DE102011113068B3

DE102011113068B3 - Leiterplatte für ein Computersystem und Erweiterungskarte

Info

Publication number: DE102011113068B3
Application number: DE201110113068
Authority: DE
Inventors: Rainer Staude
Original assignee: Fujitsu Technology Solutions Intellectual Property GmbH
Current assignee: Fujitsu Client Computing Ltd
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2013-02-14
Anticipated expiration: 2031-09-10
Also published as: WO2013034473A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte (1) für ein Computersystem mit wenigstens einem ersten Steckplatz (2) für eine Erweiterungskarte. Dabei weist der wenigstens eine erste Steckplatz (2) wenigstens einen ersten Anschluss (B14) zum Anschluss wenigstens einer ersten Datenleitung und wenigstens einen zweiten Anschluss (B66) zum Anschuss wenigstens einer zweiten Datenleitung auf. Der wenigstens eine erste Anschluss (B14) ist elektrisch mit einer ersten Schnittstelleneinrichtung gemäß der ersten Schnittstellennorm gekoppelt und der wenigstens eine zweite Anschluss (B66) ist elektrisch mit einer zweiten Schnittstelleneinrichtung gemäß einer zweiten Schnittstellennorm gekoppelt. Die Erfindung betrifft außerdem Erweiterungskarten (20, 30), die zur Aufnahme in einem derartigen Steckplatz (2) geeignet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte für ein Computersystem mit wenigstens einem ersten Steckplatz für eine Erweiterungskarte sowie dafür geeignete Erweiterungskarten.
Leiterplatten für Computersysteme mit wenigstens einem ersten Steckplatz für eine Erweiterungskarte sind vielfach bekannt. Beispielsweise sind auf so genannten Computer Mainboards in der Regel ein oder mehrere Steckplätze gemäß dem so genannten PCI-Express-Standard zum Anschluss von Erweiterungskarten vorgesehen.
Erweiterungskarten für derartige Steckplätze weisen in der Regel eine oder mehrere aktive Komponenten, insbesondere Datenverarbeitungseinheiten, wie Mikro-Controller, Prozessoren oder Grafikprozessoren, und Speichereinheiten, wie Video-RAM-Bausteine oder DRAM-Bausteine, auf. Die aktiven Komponenten der Leiterplatte können über Datenleitungen des Steckplatzes zur Verfügung gestellte Signale verarbeiten und gegebenenfalls in verarbeiteter Form anderen Komponenten eines Computersystems zur Verfügung stellen. Beispielsweise kann eine Grafikerweiterungskarte Grafikrohdaten, die über Datenleitungen wenigstens eines ersten Steckplatzes des Computersystems bereitgestellt werden, verarbeiten und in aufbereiteter Form einem Monitor, der an wenigstens einem Steckverbinder der Erweiterungskarte angeschlossen ist, zur Darstellung eines Bildes zur Verfügung stellen.
Neben der Vorsehung von Steckplätzen für Erweiterungskarten ist auch die Verwendung von so genannten Onboard-Komponenten für Computersysteme bekannt. Dabei sind aktive Komponenten, wie beispielsweise eine Grafikkomponente separat Order als Teil eines Chipsatzes direkt auf einer Leiterplatte des Computersystems angeordnet. Die von der Grafikkomponente erzeugten Signale werden in der Regel über einen Steckverbinder auf der Leiterplatte bereitgestellt. Beispielsweise sind Grafikchips bekannt, die Grafikrohdaten eines Computersystems aufbereiten und über einen geeigneten elektrischen Anschluss gemäß dem so genannten Display Port Schnittstellenstandard einem Bildschirm zur Verfügung stellen.
Aus der EP 1 237 395 B1 ist eine Leiterplattenanordnung mit einer ersten Leiterplatte mit ersten festgelegten Abmessungen und einer zweiten Leiterplatte, die mittels eines Steckverbinders mit der ersten Leitplatte verbindbar ist, bekannt. Im verbundenen Zustand befindet sich die erste und die zweite Leiterplatte in einer Ebene. Dabei sind die Abmessungen der zweiten Leiterplatte so bemessen, dass die Anordnung aus der ersten und der zweiten Leiterplatte zweite festgelegte Abmessungen aufweist.
Aus der DE 299 10 805 U1 ist ein Adaptersystem für PC-Erweiterungskarten mit mindestens einem Bussteckplatz bekannt. Das Adaptersystem ist unter anderem dadurch gekennzeichnet, dass der entsprechende Bussteckplatz des Adaptersystems 1:1 mit dem Bussteckplatz des Motherboards verbunden und parallel zum Motherboard angeordnet ist, so dass die PC-Erweiterungskarten in paralleler Lage zum Motherboard eingebaut werden können.
Aus der DE 198 47 071 C2 ist ein interaktives Multimedia-Card-Modul im PC Card-Format zur Verarbeitung von digitalen MPEG-Daten mit einem Steckverbinder, auf dem eine einheitliche Schnittstelle nach DVB-Standard bereitstellbar ist, mit Speicherplatz für Anwendungs- und Attributdaten und einem taktbaren Controller für die Schnittstelle bekannt. Dort ist vorgesehen, dass auf dem Steckverbinder des interaktiven Multimedia-Card-Moduls alternativ zu der DVB-Schnittstelle eine PC-Card-Schnittstelle bereitstellbar ist durch die Implementierung einer über den Controller in Abhängigkeit von der zu aktivierenden Schnittstelle steuerbaren Signalumschaltung zwischen den die beiden Schnittstellen charakterisierenden Signalbelegungen der entsprechenden Pins des Steckverbinders.
