CN1024850C - 装有输入/输出信号屏蔽部件的个人计算机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种个人计算机，更具体地说，是涉及一种用于衰减电磁干扰对计算机的输入/输出电路的影响同时又能从结构上加强多层电路板的侧缘部分的屏蔽结构。该屏蔽结构具有二个互相配合的组成部分，其中之一是在平面电路板的外层中特地形成的接地平面区域，另一个是沿连接器伸展并且基本上使连接器封闭的特地形成的薄金属片部件。输入/输出信号就通过上述的连接器进入平面板内的电路之中。

Description

本发明涉及个人计算机，具体地说，是涉及用于衰减电磁干扰对对计算机的输入/输出电路可能造成影响的屏蔽罩的安装。

个人计算机系统如IBM个人计算机对当今的现代社会的各个方面提供了计算能力，因而获得了广泛的应用。个人计算机系统通常可以分成桌上式、落地式和便携式等几种，一个系统单元应具有一个单独的系统处理器、相关的易失性或者非易失存贮器、一个显示监视器、一个键盘、一个或多个磁盘驱动盘，一个硬盘存贮器和一个可选件打印机。这种系统的一个突出特点是使用母插件或者系统平面实现上述这些部件的电气连接。这些系统的设计宗旨是为单独的用户提供独立的计算能力，价格较低，适合于个人或小企业购买。这些个人计算机系统的实例是IBM的个人计算机XT和AT以及IBM的个人系统/2，型号为25，30，50，60，70和80。

这些系统可以被分成二大类。第一类通常称为Ⅰ类模式，使用一种IBM个人计算机AT和其他IBM“兼容”机中所采用的点线结构。第二类称为Ⅱ类模式，使用如IBM的个人系统/2型号50-80中所用的微通道总线结构。Ⅰ类模式中有许多系统采用非常流行的INTEL8088或8086微处理器作为系统处理器。这些处理器具有1兆位存贮器的寻址能力。某些Ⅰ类系统和大多数的Ⅱ类系统在典型情况下都采用高速的INTEL80286，80386和 80486微处理器，这些微处理器可以工作在突模型下，模拟低速的INTEL8086微处理器;也可以工作在一个保护模型下，能把某几种型号的系统寻址范围从1兆位扩展至4兆位。80286，80386和80486的突模型特征实质上给为8086和8088微处理器写的软件提供了硬件兼容性。

众所周知，一台个人计算机中装在外壳内位于底板上或者与平面板联结的众多元件都在以各种频率发出电磁辐射，为此，还设立了旨在把这种能量辐射限制到与计算机的使用环境有关的各种格限的标准。此外，高速处理器及其相关电路（如上面提到的那样）会产生与早期设计的那些低速处理器频率和量值都不相同的幅射。迄今为止，人们采用各种途径来实现屏蔽，包括提供金属外壳和/或覆盖或者住外壳和盖子。在以上述途径实现覆盖而衰减辐射时，人们发现在外壳或者盖板上现成的缺口会给屏蔽造成特别困难的问题，同时还发现电磁干扰（如上述提到的那些）的后果会使必须在微型计算机的工作部件之交换的输入/输出信号被阻断或被干扰。

由于微型计算机技术的不断发展，现在的微机已经能够在处理器、数据存贮器装置及存贮器中达到相当高的数据处理速度。但这种高速度会产生更大的电磁辐射，因此也就对用于衰减这样辐射和对输入/输出信号的可能的干扰的外壳提出了更高的要求。用来提及这种要求的其他术语叫做电磁能力和电磁干扰的抑制。在把这种辐射控制在需要的标准之内同时又能实现高速度的努力中，人们倾向于设计一种完全接地并且具有最小的缝隙和开口的外壳。

本发明的一个目的就是防止在前叙的环境下电磁干扰对输入/输 出信号的不利影响。为了实现这一目的，为的一个多层电路板的内层上的传送通道中穿过输入/输出信号的区域提供屏蔽。

本发明还有一个是确保用户和微机使用环境受到保护，不致受到不适当量的电磁辐射。为了实现这个目的，为部分平面电路板和穿过输入输出信号的连接器提供屏蔽装置。

上面已经讲述了本发明的一些目的，参考附图阅读下面的描述时，会发现本发明的另外一些目的。附图中，

图1.是一台使用了本发明的个人计算机的透视图。

图2.是附图1中的个人计算机中一些部件（包括一个底座、一个盖板、一个机电直接访问存贮装置和一块多层平面板）的分解透视图，该图示出了这些部件之间的某些关系。

图3.是图1和图2中所示的个人计算机中的某些部件的示意图。

图4.是图2中计算机中的多层平面板的分解正视图。

图5和图6.是图4中的平面板的外层的平面图，

图7.是图2中所示的一些输入/输出连线和屏蔽元件的分解放大透视图。

图8.是图2中的计算机的底座后面板部分的垂直剖面图。

下面参考附图详细地描述本发明的一个最佳实施例。在阅读下面的描述之前首先应该理解的是，一个具有相关领域中的技能的人可以对本发明作出修改，而又不影响本发明的目的的实现。因此，下面的描述应该被理解成是一种对具有相关领域中的技能的人员的广义的示教性文件，不起限制本发明的作用。

