AMC-standarden Àr en del av ATCA-standarden, men kan bli mycket mer Àn sÄ. Litet format och stabila lösningar gör att AMC kan bli intressant pÄ den industriella embeddedmarknaden. Rod Watt frÄn Freescale Semiconductor beskriver hÀr hur man bygger AMC-kort och vilka fallgropar som finns.

Hela artikeln i PDF-format.

För kortkonstruktörer innebÀr AMC-specifikationen (Advanced Mezzanine Card) nya utmaningar. Tidigare har man arbetat med att hitta lösningar för bussbelastning, hög hastighet och kraftmatning. Nu mÄste man dessutom tÀnka pÄ kortets fysiska storlek och vÀrmeproduktion och se till att det pÄ ett bra sÀtt kan integreras med bÀrarkort. Sammantaget gör det att konstruktören övergÄr frÄn att vara elektronikingenjör till att bli systemkonstruktör. AMC-specifikationen innebÀr kort sagt nya förutsÀttningar och dÀrmed nya utmaningar.

AMC-kortet
Fig 1 visar ett exempel pÄ ett AMC-kort. Korten finns i olika höjder och bredder - bilden visar ett enkelbredds fullhöjdskort. SjÀlvklart skiljer sig kortarkitekturen Ät beroende pÄ vilken marknad kortet Àr avsett för, men alla korten har ett antal funktioner gemensamt.

‱ Kortet har nĂ€stan samma storlek som ett PMC-kort (Processor Mezzanine Card), men Ă€r nĂ„got lĂ€ngre.

‱ Kantkontakten för anslutning till bĂ€rarkortet har 170 stift för kraftförsörjning och I/O.

‱ Frontplattan ger kortet styvhet. HĂ€r finns statuslampor, kontaktdon för I/O och ett handtag för byte under spĂ€nning (”hot swap”). Men plattans kanske viktigaste funktion Ă€r att den hindrar luft frĂ„n att lĂ€cka ut, vilket skulle försĂ€mra kylningen av komponenterna pĂ„ kortet.

Storlek
Det hÀnder att AMC-kort förvÀxlas med PMC-kort, men AMC-kortet Àr större Àn föregÄngaren. Specifikationen definierar tvÄ olika kortgeometrier. Ett enkelbreddskort Àr 75 mm x 180 mm, medan dubbelbreddskortet har mÄtten 149 mm x 180 mm. NÀr det gÀller utrymme har ett bÀrarkort pÄ 8U plats för fyra enkelbreddskort, tvÄ dubbelbreddskort eller ett dubbelbreddskort och tvÄ enkelbreddskort. (GÀller fullhöjdskort; om de Àr av halvhöjdsformat ryms givetvis fler.)

Valet av kortstorlek beror pÄ hur mÄnga komponenter som behövs i konstruktionen. Utrymmesbehovet Àr avgörande, Àven om det numera finns högintegrerade processorer med inbyggda minnesstyrenheter, Serial RapidIO och PCI Express SERDES-block, som minskar behovet av bryggkretsar och periferikretsar.

Men kretsbehovet Ă€r inte det enda som Ă€r bestĂ€mmande för valet av kortstorlek. Ett dubbelbreddskort ger inte bara större yta utan Ă€ven mer utrymme för I/O-anslutningar pĂ„ frontpanelen. Även om det med hĂ€nsyn till antalet komponenter som behövs skulle rĂ€cka med ett enkelbreddskort, kan I/O-kraven medföra att det mĂ„ste bli ett dubbelbreddskort. Till exempel kan ett enkelbreddskort bara ha tre RJ45-kontakter pĂ„ frontpanelen.

(Statuslamporna och hotswap-handtagets mikrobrytare tar ocksÄ plats.) Kortets I/O kan göra att man mÄste vÀlja ett dubbelbreddskort.

Geometri
AMC-specifikationen anger noga storleken pÄ ytan för komponenter och kontakter. Eftersom det Àr ett mezzanine-kort sitter det parallellt med bÀrarkortet och de angrÀnsande bÀrarkorten i racken.