Aus der DE 195 80 606 C2 ist ein Computersystem sowie ein Verfahren zum Benutzen eines Festplattenlaufwerks mit einer IDE Schnittstelle in einem PCI-kompatiblen Erweiterungssteckplatz bekannt. Das Computersystem ist durch eine mit dem PCI-Busverbinder gekoppelte Schaltung gekennzeichnet, die die Verwendung einer Peripheriegerät-Steckkarte in dem PCI-Busverbinder ermöglicht.
Aufgrund der Vielzahl miteinander konkurrierender Standards und Ausbaustufen eines Computersystems müssen Systemhersteller oftmals entweder eine Vielzahl unterschiedlicher Leiterplatten oder einheitliche Leiterplatten mit unterschiedlichen Bestückungsvarianten vorhalten, um eine Vielzahl möglicher Systemkonfigurationen anzubieten. Darüber hinaus weisen Leiterplatten oftmals eine Vielzahl von physikalischen Anschlüssen auf, die in etlichen Bestückungsvarianten nicht oder nur zeitweise benötigt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Leiterplatte für ein Computersystem zu beschreiben, das eine Mehrzahl möglicher Konfigurationen ermöglicht. Dabei soll die Anzahl der dafür benötigten physikalischen Steckverbindungen möglichst gering gehalten werden.
Die oben genannte Aufgabe wird durch eine Leiterplatte für ein Computersystem mit wenigstens einem ersten Steckplatz für eine Erweiterungskarte gelöst, wobei ein Formfaktor des wenigstens einen ersten Steckplatzes einer ersten Schnittstellennorm entspricht und zur Aufnahme unterschiedlicher Erweiterungskarten gemäß der ersten Schnittstellennorm mit einer unterschiedlichen Anzahl von Signalleitungen vorgesehen ist. Der wenigstens eine erste Steckplatz weist wenigstens einen ersten Anschluss zum Anschluss wenigstens einer ersten Datenleitung und wenigstens einen zweiten Anschluss zum Anschluss wenigstens einer zweiten Datenleitung auf, wobei der wenigstens eine erste Anschluss elektrisch mit einer ersten Schnittstelleneinrichtung gemäß der ersten Schnittstellennorm und der wenigstens eine zweite Anschluss elektrisch mit einer zweiten Schnittstelleneinrichtung gemäß einer zweiten Schnittstellennorm gekoppelt ist.
Eine derartige Leiterplatte mit einem gemeinsamen ersten Steckplatz zum Bereitstellen von Anschlussleitungen gemäß einer ersten Schnittstellennorm und einer zweiten Schnittstellennorm ermöglicht die Implementierung unterschiedlicher Anschlüsse für unterschiedliche Schnittstellennormen unter Beibehaltung einer einheitlichen Leiterplatte. Dabei macht sich die Erfindung zunutze, dass manche Schnittstellennormen Erweiterungskarten mit einer unterschiedlichen Anzahl von Signalleitungen vorsehen, wobei die jeweils aktuell nicht verwendeten Signalleitungen beispielsweise zum Bereitstellen von elektrischen Signalen gemäß einer zweiten Schnittstellennorm genutzt werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sieht die erste Schnittstellennorm Steckplätze eines ersten Typs zur Aufnahme eines ersten Typs von Erweiterungskarten mit einer ersten Anzahl von Signalleitungen und zweite Steckplätze eines zweiten Typs zur Aufnahme von Erweiterungskarten eines zweiten Typs mit einer zweiten Anzahl von Signalleitungen vor, wobei die erste Anzahl größer als die zweite Anzahl ist. Dabei können die Karten des zweiten Typs in einem ersten Teilbereich eines Steckplatzes des ersten Typs aufgenommen werden. Der wenigstens eine erste Anschluss ist in dem ersten Teilbereich des wenigstens eines ersten Steckplatzes angeordnet und der wenigstens eine zweite Anschluss ist in einem von dem ersten Teilbereich verschiedenen zweiten Teilbereich des wenigstens einen ersten Steckplatzes angeordnet. Derartige Schnittstellennormen, wie beispielsweise der so genannte PCI-Express-Standard, erlauben die Aufnahme unterschiedlicher Erweiterungskarten mit einer unterschiedlichen Anzahl von Signalleitungen in einem einheitlichen Steckplatz, wobei der jeweils nicht verwendete Teil des Steckplatzes gemäß der beschriebenen Ausgestaltung zum zur Verfügung stellen weiterer elektrischer Signale genutzt wird.
Gemäß einer Ausgestaltung ist der wenigstens eine zweite Anschluss elektrisch über einen Serienkondensator mit der zweiten Schnittstelleneinrichtung gekoppelt. Durch die Vorsehung eines Serienkondensators für den zweiten Anschluss kann dabei eine ungewollte elektrische Kopplung beim Anschluss von Erweiterungskarten gemäß der ersten Schnittstellennorm mit zusätzlichen Signalleitungen vermieden werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Erweiterungskarte zur Verwendung mit einer derartigen Leiterplatte beschrieben. Die Erweiterungskarte weist einen Anschlussbereich mit einem ersten Teilbereich und einem von dem ersten Teilbereich verschiedenen zweiten Teilbereich zur Aufnahme in wenigstens einem ersten Steckplatz der Leiterplatte mit einem Formfaktor gemäß einer ersten Schnittstellennorm, wenigstens eine Datenleitung im Bereich des zweiten Teilbereichs und wenigstens einen Steckverbinder mit wenigstens einem Anschluss gemäß einer zweiten Schnittstellennorm auf, wobei der wenigstens eine Anschluss des Steckverbinders elektrisch mit der wenigstens einen zweiten Datenleitung verbunden ist.
