Компьютерная система

 

Сущность изобретения: компьютерная система содержит схемную плату, несущую на себе множество гнезд соединителей и взаимосвязанную с ними. В каждый соединитель вмонтированы первый и второй ряды контактов, расположенные один напротив другого с одной и с другой стороны его парами с возможностью соединения с соответствующими штырями на противоположных поверхностях краевого соединителя на суперпозиционной плате, в которой одна часть контактов является земляной, а другая - сигнальной. Каждый земляной контакт в ряду помещен напротив сигнального контакта и отстоит не более чем на один контакт от земляного контакта в любом ряду. Каждый четвертый контакт компьтерной системы в каждом ряду соединен с контуром заземления и является земляным, а земляные контакты в рядах смещены между рядами на два шага. Сигнальные контакты компьютерной системы, несущие сигналы с наиболее крутыми фронтами импульсов, размещены рядом с земляными контактами. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к компьютерным системам и, в частности, к средствам, минимизирующим электромагнитное излучение от таких систем.

В известных системах персональных компьютеров планарная плата, содержащая процессорную логику, устанавливается с помощью металла, имеющего боковые стенки. Одна секция боковых стенок несет на внутренней поверхности полый металлический кожух, часть, называемая "экранным ящиком", приварена к секции и имеет вертикальные пазы, позволяющие осуществлять соединение функциональных модулей ввода-вывода внутри каркаса с внешними периферийными устройствами через кабели и разъемы ввода-вывода. Модули соединяются электрически и механически с платой посредством разъемов модуль-плата, вставляемых в плату, и нижних контактных площадок на модулях, вставленных в разъемы модуль-плата. Низкоуглеродистые стальные скобы ввода-вывода, закрепленные на модулях, предназначены для сцепления с кожухом и закрытия вертикальных пазов, при этом верхний конец скобы крепится к кожуху винтом, а нижний конец скобы прижимает к кожуху контактная пружина. Аналогичные скобы крепятся в пазы кожуха, не занятые функциональными модулями.

Известная система имеет недостатки. Позиция вставленной модульно-скобной сборки относительно кожуха определяется сцеплением модульной лапки с ассоциированным разъемом на системной панели. Размерные отношения между соседними поверхностями каждой скобы и паза определяются допусками в размерах, подобных расстоянию между модульной лапкой и отверстиями, в которые ввертывают крепежные винты для закрепления скоб, расстоянию между отверстиями в модульной скобе, через которые действуют крепежные элементы, и поверхностью скобы, обращенной к кожуху, расстоянию между поверхностью кожуха и крепежными деталями, которые удерживают системную плату в каркасе, расстоянию между отверстиями для крепежных деталей, работающих в системной плате, и отверстиями, используемыми для установки разъема плата-модуль в сборку, позиции штырей, проходящих через разъем в отверстия в системной плате, и прямоугольности кожуха относительно поверхностей каркаса, на который монтируется системная плата.

Поскольку насчитывается большое число размеров, то в процессе изготовления системных сборных деталей наблюдается сравнительно высокая вариация расстояния между соседними поверхностями скобы ввода-вывода и щелевой поверхностью кожуха. Если это расстояния слишком велико, скоба коробится во время установки, что приводит к появлению существенного зазора между этими поверхностями. Таким образом, контактная пружина и винт прижимают нижнюю и верхнюю части скобы к поверхности кожуха, но соединение модуля с платой оттягивает центральную часть скобы от смежной поверхности кожуха. Такое коробление образует пазы, через которые может проникать электромагнитная радиация.

Заземляющие контакты между скобой и кожухом создаются только в верхней и нижней частях. Это существенный недостаток, поскольку кабельные разъемы обычно крепят к модульным скобам в их центральных участках, в результате чего электрическое сопротивление скоб вдоль их длин становится частью высокочастотного сопротивления между разъемами и корпусом. Это сопротивление еще более затрудняет управление электромагнитным излучением кабелей, прикрепленных к разъемам и работающих как антенны.

С другой стороны, если есть механическое препятствие между смежными плоскостями скобы и кожуха, то корпус нужно отклонять, чтобы обеспечивалась возможность установки модульной сборки. Такое условие усложняет изготовление и эксплуатацию установки, а также способствует возникновению напряжения в функциональных модулях.

Сцепление контактной пружины со штампованной скобой создает момент на скобы, вызывающий отход центрального участка скобы от смежной поверхности кожуха, что приводит к видимому дефекту, наблюдаемому с обратной стороны и способствующему возникновению щелей, через которые может исходить электромагнитное излучение от устройства.

Это создает трудности в поддержании ЕМС (электромагнитной) интегрированности ниже предела "Класс В ГСС" при таковой частоте выше 8 МГц. Поэтому основной задачей изобретения является создание устройства, которое исключит недостатки известной конфигурации.

Цель изобретения - увеличение числа несущих сигнал контактов и снижение электромагнитной интерференции от соединителей.

