主板电路和故障分析-2

沧海骗子

主板供电电路

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这里所指的主板供电是指为CPU供电，最终目的是为CPU电源输入端提供CPU正常运行时所需的电压和电流，是通过ATX电源输出电压经DC→DC（直流→直流）降压转换后实现的。

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随着CPU性能的不断提升，CPU对供电的要求也越来越高，高频率、大电流的供电要求已成为CPU供电的基本趋势。这样也使这部分电路成为主板上信号强度较强的区域，为了避免对主板中其它信号较弱的数字电路产生串扰效应（Cross Talk），这就对CPU供电电路提出了更高的设计和制造要求。观察和分析CPU供电电路的设计方法与制造工艺也是我们判断一款主板品质优劣的重要依据。

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图7为单相CPU供电电路示意图，也是主板供电电路的基本原理图。

 

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图7

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基本供电原理分析： 获得ATX电源输出的+5V或+12供电后，为CPU提供供电（此时未达到CPU核心供电要求），CPU电压自动识别引脚发出电压识别信号（VID－Voltage Identification Code）给电源控制器（PMW control），电源控制器通过控制两个场效应管（MOSFET）导通的顺序和频率，使其输出的电压与电流达到CPU核心供电要求，实现为CPU供电的目的。

 

从图7可以看出，单相供电需要两个场效应管，此外还需要两只电解电容。在电源输入端使用大容量电解电容进行退耦，在输出端使用大容量电解电容进行滤波就可以得到比较平滑稳定的电压曲线，使输出端达到CPU供电电压要求。

 

电源控制器是CPU供电的核心，其功能特性也是我们研究的重点。在CPU供电电路中最为常见的是Intersil公司设计的电源控制器芯片（PMW Control IC），其中以HIP630x最为典型。现以HIP6302为例分析CPU供电电路。

 

HIP6302是一款多相电源控制器芯片（multi-phase PMW Control IC）,其引脚功能描述如图8。

 

图8

 

引脚1－5为电压自动识别引脚，信号由CPU根据电压识别原理提供，是CPU获得核心供电的依据和基础。电压识别信号一般由4-5位数字编码组成，位数越多识别精度越高。

 

电压识别信号遵循VRM规范，VRM（Voltage Reference Model）是Intel公司设计的供电标准。目前应用较多的供电标准为VRM 9.0，支持电压范围为1.1V-1.85V。VRM 9.0对应的电压识别信号编码组合见附表1。

 

图9是利用HIP6302为CPU提供供电的简易方框图描述。

 

图9

 

从图9中可以看出这是一款两相供电电路，其基本工作原理与单相供电电路原理相似，可以看作由两个单相供电电路并联构成。图10给出了两相供电电路图。

 

 

图10

 

从图10中可以发现为主控芯片（HIP6302）专门搭配的两个从属驱动芯片（HIP6601），其引脚功能描述如图11。

 

图11

 

驱动芯片的作用是在获得电源控制器相位控制信号的同时向场效应管发出脉冲信号，各场效应管再遵循一定的顺序进行轮流导通截止，最终经滤波输出核心电压。

 

现在，多数主板的供电电路都采用了两相甚至多相设计，用以满足CPU高功耗的需求，使功率达到80W，工作电流达到50A。采用多相供电不仅可以为CPU提供足够可靠的电能，还可以通过分流作用使每相场效应管的负载减少，从而使供电电路的热损耗降低，为主板的稳定运行创造一个良好的环境。

 

图12

 

图12为三相供电电路图，它采用了Intersil公司设计的HIP6301芯片作为电源控制器。HIP6301可支持二、三、四各相供电，支持VRM 9.0规范，被许多主板生产厂商所采用。

 

对于多相供电电路每相之间是有相位差的，相位差的大小为360度除以活动脉冲控制端数。有多少相供电就有多少个脉冲控制端，相应的也就有多少路电流反馈（ISEN）。在多相供电电路中要对电流进行均衡处理，将各通道的电流反馈与总电流除以相数的平均值之差送入电源控制器的比较器中，经过调整后使各通道的电流值等于电流平均值，最终实现各相电流及场效应管负载的均衡。在电压调整方面，通过与电压反馈（VSEN）信号的比较对电压进行调整，实现过欠电压保护和过流保护。

 

主板时钟电路

 

主板上多数部件的时钟信号由时钟发生器提供，它是通过晶振产生振荡，然后分频为各部件提供不同时钟频率。时钟发生器是主板时钟电路的核心，如同主板的心脏。

 

　

图13

 

图13为时钟电路方框图，从图中可以看出时钟发生器直接或间接为各总线及部件提供不同的时钟信号，即时钟频率。例如，时钟发生器通过PCI总线为周边元件扩展接口（PCI）部件提供33MHz的时钟信号。其中，前端总线（FSB）与图形加速接口（AGP）总线的时钟频率是经北桥时钟倍频后间接获得。

 

我们经常提到的数据传输速率与时钟频率有着密切的关系。它们的关系式为：

 

数据传输速率＝时钟频率×带宽÷8

 

常见总线参数比较见附表2。