы (или «материнской» платы). По такому принципу выполняется интерфейс электрический в различных контроллерах, функциональных модулях, состоящих из нескольких печатных плат, в настольных компьютерах и другой РЭА.

Недостаток такого интерфейса электрического состоит в том, что он не позволяет обеспечить объединение плат в малогабаритную «монолитную» конструкцию, поскольку платы располагаются перпендикулярно друг другу.

Известен интерфейс электрический, каждый контакт соединителей которого на одном конце содержит гнездо, а на другом - штырь. На основе таких контактов разработаны интерфейсы электрические, обеспечивающие наращивание приборов путем непосредственного соединения соединителей соседних модулей (плат). При этом плоскости плат в составе РЭА (моделей РЭА) параллельны друг другу, соединители и их контакты располагаются перпендикулярно плоскости плат и входят друг в друга, причем гнезда контактов соединителя находятся с одной стороны каждой платы, а штыри - с другой. Такой интерфейс электрический используется в РЭА, выполненной в конструктиве типа PC/104 [4]. При этом обеспечивается наращивание РЭА до заданных параметров без единого провода между модулями (платами) и без кросс-плат. По цепям таких интерфейсов электрических проходят шины питания плат (модулей), шины управления, данных, адреса и т.д. При такой конструкции РЭА провода и кабели необходимы только для организации внешних интерфейсов электрических - цепей питания приборов в составе системы РЭА, цепей входных сигналов и команд от датчиковой аппаратуры и выходных управляющих сигналов и команд к исполнительным органам.

Вместе с тем, такой интерфейс электрический обладает особенностями и создает определенные ограничения. Рассмотрим эти особенности и ограничения с точки зрения адресации модулей (плат) в составе РЭА. В качестве примечания можно отметить, что модули могут быть одноплатными или многоплатными. При этом адресации в составе РЭА могут подлежать либо модули в целом, либо каждая плата модуля.

Каждый модуль (плата) сложного устройства РЭА имеет свой адрес в адресном пространстве любого устройства, который записывается либо в некоторую микросхему хранения этого адреса, либо обеспечивается путем установки определенного количества переключателей (перемычек) в заданные положения.

При этом каждый модуль (плата) должен иметь также входную шину адреса, дешифратор адреса, поступающего от модуля управления («материнской» платы компьютера) и схему сравнения. Все это требует наличия определенной материальной части в составе платы и определенных логических действий по идентификации этой платы (модуля) в адресном пространстве РЭА. При этом даже абсолютно одинаковые модули (платы) в одном устройстве все равно должны иметь разные адреса. Такие же модули (платы), примененные в другом устройстве, могут иметь совсем иные адреса.

Обычно в известных устройствах модуль управления (или материнская плата) на цепях интерфейса электрического шины адреса устанавливает код (адрес) того модуля (платы), с которым собирается работать. Все модули (платы) устройства, кроме выбранного, игнорируют этот адрес, а выбранный модуль (плата) устанавливает обратную связь с модулем управления. При этом при любом количестве единиц и нулей на шине адреса в работу включается только один модуль (плата) с заданным адресом. Вместе с тем существуют ситуации, когда одновременно необходимо управлять несколькими модулями (платами) по одинаковым командам. Простейший и очевидный пример такой ситуации - одновременный запуск или останов таймеров нескольких модулей (плат) по какому-то событию. Обычная адресация плат такой возможности не предоставляет.

В целом можно отметить следующие негативные прямые и косвенные проявления применения известного интерфейса электрического в аппаратуре:

- при записи адреса в модуль (плату) в процессе его изготовления возможны ошибки, которые трудно проконтролировать, поскольку отсутствуют явные видимые признаки адреса (например, при записи его в микросхему);

- поэтому готовый модуль (плата) в процессе испытаний должен проверяться при переборе всех возможных входных адресов, поступающих от модуля управления и реагировать только на записанный в его памяти код адреса;

- одинаковые модули (платы) с разными адресами можно при сборке прибора РЭА перепутать местами, тогда их входные и выходные интерфейсы в конструкции РЭА окажутся «не на своем месте» (это, конечно, выявляется в процессе испытаний при проверке работоспособности РЭА, но на устранение этого конструктивного дефекта требуется время);

- возможен сбой записанного адреса в составе работающего модуля (платы);

- невозможно подать команду (или данные) одномоментно более чем в один модуль (плату, т.е. более чем по одному адресу),

- в случае дефекта в адресной части модуля (платы) его необходимо ремонтировать или браковать.