Eine derartige Erweiterungskarte eignet sich zum Übertragen von Signalen von dem ersten Steckplatz mit einer Bauform gemäß einer ersten Schnittstellennorm an einem zweiten Steckverbinder gemäß einer zweiten Schnittstellennorm durch Verwendung einer Erweiterungskarte. Auf diese Weise muss ein gegebenenfalls nicht verwendeter zweiter Steckverbinder nicht auf der Leiterplatte des Computersystems vorgesehen werden, sondern kann bei Bedarf in Form einer bevorzugt passiven Erweiterungskarte nachgerüstet werden.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Erweiterungskarte zur Verwendung mit einer Leiterplatte gemäß dem ersten Aspekt beschrieben. Die Erweiterungskarte weist einen Anschlussbereich mit einem ersten Teilbereich und einem von dem ersten Teilbereich verschiedenen zweiten Teilbereich zur Aufnahme in wenigstens einem Steckplatz der Leiterplatte mit einem Formfaktor gemäß einer ersten Schnittstellennorm, wenigstens eine ersten Datenleitung im Bereich des ersten Teilbereichs sowie wenigstens eine zweite Datenleitung im Bereich des zweiten Teilbereichs und wenigstens einen Steckverbinder mit wenigstens einem Anschluss gemäß einer dritten Schnittstellennorm auf. Die Erweiterungskarte weist des Weiteren wenigstens eine Multiplexvorrichtung auf, wobei die Multiplexvorrichtung dazu eingerichtet ist, wahlweise über die erste Datenleitung und/oder die zweite Datenleitung übertragene Daten über den wenigstens einen Anschluss des Steckverbinders bereitzustellen.
Eine derartige Erweiterungskarte erlaubt die Kombination von Signalen gemäß einer ersten Schnittstellennorm und einer zweiten Schnittstellennorm für einen Steckverbinder gemäß einer dritten Schnittstellennorm. Beispielsweise können Signale gemäß dem PCI-Express-Standard und dem Display-Port-Standard über eine gemeinsame Thunderbolt-Schnittstelle bereitgestellt werden. Zur Implementierung der Thunderbolt-Schnittstelle benötigte Komponenten können dabei auf der Erweiterungskarte vorgesehen werden, sodass wiederum eine einheitliche Leiterplatte für das Computersystem verwendet werden kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen sowie der nachfolgenden, ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. In den Figuren zeigen:
1A bis 1D eine Leiterplatte für ein Computersystem mit wenigstens einem Steckplatz,
2 eine erste Erweiterungskarte zum Bereitstellen eines Signals gemäß einer zweiten Schnittstellennorm und
3 eine zweite Erweiterungskarte zum Bereitstellen eines Signals gemäß einer dritten Schnittstellennorm.
1A bis 1D zeigen schematisch eine Leiterplatte 1 eines im Weiteren nicht dargestellten Computersystems. Bei der Leiterplatte 1 handelt es sich insbesondere um das so genannte Mainboard des Computersystems.
Auf der Leiterplatte 1 ist ein Steckplatz 2 zur Aufnahme einer Erweiterungskarte angeordnet. Bei dem ersten Steckplatz 2 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um einen Steckplatz mit einer Bauform gemäß der PCI-Express 3.0 Basis Spezifikation der PCI Special Interest Group vom 19. November 2010. Dabei entsprechen die Abmessungen des ersten Steckplatzes 2 den Abmessungen eines Steckplatzes gemäß dem PCI-Express-Standard zur Aufnahme einer Erweiterungskarte mit jeweils 16 differenziellen Ein- und Ausgabeleitungen (x16). Selbstverständlich kann es sich bei dem Steckplatz 2 auch einen Steckplatz gemäß dem PCI-Express-Standard zur Aufnahme einer Erweiterungskarte mit jeweils 32 (x32), 8 (x8), 4 (x4) oder 2 (x2) differentiellen Ein- und Ausgabeleitungen oder gemäß einer anderen Schnittstellennorm handeln, die eine Mehrzahl von Anschlüssen für Signalleitungen vorsieht.
Auf der Leiterplatte 1 ist des Weiteren ein so genannter PCI-Host-Schnittstellenbaustein 3 sowie ein Display-Port-Host-Schnittstellenbaustein 4 gemäß dem Display-Port-Standard gemäß Version 1.1a der. Video Electronics Standards Association (VESA) vom 2. April 2007 angeordnet. Darüber hinaus umfasst die Leiterplatte auch einen allgemeinen Ein-/Ausgabebaustein 5. Die Bausteine 3, 4 und 5 sind über Signalleitungen mit dem ersten Steckplatz 2 gekoppelt. Je nach Art des zur Verfügung gestellten oder abgerufenen Signals sind dabei optional Serienkondensatoren oder Widerstände in die Signalleitungen eingeschleift.
Ein x16-Steckplatz umfasst einen zweiseitigen Steckverbinder mit 82 Anschlüssen je Seite, die in den 1A bis 1D mit den Bezugszeichen A1 bis A82 bzw. B1 bis B82 versehen sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nicht alle Anschlüsse des Steckplatzes 2 in den 1A bis 1D dargestellt. Die nicht dargestellten Anschlüsse des Steckplatzes sind im Ausführungsbeispiel jeweils gemäß dem PCI-Express-Standard angeschlossen.