HöjdbegrÀnsningarna i specifikationen finns för att kortet ska gÄ fritt frÄn omgivande kort och att luft ska kunna passera runt systemet.

NÀr kortet sitter pÄ plats pÄ bÀrarkortet Àr ovansidan vÀnd nedÄt och undersidan uppÄt.

Höjden rÀknas frÄn mitten av kortet. Om vi antar att kortet Àr 1,6 mm tjockt, fÄr komponenterna pÄ B1-sidan inte vara större Àn 10,85 eller 13,21 mm (beroende pÄ var pÄ kortet det Àr), medan komponenterna pÄ B2-sidan Àr begrÀnsade till 2,6 mm.

Det hÀr har inte sÄ stor betydelse nÀr man skapar kretsschemat för kortet, men dÀremot under layoutarbetet och senare vid valet av komponenter. SÄ innebÀr exempelvis höjdbegrÀnsningen till 2,6 mm pÄ B2-sidan att man som avkopplingskondensatorer inte kan ha vanliga standardkondensatorer i C-kapsel, utan mÄste vÀlja kondensatorer med lÄg profil.

Specifikationen begrÀnsar tjockleken pÄ kortet till 1,6 mm ±10 procent. (dvs 1,44-1,76 mm) och sÀtter sÄlunda en grÀns för antalet lager. Tjocklekskravet innebÀr att AMC-kortet passar till kontakten pÄ bÀrarkortet och glider lÀtt i gejdrarna. Tumregeln Àr att begrÀnsa antalet lager till 14, Àven om antalet givetvis beror pÄ lagrens tjocklek och tekniken vid korttillverkningen. Det har betydelse för board stack up, antalet spÀnningsplan och jordplan och hur tÀtt man kan lÀgga ledarmönstret.

VĂ€rme
Även om man enligt specifikationen kan arbeta med effekter pĂ„ upp till 60 W per enkelbreddskort, Ă€r det inte lĂ€tt att leda bort sĂ„ mycket vĂ€rme pĂ„ det utrymme som stĂ„r till förfogande. Vanligen sitter de flesta AMC-korten i en ATCA-rack med ett nominellt luftflöde pĂ„ 1 m/s. Men det sista AMC-kortet pĂ„ ett bĂ€rarkort med fyra, mĂ„ste kylas med luft som vĂ€rmts upp av de andra tre korten. Det gĂ€ller alltsĂ„ att hĂ„lla vĂ€rmeutvecklingen sĂ„ lĂ„g som möjligt. Givetvis hjĂ€lper det att anvĂ€nda integrerade och effektsnĂ„la processorer, men det kan behövas nĂ„gon typ av kylflĂ€ns.

Komponenter som behöver kylflÀnsar mÄste placeras pÄ kortets B1-sida, för pÄ den andra sidan finns det inte utrymme nog för komponenten och kylflÀnsen. Om vi antar att komponenten Àr 3,5 mm hög, fÄr kylflÀnsen inte vara högre Àn 9 mm. Detta tillsammans med kravet pÄ feltolerant konstruktion gör att det inte gÄr att anvÀnda aktiv kylning, dvs vÀrmen mÄste avledas passivt. DÀrför mÄste man analysera vÀrmeavgivningen noga och kontrollera att kylningen fungerar. Det gÄr att öka vÀrmetransporten om man fördelar höga och varma komponenter klokt.

Observera att de tre huvudsakliga vÀrmekÀllorna pÄ kortet, spÀnningsregulatorerna, processorn och DIMM-minnet, Àr fördelade över kortets lÀngdriktning. PÄ sÄ sÀtt fÄr alla tre var och en största möjliga mÀngd kylluft. NÀr man bestÀmmer kortlayouten bör man se till att inte placera varma komponenter bakom varandra.

Frontpanelen
NÀr AMC-kortet sitter pÄ plats i ett ATCA-bÀrarkort sitter fronten i jÀmnhöjd med rackens framsida. Frontpanelen pÄ AMC-kortet förhindrar att luft kommer ut pÄ framsidan.