Задача изобретения направлена на упрощение технической реализации модулей (плат) и приборов, в которых будет применен предложенный интерфейс электрический, и процесса их испытаний, на исключение процесса адресации модулей (плат) перед установкой их в состав сложных устройств РЭА по заданному адресу, увеличение функциональной надежности и функциональных возможностей РЭА в процессе эксплуатации, т.е. - на улучшение потребительских свойств предложенного интерфейса электрического в составе РЭА.

Эта задача решается тем, что в интерфейсе электрическом с n входными цепями, где n более двух, содержащем соединитель, причем контакты соединителя содержат с одной стороны гнездо, а с другой стороны - штырь, первая цепь интерфейса электрического заканчивается на первом контакте соединителя, а вторая и последующие цепи смещаются на один шаг в сторону первой цепи, для чего первый контакт соединителя выполнен укороченным со стороны штыря, второй и последующие контакты подвергнуты деформации таким образом, что штырь второго контакта смещен в положение штыря первого укороченного со стороны штыря, штырь каждого следующего контакта занимает освободившееся место смещенного на один шаг предыдущего штыря соединителя.

Эта задача может быть решена тем, что в интерфейсе электрическом с n входными цепями, где n более двух, содержащем соединитель, причем контакты соединителя содержат с одной стороны гнездо, а с другой стороны - штырь, при этом все штыри контактов деформированы таким образом, что штырь каждого следующего контакта занимает место смещенного предыдущего штыря соединителя.

Кроме того, в интерфейс электрический может быть введена дополнительная n+1 цепь, причем первая и n+1 цепи соединителя снабжены внешними токопроводящими перемычками.

На фиг.1 и 2 приведены варианты конструктивного выполнения электрической схемы предлагаемого интерфейса в виде электромонтажных схем, выполненных по одному принципу, при этом на чертежах и далее в тексте обозначены:

1 - модуль управления,

2 - первый управляемый модуль (плата),

3 - второй управляемый модуль (плата),

4 - последний управляемый модуль (плата),

5 - цепь адреса модуля (платы).

На фиг.3 и 4 приведены два варианта конструкции соединителя, обеспечивающие нужное построение предложенного интерфейса электрического. При этом на чертежах и далее в тексте обозначены:

6 - гнездо контакта,

7 - штырь контакта,

8 - корпус соединителя.

На фиг.5 приведено частное применение данного интерфейса электрического для обеспечения питания сложной РЭА, каждый модуль 2, 3, 4 которой выполнен по принципу «два из трех» и содержит три идентичные платы 9, 10, 11. При этом на фиг.5 и далее в тексте обозначены:

2 - первый управляемый модуль,

3 - второй управляемый модуль,

4 - последний управляемый модуль,

9 - плата канала А,

10 - плата канала В,

11 - плата канала С.

При этом в каждом модуле 2-4 на фиг.5 содержится по три однотипных платы канала А 9, канала В 10 и канала С 11, осуществляющих резервирование РЭА по принципу «два из трех».

Рассмотрим сначала конструкцию соединителя.

Каждый контакт соединителя предложенного интерфейса электрического (фиг.3 и 4) содержит гнездо 6 и штырь 7. Гнездо 6 контакта соединителя может быть выполнено, например, в виде двухсторонней плоской пружины (конструкция гнезда соединителя может быть и иной). Ответная часть контакта соединителя выполнена в виде штыря 7. Электрическое соединение цепей предложенного интерфейса, осуществляется после того? как штыри контактов соединителя одной платы (модуля) войдут в гнезда контактов соединителя другой платы.

На фиг.3 контакт цепи интерфейса электрического, изображенный на первом месте слева, имеет укороченный штырь 7, а все последующие контакты деформированы таким образом, что цепь второго контакта смещается влево и в своем продолжении соединяется с первой цепью следующей платы. Каждая следующая цепь также смещается на один шаг влево.

На фиг.4 первое место слева на соединителе не имеет контакта в виде гнезда, штырь 7 второго контакта за счет его деформации занимает место штыря первого отсутствующего контакта, а все последующие контакты деформированы таким образом, что штырь каждого следующего контакта занимает освободившееся место смещенного на один шаг предыдущего штыря соединителя, при этом последнее место n-ного контакта не имеет штыря. За счет этого все цепи интерфейса электрического от соединителя к соединителю смещаются влево (фиг.1 и 2). Если количество управляемых модулей (плат) 2-4 (кроме базового модуля 1) в устройстве РЭА равно количеству контактов n в соединителе, то первый контакт соединителя базового модуля 1 (или материнской платы) окажется соединенным с левым (первым) контактом соединителя первой платы 2, а последний n-ный контакт соединителя базового модуля 1 окажется соединенным с левым (первым) контактом соединителя нижнего (последнего) модуля 4.