Der Steckplatz 2 besteht aus einem ersten Steckerbereich 6 mit insgesamt 22 Anschlüssen A1 bis A11 sowie B1 bis B11 und einem davon durch eine Trennwand getrennten zweiten Steckerbereich 7 mit 142 Anschlüssen A12 bis A82 und B12 bis B82. In dem ersten Steckerbereich 6 sind etliche Anschlüsse zum Bereitstellen unterschiedlicher Betriebsspannungen, insbesondere 3,3 und 12 V, sowie einige gemeinsam genutzte Steuersignale, wie beispielsweise ein Aufwecksignal (Wake) sowie ein Rücksetzsignal (Reset) angeordnet. Die Belegung des ersten Steckerbereichs 6 entspricht der Belegung gemäß dem PCI-Express-Standard und wird daher nicht weiter erläutert.
Der zweite Steckerbereich 7 ist in den 1A bis 1D in vier Teilbereiche 8, 9, 10 und 11 untergliedert. Im Ausführungsbeispiel stellen die dargestellten Teilbereiche lediglich eine logische Untergliederung des einheitlichen Steckerbereichs 7 dar. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Teilbereiche 8, 9, 10 und 11 physikalisch, beispielsweise durch Einkerbungen in einer Leiterplatte oder Trennstege eines Steckverbinders, voneinander zu trennen.
In dem ersten Teilbereich 8, umfassend die Anschlüsse A12 bis A31 sowie B12 bis B29, ist der Steckplatz 2 gemäß dem PCI-Express-Standard für PCI-Express-Erweiterungskarten mit einer (x1), zwei (x2) oder vier Signalleitungen (x4) je Richtung, d. h. je vier Datenleitungen für die Eingabe und vier Datenleitungen für die Ausgabe von Signalen, belegt. Wie sich aus den 1A bis 1D ergibt, sind für die so genannten Downstream-Signale, also die Signale, die von dem PCI-Host-Schnittstellenbaustein 3 über den Steckplatz 2 an eine Erweiterungskarte übertragen werden, auf Seiten der Leiterplatte 1 Serienkondensatoren 12 vorgesehen, damit die Signale gleichspannungsfrei an die Erweiterungskarte übertragen werden können. In der umgekehrten Upstream-Übertragungsrichtung, d. h. von einer Erweiterungskarte zu dem PCI-Host-Schnittstellenbaustein 3, sind entsprechende Serienkondensatoren auf Seiten der Erweiterungskarte vorgesehen. Dies ist in den 1A bis 1D jedoch nicht dargestellt.
Im zweiten Teilbereich 9, der im Ausführungsbeispiel die Signalleitungen A63 bis A82 sowie B61 bis B82 umfasst, werden entgegen dem PCI-Express-Standard keine weiteren Signalleitungen gemäß dem PCI-Express-Standard zur Ein- und Ausgabe von Daten an eine Erweiterungskarte mit 16 Datenleitungen (x16) sondern Datenleitungen zum Bereitstellen von Signalen gemäß dem Display-Port-Standard vorgesehen. Insbesondere werden über die Anschlüsse B65 bis B80 vier differenzielle Downstream-Ausgangssignale des Display-Port-Host-Schnittstellenbausteins 4 über die Anschlüsse des ersten Steckplatzes 2 zur Verfügung gestellt, die gemäß dem PCI-Express-Standard zur Bereitstellung der differenziellen Downstream-Signalleitungen EXP IN12 bis EXP IN15 genutzt werden. Zusätzlich wird über die Anschlüsse B61 bis B64 ein weiterer differentieller Hilfsdatenkanal gemäß dem Display-Port-Protokoll über den normalerweise für den elften Downstream-Datenkanal EXP IN11 genutzten Anschlüsse bereitgestellt.
Um eine ungewünschte elektrische Kopplung zwischen dem Display-Port-Host-Schnittstellenbaustein 4 und einer gegebenenfalls in den ersten Steckplatz 2 aufgenommenen x16-Erweiterungskarte zu vermeiden, sind die Anschlüsse des Steckverbinders 2 elektrisch nur indirekt über Serienkondensatoren 12 mit dem Display-Port-Host-Schnittstellenbaustein 4 gekoppelt. Auf diese Weise machen sich insbesondere unterschiedliche Gleichspannungspegel auf Seiten des Display-Host-Schnittstellenbausteins 4 und einer in den Steckplatz 2 aufgenommenen Erweiterungskarte elektrisch nicht bemerkbar. Die Kapazität der Serienkondensatoren 12 beträgt im Ausführungsbeispiel 100 nF.
Zusätzlich sind in dem zweiten Teilbereich 9 weitere Anschlüsse zur Übermittlung von Informationen von einer Erweiterungskarte an den Display-Host-Schnittstellenbaustein 4 vorgesehen. Anders als die so genannten Downstream-Signale werden die Upstream- oder Rückkanalinformationen gemäß dem Display-Port-Standard mit einer verhältnismäßig geringen Datenrate zur Verfügung gestellt. Daher ist für die Implementierung des Rückkanals insbesondere keine differenzielle Signalisierung erforderlich.