Hur frontpanelen i ett givet fall ser ut beror pÄ arkitekturen och pÄ vilken funktion kortet har. Det Àr frontpanelen som Àr kortets grÀnssnitt mot omvÀrlden. Exempelvis kan den ha en RJ45-kontakt för Ethernetanslutning.

Ett enkelbredds AMC-kort Àr cirka 75 mm brett, men hela bredden kan inte anvÀndas för I/O. Specifikation för AMC-kort krÀver att vissa saker alltid ska finnas.

Hotswap-handtaget gör det enkelt att sÀtta dit och ta bort kortet frÄn bÀrarkortet. Man drar ur kortet frÄn bÀrarkortet med hjÀlp av handtaget, som aktiverar en mikrobrytare som övervakas av en MMC (Module Management Controller) och anger om kortet sitter pÄ plats.

Av AMC-specifikationen framgÄr att det ska finnas tvÄ statuslampor. Den blÄ anger om kortet Àr insatt medan den röda (LED1) anger om det Àr fel pÄ kortet. Om kortet till exempel börjar bli för varmt upptÀcks det av MMC, och den röda LED1-lampan tÀnds.

Det kan men behöver inte finnas tvÄ lampor till (LED 2 och LED3) pÄ frontpanelen. De kan exempelvis anvÀndas av ett I/O-kort för att visa att dataöverföring pÄgÄr. Fig 5 visar ett exempel pÄ en frontpanel.

AMC-kontakten pÄ kortkanten
Det man genast kÀnner igen pÄ AMC-kortet Àr de 170 guldplÀterade stiften som passar till kontakten pÄ bÀrarkortet. Precis som pÄ vanliga PCI-kort har stiften olika lÀngd, vilket underlÀttar hot swap. Förutom en datavÀg innehÄller kontakten ocksÄ spÀnningsförsörjning och ett grÀnssnitt mot kortövervakningen (MMC).

Strömförsörjning
AMC-kortet drivs med 12 V spÀnning. Konstruktören mÄste sjÀlv omvandla till de spÀnningar som behövs pÄ kortet, exempelvis 1,2 V för processorkÀrnan och 2,5 V för DDR. Det ger visst merarbete, men innebÀr ocksÄ att kontakten kan göras enklare. Det skulle nÀmligen bli svÄrt att via kontakten erbjuda alla olika spÀnningar som kan behövas, eftersom det skulle bli alltför mÄnga kombinationer.

Förutom 12 V finns det Àven en skena med 3,3 V, men den Àr begrÀnsad till 100 mA och Àr avsedd för MMC (Module Management Controller).

MMC
Ett AMC-kort Àr robust, vilket Àr en av fördelarna med kortet. Det beror till delar pÄ MMC (Module Management Controller). MMC övervakar kortet (exempelvis temperatur och spÀnningsvariationer) och rapporter till bÀrarkortet via en standard IPMI-buss (Inter Platform Management Interface). Bilden visar en enkel MMC.

Förutom att övervaka kortet hanterar MMC ocksÄ hot swap, dvs möjligheten att sÀtta dit och ta bort kortet nÀr bÀrarkortet Àr i drift. Genom att övervaka hotswap-mikrobrytaren, vet MMC nÀr den ska koppla in respektive ur spÀnningen. Det blÄ lampan kan dÄ visa hur kortet sitter (helt inne, halvt inne eller borttaget).

Utmaning
För kortkonstruktörerna Àr det en utmaning att konstruera AMC-kompatibla kort. Det Àr mycket att tÀnka pÄ innan slutprodukten uppfyller specifikationen, bland annat nÀr det gÀller geometri, kylning och val av komponenter - en vÀrdig uppgift för en ingenjör!

Tursamt nog erbjuder företag som Freescale Semiconductor applikationsexempel, konstruktionshandledningar och fullt fungerande referenskonstruktioner som hjÀlp pÄ vÀgen. Referenskonstruktionerna Àr inte fÀrdiga systemlösningar, men visar hur ett kort kan konstrueras och ger en bra utgÄngspunkt för konstruktören att bygga vidare pÄ.

Rod Watt, Principal Staff Engineer, Freescale Semiconductor