Конструкция корпуса соединителя 8 не имеет существенных признаков, влияющих на реализацию данного изобретения, поэтому она в описании изобретения не рассматривается. Пайка контактов соединителя в составе интерфейса РЭА к печатной плате может осуществляться традиционно в металлизированные отверстия на плате или с помощью соединительных проводов. При этом необходимо и достаточно, чтобы первый контакт соединителя (левый на фиг.1 и 2) был электрически связан с входом цепи адреса 5 модуля (платы). Остальные контакты соединителя интерфейса могут быть даже не припаяны к печатной плате, а проходить транзитом сквозь платы (модули) 2, 3 вплоть до последней платы.

Интерфейс электрический в целом, так же как и прототип обеспечивает наращивание приборов РЭА до заданных параметров без единого провода между модулями (платами) и без кросс-плат путем непосредственного соединения соединителей соседних модулей (плат). При этом плоскости плат в составе РЭА (моделей РЭА) остаются параллельны друг другу, соединители и их контакты располагаются перпендикулярно плоскости плат и входят друг в друга. По цепям таких интерфейсов электрических могут проходить шины питания плат (модулей), шины управления, данных, адреса и т.д. При такой конструкции интерфейсов электрических подключение каждой следующей платы (модуля) приводит к смещению всех цепей интерфейса на один шаг влево (фиг.1 и 2).

Такое построение интерфейса электрического, например, в части адресного пространства устройства РЭА позволяет иметь на адресном входе каждой управляемой платы 2-4 всего один единственный адресный контакт 5 - крайний слева на фиг.1 и 2, обеспечивающий выбор данной платы при наличии на нем разрешающего сигнала (по аналогии с таким входом в сложных микросхемах). В этом случае плата (модуль) не требует никаких иных материальных средств для сохранения ее адреса в составе устройства, идентификации его с адресом на шине адреса и т.д. При этом в устройстве РЭА можно обращаться одновременно к любому количеству его модулей (плат), для чего достаточно, чтобы базовый модуль 1 («материнская» плата) выставил на контактах своего соединителя (и на контактах соединителя первого модуля) требуемое количество нулей и единиц, обеспечивающих одновременный выбор необходимых модулей.

Использование такого интерфейса электрического не исчерпывается адресацией модулей (плат). С его помощью может быть обеспечено электропитание резервированной РЭА. Так, на фиг.5 приведено применение данного интерфейса для обеспечения питания сложной РЭА, каждый модуль 2-4 которой выполнен по принципу «два из трех» и содержит три идентичные платы 9-11, шины питания которых выведены на первый контакт отдельного соединителя интерфейса электрического питания платы. Цепи E1, E2, и Е3 - это выходные шины питания трех управляемых независимых источников питания, подключенных к модулю управления 1 (на чертеже не показаны). Дополнительным признаком такого интерфейса электрического является то, что в «трехфазном» интерфейсе используется четыре цепи. При этом контакты соединителей первой и четвертой цепи каждой платы 9-11 соединены между собой. Работает такой интерфейс питания в «троированной» РЭА следующим образом.

Как видно на фиг.5, первая шина питания Е1 через соединитель модуля управления 1 соединяется с первым контактом соединителя первой платы 9 канала А первого модуля 2, являющимся в данном случае входом питания платы 9 канала А, и через перемычку 5 на этой плате - со свободным четвертым контактом ее соединителя. Одновременно вторая шина питания E2 «транзитом» поступает на первый контакт второй платы 10 канала В и через свою перемычку - на свободный четвертый контакт ее соединителя, а третья шина питания Е3 «транзитом» через две платы поступает на первый контакт соединителя третьей платы 11 канала С первого управляемого модуля 2. За счет перемычек между первым и четвертым контактами соединителей всех плат и смещения цепей в соединителях размещение шин питания Е1, E2, ЕЗ на входе четвертой платы будет аналогично размещению шин питания на входе первой платы 9 первого модуля 2. Далее процесс подачи напряжения питания на платы 9-11 второго З и последующих, вплоть до последнего управляемого модуля 4, повторяется, при этом первые платы 9 канала А всех модулей получают питание от шины Е1, вторые - от шины Е2, третьи - от шины Е3.