Um eine ungewünschte elektrische Kopplung von eventuell vorhandenen Signalen einer x16-Steckkarte und dem Display-Host-Schnittstellenbaustein 4 zu vermeiden, werden die Rückkanalinformationen daher über gemäß dem PCI-Express Standard mit einem Massepotenzial verbundenen Anschlüssen zurück von dem ersten Steckplatz 2 an den Display-Port-Host-Schnittstellenbaustein 4 übermittelt. Dabei wird der Anschluss A66 zum Bereitstellen eines Taktsignals für einen so genannten Display Data Channel (DDC) der VESA verwendet. Das zugehörige Datensignal wird über den Anschluss A70 übermittelt. Über den Anschluss A74 wird ein weiteres Signal zur automatischen Erkennung eines an eine Display-Port-Karte angeschlossenen Monitors oder eine sonstige Anzeigevorrichtung bereitgestellt.
Über den Anschluss A78 wird schließlich ein Steuersignal bereitgestellt, das, wenn es auf einem hohen logischen Pegel liegt, anzeigt, dass eine Erweiterungskarte zum Anschluss eines Display-Port-Geräts in den Steckplatz 2 eingesteckt ist. Das Signal am Anschluss A78 kann entweder von dem Display-Port-Host-Schnittstellenbaustein 4 selbst oder von dem allgemeinen Ein-/Ausgabebaustein 5 ausgewertet werden und dient insbesondere dazu, die Ausgabesignale an den Anschlüssen B61 bis B80 nur dann bereitzustellen, wenn tatsächlich eine Karte in den Steckplatz 2 eingesteckt ist, die die zusätzlichen Signale gemäß dem Display-Port-Standard verwendet.
Zur Vermeidung von Beschädigungen des Display-Port-Host-Schnittstellenbausteins 4 einerseits und einer möglicherweise in den Steckplatz 2 aufgenommenen x16-Erweiterungskarte gemäß dem PCI-Express-Standard andererseits sind auf Seiten der Rückkanäle Widerstände 13 in die Datenleitungen eingeschleift, die einen Stromfluss über die genannten Leitungen begrenzen. Zusätzlich können weitere, in den 1A bis 1D aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellte so genannte Pull-down-Widerstände vorgesehen sein, die den Pegel an den Anschlüssen A66, A70, A74 und A78 begrenzen.
In dem dritten Teilbereich 10 sind optional zwei weitere Steuersignale vorgesehen, die über die Anschlüsse A32 und A33 an den Ein-/Ausgabebaustein 5 zur Verfügung gestellt werden. Die Anschlüsse A32 und A33 sind gemäß dem PCI-Express-Standard reserviert und stehen somit zur Belegung mit herstellerspezifischen Signalen zur Verfügung.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird über den Anschluss A32 ein erstes Steuersignal zur Verfügung gestellt, das die Erkennung einer besonderen Erweiterungskarte in dem Steckplatz 2 ermöglicht. Dabei handelt es sich im Ausführungsbeispiel um eine so genannte Thunderbolt-Erweiterungskarte, die die Signale des ersten Bereichs 8 und des zweiten Bereichs 9 gemäß dem PCI-Express- bzw. dem Display-Port-Standard kombiniert, um ein Ausgangssignal gemäß dem Thunderbolt-Standard der Firma Intel zu erzeugen. Über den Anschluss A33 wird dabei ein zusätzliches Steuersignal zur Signalisierung von so genannten Hot-Plug-Events durch den Thunderbolt-Schnittstellenbaustein übertragen. Zum Schutz der Erweiterungskarte und des Ein-/Ausgabebausteins 5 sind dabei wiederum Widerstände 13 in die entsprechenden Signalleitungen eingeschleift.
In dem vierten Teilbereich 11 wurde der Anschluss A49, der gemäß dem PCI-Express-Standard üblicherweise mit einem Massepotential verbunden ist, bewusst mit keiner anderen Leitung der Leiterplatte 1 verbunden. Das heißt, dass der Anschluss A49 elektrisch hochohmig von dem Massepotenzial getrennt ist. Über diesen Anschluss A49 kann somit eine in den Steckplatz 2 eingesteckte Erweiterungskarte erkennen, ob es sich um einen modifizierten Steckplatz mit zusätzlichen Display-Port-Signalen in dem zweiten Teilbereich 9 handelt oder um einen gewöhnlichen x16-Steckplatz gemäß dem PCI-Express-Standard. Ist der Anschluss A49 hochohmig, geht eine in den Steckplatz 2 aufgenommene Erweiterungskarte davon aus, dass über die Signalleitungen des zweiten Teilbereichs 9 Signale gemäß dem Display-Fort-Standard bereitgestellt werden. Ist der Signalpegel des Anschlusses A49 dagegen niederohmig mit dem Massepotenzial verbunden, kann eine in den Steckplatz 2 aufgenommene Erweiterungskarte davon ausgehen, dass es sich um einen x16-Steckplatz handelt, bei dem in allen Teilbereichen 8 bis 11 Signale gemäß dem PCI-Express-Standard bereitgestellt werden.
Neben dem in den 1A bis 1D dargestellten Ausführungsbeispiel mit vier PCI-Express-Datenleitungen ist selbstverständlich auch die Verwendung von acht, zwei oder nur einer einzelnen Datenleitung möglich. Darüber hinaus können neben dem in den 1A bis 1D dargestellten ersten Steckplatz 2 zur Kombination von Signalen gemäß dem PCI-Express-Standard und dem Display-Port-Standard selbstverständlich noch weitere Steckplätze gemäß dem PCI-Express-Standard vorgesehen sein. Bevorzugt handelt es sich dabei um vollwertige, gemäß dem PCI-Express-Standard bestückte x16-Steckplätze, sodass darin PCI-Express-Karten mit bis zu 16 Signalleitungen je Datenflussrichtung eingesetzt werden können.