现在来看具体的附图，附图1中示出了一个实现了本发明的一台微型计算机，总体上由符号10来表示。正如前面指出的那样，计算机10可以有一个相关联的监视器11、键盘12、以及打印机或绘图仪14。计算机10有一个由装饰性外部部件10和内部屏蔽部件18形成的盖15（图2）。内部屏蔽部件18能与底座19相配合，构成一个用于接受进行数字数据处理和存贮的数据处理和存贮元件的封闭屏蔽空间。上述元件中至少有一部分装在位于底座19上的多层平面板或母插板20上，为计算机10的部件（包括上面提到的那些和其他一些相关部件如软盘驱动器、各式形式的直接存取存贮装置，选件卡或板等等）提供一种电气互连装置。正如下面将要详细指出的那样，在平面20中对前往和来自微机工作部件的输入/输出信号的通道也设置了预防措施。

底座19有一个底板（标为22）、一个前面板（标为24）和一个后面板（标为25）。前面板24上具有至少一个用来接受数据存贮装置如磁盘或光盘驱动器，磁带备份驱动器等等）的凹槽（附图中有四个）。在附图中，提供了一对较高的槽26，28和一对较低的槽29，30。一个较高的槽26用来接受具有第一尺寸的外设驱动器（如3.5英寸驱动器），另一个较高的槽28用来接收二个尺寸（如3.5英寸和5.25英寸）中选定的一个驱动器。较低的槽用来接受一种尺寸（3.5英寸）的驱动器。

在开始涉及本发明的结构之前，值得回顾一个个人计算机系统10的工作概况。参阅图3，图中示出了一个个人计算机系统的方框图，图中示出了一个如本发明的系统10那样的计算机系统的各种部 件，包括装在平面20上的元件、该平面至I/O槽的连接以及个人计算机系统的其它硬件。由一片微处理器构成的系统处理器32与平面相连接，它由高速CPU本地总线34经过一个总线控制时序电路35与存贮器控制单元36相连。该存贮器控制单元36又与易失性随机存取存贮器（RAM）38相连。当然可以使用任何合适的微处理器，其中一种便是INTEL公司销售的80386。

下面具体参考图3中的系统框图来描述本发明，应该了解的是本发明的装置和方法也可用于具有其他硬件结构的平面电路板。举个例子来说，系统处理器也可以是Intel（80286或80486微处理器。

回到图3，CPU本地总线34（包括数据、地址和控制部分）为微处理器32、数学协处理器39、超高速度存控制器40和超高速存贮器41提供了连接。与CPU本地总线34相连的还有一个缓冲器42，缓冲器42本身与一个低速（相对于CPU本地总线而言）系统总线44相连，该系统总线44也包括地址、数据和控制部分。系统总线44从缓冲器42延伸至另一个缓冲器68。系统总线44还与一个总线控制与定时电路35和一个DMA单元48相连。DMA单元48由一个中心仲裁单元49和DMA控制器50组成。缓冲器51在系统总线44和可选的特征总线（如MICRO    CHA-NNEL微通道总线）之间提供接口。与总线52相连的是多个用于接受MICRO    CHANNEL（微通道）适配卡的I/O槽54，上述的适配卡可以和I/O设备或者存贮器相连。

仲裁控制总线55把DMA控制器50和中心仲裁单元49连接 至I/O槽54和磁盘适配器56。与系统总线44相连的还有存贮器控制单元36，该单元由存贮器控制器59，地址多路复合器60和数据缓冲器61组成。存贮器控制单元36还与表示为RAM模块38的随机存取存贮器相连。存贮器控制器36包含有把前往或来自微处理器32的地址映射至RAM38的具体区域的逻辑电路。这个逻辑电路被用来重新要求先前被BIOS所术据的RAM，另外，存贮器控制器36还产生一个ROM选择信号（ROMSEL）用来使能或禁止ROM64。

虽然图中的微型计算机系统10被表示成具有1兆位的基本RAM模块，应该理解的是采用如图3中的可选存贮器模块65至67，可以互连附加的存贮器。只是为了叙述方便的原因，本发明是根据1兆字长的基本存贮器模块38来描述的。