На фиг. 1 показаны элементы компьютерной системы в сборе; на фиг.2-3 - гнездо соединителя, закрепленного на схемной плате, вид в плане и продольный разрез; на фиг.4 - показана система, вид сбоку; на фиг.5,6 - суперпозиционная плата с контактами; на фиг.7 показана схемная плата с контактами; на фиг.8 приведена перспектива разборки функционального модуля усовершенствованной скобы ввода-вывода, предпочтительных форм фиксатора модуля и держателя модуля и средств скрепления элемента; на фиг.9 приведен вид с частичной разборкой экранного кожуха, отформованного в корпусе компьютерного устройства в качестве его неотъемлемой части, и форм усовершенствованных скоб ввода-вывода.

Компьютерная система содержит схемную плату 1 с множеством гнезд соединителей 2, в каждый соединитель 2 вмонтированы первый и второй ряды контактов (3,4, фиг.7), расположенные один напротив другого с одной и с другой его стороны парами с возможностью соединения с соответствующими штырями на противоположных поверхностях краевого соединителя 5 на суперпозиционной плате 6, в которой одна часть контактов (3а, 4а) является земляной, а другая (3б, 4б) - сигнальной.

Каждый земляной контакт (3а, 4а) (фиг.5-7) в одном ряду помещен напротив сигнального контакта (3б, 4б) в другом ряду, при этом каждый сигнальный контакт (3б, 4б) отстоит не более чем на один контакт от земляного контакта (3а, 4а) в любом ряду. Примером такого расположения может быть смещение земляных контактов в одном ряду относительно другого на два шага. Дополнительная помехозащищенность достигается тем, что сигнальные контакты, несущие сигналы с наиболее крутыми фронтами импульсов, размещены рядом с земляными контактами.

Фиг. 8 представляет предпочтительную форму сборки функционального модуля, включающую в себя суперпозиционную плату 6, скобу 7, прикрепленную к этому модулю крепежом в виде заклепок 8 и шайб 9. Заклепки 8 вставлены в отверстия 10 и 11 в выдавленных участках лапок 12 и 13 скобы 7, верхняя заклепка проходит через отверстие 14 в модульном держателе 15 для прочного и точного закрепления скобы 7 и платы 6 на держателе 15. Головки заклепок утоплены и защищены выдавленными участками.

Верхний и нижний замковые штифты 16 на фиксаторе модуля 17 крепят фиксатор на плату 6, для чего продеваются через отверстия 18. Плата 6 имеет лапку краевого соединителя 5 с проводниками, предназначенную для вставки в ответный разъем. Внешние соединения с периферийным прибором выполняют через гнездо 19, закрепленное на плате 6.

На фиг.1 показана скоба 7 перед вводом в канал 20 экранного кожуха 21. Кожух опускается с нажимом до входа лапки краевого соединителя 5 в разъем соединителя 2. Штифты (не изображены) на нижней кромке разъема соединителя 2 предварительно вставляются в ответные отверстия (не изображены) на схемной плате 1. Плата 1 точно позиционирована на компьютерном корпусе 22 посредством установочных отверстий и штырей 23. Экранный кожух 21 крепится и позиционируется внутри корпуса 22. Заземляющие экраны - штифты 24 создают механический и электрический экранный контакт с лапками скоб 25 и лапками 26 и 27 скобы 7 с заземляющей экран системой. Верхние лапки 28 и 29 скоб сцепляются с плакированной поверхностью верхнего поперечного элемента 30. Лапки 31 скоб 20 входят в выемки 33, фиксируя положение верхних концов скоб. Заземляющая экраны система (не изображена) отлична от заземляющей логику системы. Такая изоляция препятствует возврату логических сигналов через экран на землю и способствует безопасности устройств переменного тока. Площадь, определяемая таким внешним контуром, способна излучать значительную энергию на высоких радиочастотах даже при очень незначительных токах через этот контур.

На фиг. 9 показан вариант исполнения экранного кожуха 21, встроенного непосредственно в каркас 23. Когда суперпозиционная плата 6 в сборе установлена в экранный кожух 21, скоба 7 модуля оказывается в ассоциированном пазу компьютерного корпуса 23, представляющего собой пластиковую конструкцию, покрытую медью и никелем для обеспечения электрической проводимости между скобой и корпусом. Задняя поверхность 34 модульной скобы 7 закрывает паз 35 компьютерного корпуса при модульной сборке для внутренней логики. Если схема на суперпозиционной плате 6 соединяется с приборами, внешними по отношению к системному устройству, кабельный разъем (не изображен) устанавливают через отверстие 36 в поверхности 34. Модульная скоба 7 дополнительно содержит пару боковых поверхностей 37, которые скользят по каркасным поверхностям 38 по обе стороны канала 35. Каждая боковая поверхность 37 имеет пять контактных точек 39. Каждая контактная точка удерживается в заданной позиции консольной пружиной. Эти поверхности, контактные точки и консольные пружины выштампованы и изготовлены из нержавеющей стали. Десять контактных точек 39 контактируют со смежными участками каркасных поверхностей 38, осуществляя функцию распределенного многоточечного заземления. Действие консольной пружины направлено так, что контакт происходит вне зависимости от отклонения от размеров модульной скобы 7 и корпуса 23. Поскольку боковые поверхности 37 параллельны направлению стрелки 40, то сохраняется перекрытие относительно каркасных поверхностей 38.