Die 2 und 3 zeigen unterschiedliche Erweiterungskarten, die insbesondere zur Verwendung in dem Steckplatz 2 der Leiterplatte 1 gemäß den 1A bis 1D geeignet sind.
In der 2 ist eine erste Erweiterungskarte 20 zum Bereitstellen von Signalen gemäß dem Display-Port-Standard dargestellt. Die erste Erweiterungskarte 20 weist einen Anschlussbereich 21 mit vier Teilbereichen 22 bis 25 zum Anschluss einer Mehrzahl von Datenleitungen auf. Die Teilbereiche 22 bis 25 sind den Teilbereichen 8 bis 11 des Steckverbinders 2 zugeordnet.
Der erste Teilbereich 22 dient zur Bereitstellung von Signalen gemäß dem PCI-Express-Standard und wird von der ersten Erweiterungskarte 20 nicht genutzt. Der zweite Teilbereich 23 dient insbesondere zum Bereitstellen von Signalen gemäß dem Display-Port-Standard und wird über eine geeignete Anzahl von Datenleitungen 26 mit einem Steckverbinder 27 zum Anschluss einer Anzeigevorrichtung gemäß dem Display-Port-Standard verbunden. Zusätzlich wird in dem zweiten Teilbereich 23 ein geeignetes Steuersignal bereitgestellt, das den Typ der Erweiterungskarte 20 signalisiert. Beispielsweise kann über einen Pull-Up-Widerstand 28 ein logisch hoher Pegel an dem Anschluss A78 des Steckplatzes 2 gemäß den 1A bis 1D bereitgestellt werden. Die verbleibenden dritten und vierten Teilbereiche 24 und 25 werden für die Erweiterungskarte 20 in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 nicht verwendet. Das in der 2 dargestellte Ausführungsbeispiel stellt eine besonders preisgünstige Möglichkeit zum Bereitstellen von Signalen gemäß dem Display-Port-Standard über eine passive Erweiterungskarte 20 dar. Computersysteme, die einen Anschluss gemäß dem Diplay-Port-Standard benötigen, werden durch Einstecken der Erweiterungskarte 20 ab Werk oder nachträglich aufgerüstet. Bei anderen Computersystemen, die beispielsweise eine aktive Grafikkarte gemäß dem PCI-Express-Standard verwenden, ist die Vorsehung der Erweiterungskarte nicht erforderlich. In beiden Fällen kann auf die Vorsehung eines gesonderten Steckverbinders oder eines Multiplexers auf der Leiterplatte 1 verzichtet werden.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform ist auf der Erweiterungskarte 20 eine Unterbrechungsschaltung angeordnet, die die Anschlüsse des zweiten Anschlussbereiches 23 nur dann mit dem Steckverbinder 27 verbindet, wenn die Belegung des Steckverbinder 2 wie oben beschrieben modifiziert ist. Hierzu kann beispielsweise der Anschluss A49 im vierten Teilbereich 11 des Steckplatzes 2 auf eine Verbindung mit einem Massepotential überwacht werden.
In der 3 ist eine zweite Erweiterungskarte 30 dargestellt, die zum Anschluss von so genannten Thunderbolt-Erweiterungsgeräten an das Computersystem dient. Die zweite Erweiterungskarte 30 umfasst wiederum einen Anschlussbereich 31 mit Teilbereichen 32, 33, 34 und 35. Die Aufteilung der Teilbereiche entspricht dabei der ersten Erweiterungskarte 20 gemäß 2.
Der Thunderbolt-Standard der Firma Intel sieht eine Übertragung von Signalen gemäß dem PCI-Express-Protokoll und/oder dem Display-Port-Protokoll vor. Dabei werden die Signale gemultiplext über ein oder mehrere, besonderes schnelle Datenkanäle gemäß dem Thunderbolt-Protokoll übertragen. Auf der zweiten Erweiterungskarte 30 ist im Ausführungsbeispiel ein Thunderbolt-Host-Schnittstellenbaustein 36 angeordnet. Der Thunderbolt-Host-Schnittstellenbaustein 36 ist mit entsprechenden Signalleitungen mit Anschlüssen in dem ersten Teilbereich 32 und in dem zweiten Teilbereich 33 zum Kombinieren von Signalen gemäß dem PCI-Express-Standard und dem Display-Standard verbunden. Zusätzlich ist der Thunderbolt-Host-Schnittstellenbaustein 36 in dem dritten Anschlussbereich 34 über Steuersignalleitungen mit Anschlüssen des Steckverbinders 2 verbunden, um das Vorhandensein des Thunderbolt-Host-Schnittstellenbausteins 36 und daran angeschlossener Geräte an den Ein-/Ausgabebaustein 5 der Leiterplatte 1 zu signalisieren.
Optional überwacht der Thunderbolt-Host-Schnittstellenbaustein eine Signalleitung im vierten Teilbereich 35, um zu erkennen, ob die zweite Erweiterungskarte 30 in einen kombinierten Steckplatz 2 gemäß einer Leiterplatte 1 nach den 1A bis 1D eingesteckt ist oder nicht. Erkennt der Thunderbolt-Host-Schnittstellenbaustein 36, dass die zweite Erweiterungskarte 30 in einen Steckplatz 2 gemäß den 1A bis 1D eingesteckt ist, kombiniert es die über den ersten Teilbereich 32 zur Verfügung gestellten Signale gemäß dem PCI-Express-Standard mit den über den zweiten Teilbereich 33 zur Verfügung gestellten Signalen gemäß dem Display-Port-Standard, um einen Steckverbinder 37 gemäß dem Thunderbolt-Protokoll anzusteuern.
