工控机的设计分析与选择

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1、工控机的设计分析与选择（连载）简介　　IPC（IndustryPersonalComputer）简称工控机，伴随着PC产业的发展，得到了长足的发展。尽管IPC在架构上也是基于X86为主，在用户使用端和PC电脑产业相同，但与个人PC电脑产业的发展却完全是不同的道路。　　PC机的设计理念是追求更高的速度、更好的使用舒适度、更好的用户体验………………　　由于消费者需求的不同。PC机又衍生出家用电脑和商用电脑两大方向。　　对于家用电脑，是以时尚的外形、较高的显卡性能、多媒体显示性能、丰富的扩展性能、多声道声卡等方面作为吸引消费者的卖点，有些

2、高档家用电脑甚至配备遥控器，时尚的音响，俨然一个家庭多媒体中心。　　对于商用客户，则是通过稳重的外观、完备的售后服务、有限的扩展性能、高速度的运算速度等来吸引商用客户采购。工控电脑是完全不同的设计理念，工控电脑更多的是在恶劣的环境下使用，对产品的易维护性、散热、防尘、产品周期、甚至尺寸方面都有着严格的要求。因此在设计和选择工控机平台的时候，考虑的更多的是机构的设计，然后才是对性能等的考虑。下面我们将会一一论述。首先我们先来谈谈机构设计的理念：1、工控机的尺寸设计　　工控机在很多情况下使用是应用于某个系统之中，因此常常被放置在某个设备

3、之中或上架。因此对尺寸有较严格的要求。根据用户的使用情况，分为上架式和壁挂式两种设计。上架式：现在市场上最为常见的研华工控机IPC－610就是标准的4U高度19英寸上架式机箱。可以应用在标准的机柜之中。如图1所示：　　针对客户的不同需求，我们会提供1U、2U、3U、4U、5U和7U高度的机箱。　　一般来说，在1U或2U的机构设计上面。由于机箱体积有限，但CPU的功耗日益加大（最新的P4CPU功耗已超过100W），因此内部散热风流设计变成了厂商面临的最大问题。而机构散热设计的功力在很大程度上反映了一个厂商的技术实力。（关于机构散热的设

4、计我们会在后期的文章中讨论）。　　对于1U工控机，多用于对体积要求较高的电信领域，大多配合上架使用，工控机厂商通过PICMG1.0架构的CPU卡的体积优势，配合1U高度的蝶型底板，可支持最高2个PCI全长卡。从而满足某些要在1U机箱中集成某些特殊规格卡的用户需求。　　对于4U，7U的机构设计，由于机箱的体积变大，在狭小机箱中面临散热因素已不是主要考虑因素。因此如何合理的利用机箱空间在有限的空间内提供更多的驱动器托架、如何提供多个扩展卡槽位、如何支持双CPU卡、如何抗振动、如何易于维护等因素变成机构设计的主要考虑因素了（这些我们也会在

5、后继的文章中同读者一起来探讨）壁挂式：　　此外，由于某些设备制造商需要把控制中心（IPC）放置在其设备之中。因此对工控机的体积有较为严格的要求。传统的上架式19英寸机箱体积基本很难满足要求，因此针对此种客户需求，推出了壁挂式的机箱。例如研华的IPC－6606/6608壁挂机箱系列。这类机箱由于体积小，并且应用环境在某设备内部，因此设计理念也重在散热和扩展性能上。下图是IPC－6806应用在某测试平台的机柜内部状态。　　这次我们简单讨论了工控机的尺寸上面的设计，工控机根据应用需求整体上可以分为两大类上架式工控机和壁挂式工控机，后面我们

6、将会从机构设计的散热、抗振、防尘、易于维护、防EMC等角度慢慢来和大家一起探讨工控机的独特特性。（未完待续）前三期我们分别从工控机机箱的分类、工控机架构、工控机的散热设计等讲述了工控机的设计理念。这期我们会来讲述工控机的EMC设计的思想。当我们使用电子设备的时候，就会形成电磁干扰。EMC（Electromagneticcompatibility电磁兼容性）现象在我们生活中随处可见。例如我们在看电视的时候，如果手机放在电视机旁边，在来电时手机信号会干扰电视信号形成雪花片。而随着日常电子设备的广泛使用，电子设备的EMC设计正变得日益重要

7、起来。世界大多数发达国家都制定了EMC标准，销往该国家或地区的电子产品必须要符合相应的EMC标准，并通过其认证才可以。其中比较知名的认证有美国的FCC认证、日本的VCCI认证、欧盟的CE认证，以及我们中国大陆的3C认证等。工控机作为电子产品，自然也要通过苛刻的认证。研华的产品行销全球，也通过了上述各国的认证标准，具体的通过认证标准可以在我们的产品型录上找到。下面我们来解释一个优秀的工控机如何进行EMC设计的。无论工控机还是商用机，EMC设计中的最首先考虑的是板卡本身的EMI（电磁干扰）设计，研华具有十几年的板卡设计经验，所有工控板都

8、采用6层板设计，并在PCB走线时严格遵循了时钟线等长的概念,采用减少电磁辐射(EMI)阻抗设计与串音控制,走线拓扑的决定都充分尊守了Intel的规范标准。因此在板卡设计方面就大幅减少了电磁辐射，但由于处理器的频率的提升，单纯依靠板卡本