Такое построение РЭА позволяет проверять работоспособность всех ее модулей в части резервирования одновременно, комбинируя с помощью управляемых источников питания (на чертеже не показаны) подачу питания E1, E2, Е3 на те или иные платы. Этот же принцип проверки резервирования может быть применен и при адресации плат.

Кроме того, применение предложенного интерфейса электрического позволяет не только избирательно управлять модулями (платами), подавать на них питание, но и иметь от них одновременно полный объем требуемой информации. В этом случае цепи предложенного интерфейса электрического должны подключаться к соответствующим, также первым контактам соединителей модулей (плат), формирующим выходную информацию. В этом случае информация от каждого модуля (платы) будет поступать вверх к модулю управления 1 от всех выбранных модулей (плат). Таким образом, каждая цепь, связывающая модуль управления 1 с входом или выходом управляемых модулей (плат), может быть использована в качестве последовательной шины обмена данными. Предложенный интерфейс электрический в каждом устройстве РЭА может сосуществовать с традиционными интерфейсами, дополняя друг друга и расширяя функциональные возможности аппаратуры.

Из изложенного видно, что применение предложенного соединителя упрощает техническую реализацию плат РЭА (не требует никаких ресурсов для задания и идентификации адреса платы и исключает процесс предварительной адресации модулей (плат) перед установкой их в состав сложных устройств), увеличивает функциональную надежность и функциональные возможности РЭА в процессе эксплуатации. Применение предложенного интерфейса электрического позволяет изготовить устройства РЭА, в которых можно общаться одновременно с любым количеством модулей (плат) этого устройства, обеспечивать резервированные приборы резервированным питанием и т.д. Естественно, что модуль управления в таком устройстве также должен иметь возможность работать одновременно с выбранными модулями.

Изложенное подтверждает улучшение потребительских свойств предложенного интерфейса электрического.

Совокупность признаков в рассмотренном автором предложении не встречалась для решения поставленной задачи и не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Литература

1. Соединители СНП268. БСАР.430420.014ТУ. Технические условия.

2. Патент РФ № 2006112 H01R 12/04.

3. Патент РФ № 2072119 H01R 12/14.

4. Сайт www.pc104.org

Изобретение может быть использовано в устройствах вычислительной и тому подобной техники для обеспечения электрического соединения между собой различных функциональных модулей радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). В интерфейсе электрическом с n цепями, где n более двух, содержащем соединитель, контакты которого содержат с одной стороны гнездо, а с другой - штырь, первая цепь интерфейса электрического заканчивается на первом контакте соединителя, а вторая и последующие цепи смещаются на один шаг в сторону первой цепи, для чего первый контакт соединителя выполнен укороченным со стороны штыря, второй и последующие контакты подвергнуты деформации таким образом, что штырь второго контакта смещен в положение штыря первого укороченного со стороны штыря контакта, штырь каждого следующего контакта занимает освободившееся место смещенного предыдущего штыря соединителя. Кроме того, интерфейс электрический может быть снабжен дополнительной n+1-цепью, причем первая и n+1-цепь каждого соединителя снабжена внешней токопроводящей перемычкой. Технический результат - улучшение потребительских свойств интерфейса в составе РЭА. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Интерфейс электрический с n цепями, где n более двух, содержащий соединитель, причем контакты соединителя содержат с одной стороны гнездо, а с другой стороны штырь, отличающийся тем, что первая цепь интерфейса электрического заканчивается на первом контакте соединителя, а вторая и последующие цепи смещаются на один шаг в сторону первой цепи, для чего первый контакт соединителя выполнен укороченным со стороны штыря, второй и последующие контакты подвергнуты деформации таким образом, что штырь второго контакта смещен в положение штыря первого укороченного со стороны штыря контакта, штырь каждого следующего контакта занимает освободившееся место смещенного предыдущего штыря соединителя.

2. Интерфейс электрический с n цепями, где n более двух, содержащий соединитель, причем контакты соединителя содержат с одной стороны гнездо, а с другой стороны штырь, отличающийся тем, что все штыри контактов деформированы таким образом, что штырь каждого следующего контакта занимает место смещенного предыдущего штыря соединителя.

3. Интерфейс электрический по п.1 или 2, отличающийся тем, что в него введена дополнительная (n+1)-я цепь, причем первая и (n+1)-я цепи каждого соединителя снабжены внешней токопроводящей перемычкой.