Durch die beschriebene Leiterplatte 1 sowie die Erweiterungskarten 20 und 30 können eine Vielzahl von unterschiedlichen Systemkonfigurationen für ein Computersystem verwirklicht werden, wobei auf Seiten der Leiterplatte 1 des Computersystems nur ein einzelner Steckplatz 2 zur Verfügung gestellt werden muss.
Zum Beispiel ist es möglich, in dem Steckplatz 2 eine konventionelle PCI-Express-Erweiterungskarte vorzusehen, die beispielsweise ein Grafiksignal mittels eines auf der Erweiterungskarte angeordneten PCI-Grafikprozessors erzeugt. Die PCI-Express-Erweiterungkarte kann 1, 2, 4, 8 oder 16 Signalleitungen aufweisen. Dabei werden in der beschriebenen Ausgestaltung maximal 8 Signalleitungen der Erweiterungskarte elektrisch mit entsprechenden Signalleitungen der Leiterplatte verbunden und tatsächlich zum Austausch von Informationen genutzt.
Alternativ ist es auch möglich, ein Grafiksignal durch einen Teil des Chipsatzes der Leiterplatte 1 gemäß dem Display-Port-Standard zu erzeugen und über eine als Display-Port-Anschlussadapter dienende erste Erweiterungskarte 20 nach außen an ein externes Ausgabegerät weiterzuleiten.
Schließlich ist es auch möglich, in den Steckplatz 2 eine zweite Erweiterungskarte 30 einzustecken, die die Signale des PCI-Express-Standards mit Signalen des Display-Port-Standards kombiniert. Beispielsweise kann eine derartige Erweiterungskarte Signale gemäß dem Thunderbolt-Standard zu erzeugen. Dabei muss der dafür benötigte Thunderbolt-Host-Schnittstellenbaustein 36 nicht auf jeder Leiterplatte 1 vorgesehen werden, sondern wird nur zusammen mit der zweiten Erweiterungskarte 30 in einem Computersystem installiert.
Selbstverständlich sind auch andere Erweiterungskarten möglich, beispielsweise TV-Tuner-Karten oder HDMI-Karten, die Grafiksignale teilweise über einen PCI-Express-Bus und teilweise über einen Display-Port-Anschluss ein- bzw. ausgegeben werden.
Durch die Verwendung von Serienkondensatoren können die Signale der zusätzlichen Display-Port-Grafikschnittstelle so an einen PCI-Express-Slot angeschlossen werden, dass trotzdem eine x16-Erweiterungskarte in den Steckplatz 2 eingesteckt werden kann, ohne dass die Signalleitungen der zusätzlichen Grafikschnittstelle die Funktion der PCI-Express-X16-Karte beeinflussen. Hierdurch wird zusätzlich ein Kostenvorteil gegenüber einer alternativen Verwendung eines Multiplexers bewirkt. Dies bietet sich insbesondere bei dem beschriebenen Display-Port- und PCI-Express-Standard an, da deren Ausgangssignale gleichspannungsfrei über Serienkondensatoren übertragen werden können. Somit sind auf der Leiterplatte 1 lediglich verhältnismäßig preisgünstige Serienkondensatoren 12 notwendig, um die üblichen Signalleitungen einer x16-Erweiterungkarte von den Display-Port-Leitungen des Steckplatzes 2 zu entkoppeln.
Bezugszeichenliste

1: Leiterplatte
2: Steckplatz
3: PCI-Host-Schnittstellenbaustein
4: Display-Port-Host-Schnittstellenbaustein
5: Ein-/Ausgabebaustein
6: erster Steckerbereich
7: zweiter Steckerbereich
8: erster Teilbereich
9: zweiter Teilbereich
10: dritter Teilbereich
11: vierter Teilbereich
12: Serienkondensator
13: Widerstand
20: erste Erweiterungskarte
21: Anschlussbereich
22: erster Teilbereich
23: zweiter Teilbereich
24: dritter Teilbereich
25: vierter Teilbereich
26: Datenleitung
27: Steckverbinder
28: Pull-up-Widerstand
30: zweite Erweiterungskarte
31: Anschlussbereich
32: erster Teilbereich
33: zweiter Teilbereich
34: dritter Teilbereich
35: vierter Teilbereich
36: Thunderbolt-Host-Schnittstellenbaustein
37: Steckverbinder

Claims

Leiterplatte (1) für ein Computersystem mit wenigstens einem ersten Steckplatz (2) für eine Erweiterungskarte, wobei – ein Formfaktor des wenigstens einen ersten Steckplatzes (2) einer ersten Schnittstellennorm entspricht und zur Aufnahme unterschiedlicher Erweiterungskarten gemäß der ersten Schnittstellennorm mit einer unterschiedlichen Anzahl von Signalleitungen vorgesehen ist; – der wenigstens eine erste Steckplatz (2) wenigstens einen ersten Anschluss (B14) zum Anschluss wenigstens einer ersten Datenleitung und wenigstens einen zweiten Anschluss (B66) zum Anschluss wenigstens einer zweiten Datenleitung aufweist; – der wenigstens eine erste Anschluss (B14) elektrisch mit einer ersten Schnittstelleneinrichtung gemäß der ersten Schnittstellennorm gekoppelt ist und – der wenigstens eine zweite Anschluss (B66) elektrisch mit einer zweiten Schnittstelleneinrichtung gemäß einer zweiten Schnittstellennorm gekoppelt ist.