Каркасные поверхности 38 располагаются под небольшим углом, образуя сужающееся отверстие, которое имеет наибольшее сечение на входе для установки модульной сборки. Это предусмотрено для изъятия той части штампа, которая формует эту часть пластикового корпуса 23. Боковые поверхности 37 модульной скобы образуют небольшой угол, обеспечивающий равномерное сцепление после полного ввода модульной сборки. Трапециевидность профиля отверстия и модульной скобы исключает необходимость полного отжатия консольных пружин во время установочного процесса.

Модульная скоба 7 имеет верхнюю концевую лапку 41, которая контактирует со смежной каркасной поверхностью 42, когда модульная сборка уже установлена, и нижние концевые лапки 26 и 27, которые контактируют с обратной поверхностью штифта 24 заземляющей скобы 43. Заземляющая скоба 43 электрически соединена с компьютером средством связи по переменному току (не показано). Концы лапок 26, 27 и штифта 24 разведены с целью предотвращения стыков концов при установке модульной сборки.

Между лапками 26 и 27 имеется паз 44. Отверстие 45 в штифте служит для приема нарезанной крепежной детали 46, которая имеет нарезку на одном конце, а на другом - накатку. Соединитель 46 можно затянуть вручную для зажима лапок 26 и 27 после установки модульного узла. Такой прижим создает электрический заземляющий тракт, который способен пропускать сравнительно большие токи, гарантируя срабатывание устройств защиты по току при коротком замыкании в аппаратных средствах, присоединенных к модульной скобе.

Экономия пространства в корпусе и хорошие электромагнитные характеристики важны для компьютерных систем. В таких системах сигналы, порождаемые процессорными часами и системным генератором, поступают на асинхронные шины. Сигналы используют для генерирования сигналов большей частоты. Даже если частота синхронизации процессором шины является некоторым кратным от частоты тактирования процессора, переходы на шине, задаваемые процессором, генерируют частотные составляющие, которые являются гармониками или смешанными произведениями истинной процессорной частоты. Известно, что электромагнитное излучающее поле (ЕМС) порождается совокупностью всех излучающих токовых контуров в системе. Излучение, исходящее от разъема между системной платой и функциональным модулем, можно значительно снизить описанными ниже способами.

Тестирование в электромагнитной камере показало, что разъемы ввода-вывода являются основным источником электромагнитного излучения. Экранирующие плоскости планарных и функциональной плат исключают токовые петли в них, но излучающие сигналы обнаруживаются при прохождении ими разъемов функциональной платы. Излучаемая энергия вычисляется по следующему уравнению.

Уравнение (I): E = K A I F², где Е - вектор излучаемого поля; К - постоянная пропорциональности; А - площадь каждой петли; I - ток в контуре; F - составляющая частоты, генерирующая энергию.

Излучаемая энергия определяется тремя факторами: площадью петли, током и частотой. Частота определяется быстродействием процессора, выбранным при проектировании, ток определяется током логических приемников и формирователей, размещенных на функциональных модулях. Площадь петли определяется удаленностью сигнала от ближайшей земли и размерами соединения.

Обратный ток заземления доминирует по привилегированному тракту из-за пониженного импеданса, создаваемого взаимоиндукцией на смежном сигнальном проводнике. В кабеле каждый сигнал сопоставляется с отдельной землей, чтобы создать связи по взаимоиндукции М только для одного тракта, когда индуктивность L (гасящая действие М) может оказаться включенной последовательно с землей одноточечных заземляющих соединений на кабельных концах.

Если последовательная индуктивность L минимизирована известными способами, как экранирующие плоскости на кабельных концах или сеточные заземляющие системы, можно использовать общий заземляющий провод для нескольких сигналов от 1,2N, причем взаимоиндуктивности управляют выбором токовых трактов. Площадь, определяемая расстоянием между сигналом и землей, минимизируется, если заземленный возвратный провод близок ко всем сигналам.

Формула изобретения

1. КОМПЬЮТЕРНАЯ СИСТЕМА, содержащая схемную плату, несущую на себе и взаимосвязанную с множеством гнезд соединителей, в каждый соединитель вмонтированы первый и второй ряды контактов, расположенные один напротив другого с одной и с другой стороны его парами с возможностью соединения с соответствующими штырями на противоположных поверхностях краевого соединителя на суперпозиционной плате, в которой одна часть контактов является земляными, а другая - сигнальными, отличающаяся тем, что, с целью уплотнения информации, передаваемой через каждый из соединителей без снижения их взаимной помехозащищенности, каждый земляной контакт (3а, 4а) в ряду помещен напротив сигнального контакта, отстоит не более чем на один контакт от земляного контакта 3а, 4а в любом ряду.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что каждый четвертый контакт в каждом ряду соединен с контуром заземления и является земляным и земляные контакты в рядах смещены между рядами на два шага.

3. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что сигнальные контакты, несущие сигналы с наиболее крутыми фронтами импульсов, размещены рядом с земляными контактами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9