在系统总线44或平面I/O总线69之间据有一个闪锁缓冲器。平面I/O总线69分别包括地址、数据和控制部分。与平面I/O总线69相连的还有多个I/O适配器和其它配件如显示适配器70（用于驱动监视器11），CMOS时钟72，非易失性CMOSRAM74（以下简称为NVRAM），RS适配器76，并行适配器78，多个定时电路80，磁盘适配器56，中断控制器84和只读存贮器64。只读存贮器64中含有用于在I/O装置和微处理器32的操作系统提供接口的BIOS。存贮在ROM64中的BIOS可以拷入RAM38中以便减少BIOS的执行时间。ROM64还（通过ROMSEL信号）对存贮器控制器36作出响应。如果ROM64被存贮器控制器36使能，则BIOS被取出 ROM。如果ROM64被存贮器控制器36禁止，则ROM对来自微处理器32的地址查洵信号不作响应（即BIOS取不出ROM）。

象下面将要讲到的那样，平面I/O总线69包括多个由形成在多层平面20的内层上的传导通道定义的部分，具体地讲是在一个靠近平面20的边缘的部分中包含多个这样的通道，上述平面板20被装在邻近底座的前面板和后面板之一的地方。电路根的这种设计能在多个I/O连接器的位置位于沿这样的一个侧缘排列，从而与监视器、键盘及打印机等设备进行信号交换。

时钟72用于计算时间，NVRAM用于存贮系统结构数据。也就是说，NVRAM中包含着用于描述本发明的当前结构数值。举个例子来说，NVRAM中含有描述硬盘和软盘容量、显示器类型、时间、日期等的信息。特别重要的是NVRAM中还包括着被存贮器控制器36用来判定BIOS是否在ROM或RAM之外执行，是否重新要求准备给BIOS    RAM使用的RAM的数据（可能只有一比特）。此外，无论何时，只要执行具体的结构程序（如SET    Configuration程序），这些数据就会被存入NVRAM之中。SET    Coufiguration程序的目的是把表征系统结构的值存入NVRAM之中。

如上所述，本计算机有一个被总体上标为15的盖，该盖15与底座19配合，形成一个封闭的屏蔽空间，用于安装上面提到过的计算机部件。该盖板好由用可模制合成料材制成的整体模制部件形成的外部装饰性盖板部件1b和能与上述的装饰性盖板部件的结构相配合的金属薄层18构成。当然，这些盖可以以别的方式构成，本发明的 应用范围不只限于上面描述的那种外壳。

为了减轻可能干扰上述描述的计算机部件的正常工作的电磁辐射的影响同时从结构上加强平面20的一个侧缘，本发明包含了一种屏蔽结构，用于屏蔽掉不然就会因输入/输出信号经过多层平面电路板中的内传导通道而产生了不利影响，并且从结构上加固上述的信号从中穿过的侧缘部分。该屏蔽结构与保持在系统地电平上的底座的一部分有效地相连，基本上使输入/输出信号流经的平面板上的传导通路的一个区域和与连接器相近的底座面板封闭起来。本发明中屏蔽结构有二个组成部分，一个形成在平面板的外层，另一个为薄金属条。

为了更清楚地理解屏蔽结构中的第一个组成部分，现在参照图4至图6，这些图中示出了一个多层印刷电路板的分解正视图以及某些外层电路板的平面图。图中的平面板20是一个六层板，由上、下侧都面对传导通道三层和只起绝缘和分离作用的二个中介层构成。这种多层板与本发明到现在为止描述的特征无关，属于公知的常规技术。有关设计和组装这种多层印刷电路板的一般概念对具有相关领域中的一般技术人员来说是公知的常规技术，在许多技术手册中也得到了描述。出于这些原因，下面的描述将有直接描述使平面电路板20有别于其他电路板的地方，而不再重复一些公知原则的技术描述。

正如上面指出的那样，平面电路板20包括标为100A，100B，100C，100D和100E的五层。其中的二层，100B和100D起到绝缘和分离的作用。其他几层100A，100C和100E的表面具有起到个人计算机10的工作部件作用的传导通道。一个内表面（如最高层100A的下表面或内层 100C中的一面）上具有传导通道，输入和输出信号就通过这些通道在装在计算机10的外壳内的部件与外壳外的部件之间流动。

在本实施例中，输入/输出信号（或称作I/O信号）穿过的是紧靠底座的后面板25的平面板20的一部分（在图2中正好被计算机10的电源部分挡住）。现在描述紧邻着底座的后面板伸展的、具有实质性特点的平面板的侧缘部分。

平面电路板20的相应缘部分在位于具有I/O传导通道的层之外的层上具有由上、下网栅部分101和102（分别在图5和图6中）构成的地平面区或叫地带。每个网栅部分可以位置多层平面电路板20的最外表面上，每个网栅部分都有一个由导电材料线（如铜等陈列构成的部分，用于在整个电路板20上构成传导通路。这些电的宽度最好在6密尔级左右，互相之间的间隔距离最好为6至10密尔。线的密度和间隔是从抑制会产生问题的特定频率范围（如100至300兆）内的电磁能量而被计算出来的。线的图形为互相成直角伸展，在相互之间构成空余区域。