Leiterplatte (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die erste Schnittstellennorm Steckplätze eines ersten Typs zur Aufnahme von Erweiterungskarten eines ersten Typs mit einer ersten Anzahl von Signalleitungen vorsieht und – die erste Schnittstellennorm weiter Steckplätze eines zweiten Typs zur Aufnahme von Erweiterungskarten eines zweiten Typs mit einer zweiten Anzahl von Signalleitungen vorsieht, – wobei die erste Anzahl größer ist als die zweite Anzahl, – wobei die Karten des zweiten Typs in einem ersten Teilbereich (8) eines Steckplatzes (2) des ersten Typs aufgenommen werden können, – wobei der wenigstens eine erste Anschluss (B14) in dem ersten Teilbereich (8) des wenigstens einen ersten Steckplatzes (2) angeordnet ist und – wobei der wenigstens eine zweite Anschluss (B66) in einem von dem ersten Teilbereich (8) verschiedenen zweiten Teilbereich (9) des wenigstens eines ersten Steckplatzes (2) angeordnet ist.
Leiterplatte (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die Leiterplatte (1) wenigstens einen zweiten Steckplatz gemäß dem ersten Schnittstellenstandard aufweist, – wobei der wenigstens eine erste Schnittstellensteckplatz (2) wenigstens die zweite Anzahl Anschlüsse aufweist, die elektrisch mit der ersten Schnittstelleneinrichtung gekoppelt sind, und – wobei der wenigstens eine zweite Schnittstellensteckplatz wenigstens die erste Anzahl von Anschlüssen aufweist, die elektrisch mit der ersten Schnittstelleneinrichtung gekoppelt sind.
Leiterplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schnittstellennorm erste Anschlusspaare (B66, B67) zum Anschließen differenzieller Dateneingangsleitungen vorsieht, wobei der wenigstens eine zweite Anschluss (B66) einen Teil eines ersten Anschlusspaares (B66, B67) bildet und elektrisch mit einer Datenausgangsleitung der zweiten Schnittstellenvorrichtung verbunden ist.
Leiterplatte (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schnittstellennorm wenigstens ein dritten Anschluss (A69) zum Anschließen einer Datenausgangsleitungen einer Erweiterungskarte sowie wenigstens einen dem dritten Anschluss zugeordneten vierten Anschluss (A70) zum Bereitstellen eines Massepotenzials vorsieht, wobei wenigstens eine Dateneingangsleitung der zweiten Schnittstellenvorrichtung elektrisch mit dem wenigstens einen vierten Anschluss (A70) verbunden ist.
Leiterplatte (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schnittstellennorm wenigstens einen fünften Anschluss (A49) zum Bereitstellen eines Massepotenzials vorsieht, wobei der wenigstens eine fünfte Anschluss (A49) des wenigstens einen ersten Steckplatzes (2) elektrisch nicht mit einem Massepotenzial verbunden ist.
Leiterplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine zweite Anschluss (B66) elektrisch über einen Serienkondensator (12) mit der zweiten Schnittstelleneinrichtung gekoppelt ist.
Leiterplatte (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine erste Schnittstellennorm dem PCI-Express-Standard entspricht.
Leiterplatte (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine zweite Schnittstellennorm dem Display-Port-Standard entspricht.
Erweiterungskarte (20) zur Verwendung mit einer Leiterplatte (1) gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 9, umfassend: – einen Anschlussbereich (21) mit einem ersten Teilbereich (22) und einem von dem ersten Teilbereich (22) verschiedenen zweiten Teilbereich (23) zur Aufnahme der Erweiterungskarte (20) in wenigstens einem Steckplatz (2) der Leiterplatte (1) mit einem Formfaktor gemäß einer ersten Schnittstellennorm, – wenigstens eine Datenleitung (26) im Bereich des zweiten Teilbereichs (23) und – wenigstens einem Steckverbinder (27) mit wenigstens einem Anschluss gemäß einer zweiten Schnittstellennorm, wobei der wenigstens eine Anschluss des Steckverbinders (27) elektrisch mit der wenigstens einen zweiten Datenleitung (26) verbunden ist.
Erweiterungskarte (30) zur Verwendung mit einer Leiterplatte (1) gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 9, umfassend – einen Anschlussbereich (31) mit einem ersten Teilbereich (32) und einem von dem ersten Teilbereich (32) verschiedenen, zweiten Teilbereich (33) zur Aufnahme der Erweiterungskarte (30) in wenigstens einem Steckplatz (2) der Leiterplatte (1) mit einem Formfaktor gemäß einer ersten Schnittstellennorm, – wenigstens eine erste Datenleitung im Bereich des ersten Teilbereichs (32) und wenigstens eine zweite Datenleitung im Bereich des zweiten Teilbereichs (33), – wenigstens einen Steckverbinder (37) mit wenigstens einem Anschluss gemäß einer dritten Schnittstellennorm und – wenigstens eine Multiplexvorrichtung, wobei die Multiplexvorrichtung dazu eingerichtet ist, wahlweise über die erste Datenleitung und/oder die zweite Datenleitung übertragene Daten über den wenigstens einen Anschluss des Steckverbinders (37) bereitzustellen.
Erweiterungskarte (30) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Schnittstellennorm dem Thunderbolt-Standard entspricht.