虽然到现在为止我们一直在提议使用导电材料（如铜）的连续区域来建立屏蔽，但是我们还发现的这个大面积的一个效果是使具有较大的不中断区域的印刷电路板的面积变形，虽然还不清楚为什么会产生这些变形，但人们相信这是由制造、处理和使用这些电路板的过程中的热膨胀效应引起的。因此决定用上述的网格线来避免这种变形。其结果是，这种接地网络加强了印刷电路板的侧缘，使这些侧缘部分保持在一个平面内（即平坦），并且增强了电路板抵御不然会使它变形的外力的能力。这种功能是在上面描述的电磁屏蔽功能之外取得的。

上面所述的潜在破坏力可以是在制造过程中把连接器（如图6、7中所示的连接器110）与电路板的侧缘部分相连接时以及把电缆等与连接器相连时产生的。另外，在外部装置和平面板20上的传导通道之间建立连接之外还为电磁干扰的发射以及这些干扰对穿过计算机10的这一区域的I/O电路的影响提供一个潜在的场所。

本发明的屏蔽结构的第二组成部分是基本上包围住连接器110和类似的连接器的窄金属条111（见图6和7）。该金属条大致呈“U”形结构，U形的底边固定在平面电路板20上设有接地网格区101和102的侧缘部分上。该屏蔽条可以用合适的机械紧固件（如螺丝，螺园等）或者其他合适的方式固定住。在附图中，金属条111被固定在连接器（如110）的导电壳上。金属条111和接地网格部分101和102最好应电气上连接在一起，并且与起到系统地电位的底座部分相连。在附图中，金属条111是通过与底座的后面板25啮合来提供这种连接的。金属条111还附加地从结构上加强了平面板20的边缘部分，从而加强电路板抵抗变形等的能力。这个功能是在屏蔽住电磁干扰在某种关键点（如在计算机内部和外部之间的I/O电路外）对I/O电路的影响之外额外取得的。

在本发明的附图和说明书中讲叙了一个最佳实施例，虽然使用了具体的术语，但是应该认为这些术语具有普遍的描述意义，而不应视为限制了本发明。

Claims (8)

1、一种微型计算机，包括：

一个用于安装印刷电路板的底座，具有一个底和一个面板，上述底座至少部分地与系统地线相连，用于扩散电磁干扰，

一个装在上述底座上、用于实现上述的微型计算机的工作部件间的互连的多层印刷电路板，该多层印刷电路板具有紧邻着上述面板伸展的侧缘部分，上述的平面板中的某些内层在邻近上述的侧缘部分的地方为流入和流出上述微型计算机的工作部件的输入/输出信号提供了传导通路，

至少一个装在上述的电路板上的连接器，用于通过前往和来自上述的传导通道的输入/输出信号，

其特征在于：

一种用于屏蔽掉不然就因前往或者来自上述的传导通道的输入/输出信号的流动而产生而产生的不利效应、并且从结构上加强上述平面板的上述偏缘部分的屏蔽结构；上述的屏蔽结构与和系统地电位相接的上述底座的一部分有效地连接，并且基本上包围住上述的传导通道和面板之间输入/输出信号穿过的区域。

2、一种根据权利要求1的微型计算机，其特征在于：上述的屏蔽结构包括位于上述的输入/输出信号传送通道外部的电路板层上的接地平面区域。

3、一种根据权利要求2的微型计算机，其特征在于：上述的屏蔽结构还包括跨越上述的电路板和面板的成型薄金属条。

4、一种根据权利要求1的微型计算机，其特征在于：上述的屏蔽结构还包括跨越上述的电路板和面板的成型薄金属条。

5、一种根据权利要求4的微型计算机，其特征在于：上述的成型薄金属条机械地固定在上述的连接器上并与该连接器实现电气连接接。

6、一种根据权利要求1的微型计算机，其特征在于：上述的屏蔽结构包括位于输入/输出信号的传导通道之外的电路层中的接地平面区域，这些接地平面区域由靠近上述的侧缘部分伸展的导电材料线陈列构成。

7、一种根据权利要求6的微型计算机，其特征在于：上述的线陈列包括许多沿一个第一方向伸展的、互相平行的第一类线，这些第一类线互相之间以大约等于其宽度的距离隔开;以及在一个第二方向上伸展的、互相平行的第二类线，上述的第二类线穿过上述的第一类线，一起构成一个网格图形。

8、一种根据权利要求7的微型计算机，其特征在于：上述的第二方向与第一方向垂直。

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