delld600系列上電原理很詳細(xì)

1、delld600系列上電原理很詳細(xì) 第四章 Notebook電源 一基本知識 筆記本的高度集成化對電源輸出電壓和功 率的穩(wěn)定性要求越來越高.PWM(pulse wide model)電源無疑是各個廠商的首選. 以下將從基本功率MOSFET的工作原 理,NOTEBOOK的上電時序及結(jié)合分析實際 的電源電路的原理等方面入手闡述 Notebook的上電過程 delld600系列上電原理很詳細(xì) 一基本知識 MOSFET 所謂MOSFET指的是金屬氧化半導(dǎo)體 （ (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）組成其結(jié)構(gòu)就如同字面上的意義是 由金屬，

2、氧化層及半導(dǎo)體構(gòu)成包括NMOS和 PMOS若將這二種MOS合在一起使用則稱為互 補式金屬半導(dǎo)體，即MOSFET CMOS （Complementary MOS）。 CMOS的優(yōu)點為操作比較省電，因此一般電路布 局設(shè)計就是以CMOS為基本單元來設(shè)計。 delld600系列上電原理很詳細(xì) 一基本知識 PMOS簡介 PMOS，指的是利用 空穴來傳導(dǎo)電性信號 的金氧半導(dǎo)體。 PMOS的電路符號如 下圖，而其結(jié)構(gòu)則如 右圖所示，是由正型 摻雜形成的漏極(drain) 及源極(source)，與閘 極(gate)及閘極下面的 氧化層所構(gòu)成。 delld600系列上電原理很詳細(xì) 一基本知識 PMOS的工作原

3、理 當(dāng)在閘極(gate)施以負(fù) 偏壓時，就會在氧化 層下方薄區(qū)內(nèi)感應(yīng)出 許多電洞，當(dāng)在源極 (source)施加一個偏壓 之后，聚集的電洞就 可經(jīng)由源極(source)與 漏極(drain)之間的通 道導(dǎo)通。 delld600系列上電原理很詳細(xì) 一基本知識 NMOS的簡介 NMOS，指的是利用 電子來傳導(dǎo)電性信號 的金氧半晶體管。 NMOS的電路符號如 下圖，而其結(jié)構(gòu)圖如 左圖所示，是由負(fù)型 摻雜形成的漏極與源 極，與在氧化層上的 閘極所構(gòu)成。 delld600系列上電原理很詳細(xì) 一基本知識 NMOS的工作原理 當(dāng)在閘極施以正偏壓 時，就會在氧化層下 方薄區(qū)內(nèi)感應(yīng)出許多 電子。當(dāng)在漏極施加 一

4、個偏壓之后，聚集 的電子就可經(jīng)由源極 與漏極之間的電子信 道導(dǎo)通。 以下將詳細(xì)介紹 NMOS的工作特性 delld600系列上電原理很詳細(xì) N溝道增強型MOSFET的結(jié)構(gòu) P型襯底 B SiO2 N+N+ S D G 取一塊P型半導(dǎo)體作為襯底，用 B表示。 用氧化工藝生成一層SiO2 薄膜 絕緣層。 然后用光刻工藝腐蝕出兩個孔。 擴散兩個高摻雜的N型區(qū)。從而 形成兩個PN結(jié)。（綠色部分） 從N型區(qū)引出電極，一個是漏極 D，一個是源極S。 在源極和漏極之間的絕緣層上鍍 一層金屬鋁作為柵極G。 N溝道增強型MOSFET的符號如 左圖所示。左面的一個襯底在內(nèi)部與 源極相連，右面的一個沒有連接，使 用

5、時需要在外部連接。 D G S B D G S B delld600系列上電原理很詳細(xì) N溝道增強型MOSFET的工作原理 對N溝道增強型MOS場效應(yīng)三極管的工作原理，分兩個方面進(jìn)行討 論，一是柵源電壓UGS對溝道會產(chǎn)生影響，二是漏源電壓UDS也會對溝 道產(chǎn)生影響，從而對輸出電流，即漏極電流ID產(chǎn)生影響。 1柵源電壓UGS的控制作用 S DG P N+N+ SiO 型襯底 DS U GS U 2 =0 空穴正離子電子負(fù)離子 + 先令漏源電壓UDS=0，加入柵源電 壓UGS以后并不斷增加。 UGS帶給柵極正電荷，會將正對 SiO2層的表面下的襯底中的空穴推走， 從而形成一層負(fù)離子層，即耗盡層，用

6、 綠色的區(qū)域表示。 同時會在柵極下的表層感生一定 的電子電荷，若電子數(shù)量較多，從而在 漏源之間可形成導(dǎo)電溝道。 溝道中的電子和P型襯底的多子導(dǎo) 電性質(zhì)相反，稱為反型層。此時若加上 UDS ，就會有漏極電流ID產(chǎn)生。 反型層 顯然改變顯然改變UGS 就會改變溝道，就會改變溝道， 從而影響從而影響ID ， 這說明這說明UGS對對ID 的控制作用。的控制作用。 0 DS U 當(dāng)UGS較小時，不能形成有 效的溝道，盡管加有UDS ，也不 能形成ID 。當(dāng)增加UGS，使ID剛 剛出現(xiàn)時，對應(yīng)的UGS稱為開啟 電壓，用UGS(th)或UT表示。 delld600系列上電原理很詳細(xì) 2漏源電壓UDS的控制作

7、用 設(shè)UGSUGS(th)，增加UDS，此時溝道的變化如下。 S DG P N+N+ SiO2 型襯底 DS U + GS U GS(th) U 空穴正離子電子負(fù)離子 顯然漏源電壓會對溝道產(chǎn)生影響，因 為源極和襯底相連接，所以加入UDS后， UDS將沿漏到源逐漸降落在溝道內(nèi)，漏極 和襯底之間反偏最大，PN結(jié)的寬度最大。 所以加入UDS后，在漏源之間會形成一個 傾斜的PN結(jié)區(qū)，從而影響溝道的導(dǎo)電性。 當(dāng)UDS進(jìn)一步增加時， ID會不斷增加, 同時，漏端的耗盡層上移，會在漏端出 現(xiàn)夾斷，這種狀態(tài)稱為預(yù)夾斷。 預(yù)夾斷 當(dāng)UDS進(jìn)一步增加時， 漏端的耗盡層 向源極伸展，此時ID基本不再增加，增加 的U

8、DS基本上降落在夾斷區(qū)。 D I delld600系列上電原理很詳細(xì) N溝道增強型MOSFET的特性曲線 N溝道增強型MOSFET的轉(zhuǎn)移特性曲線有兩條，轉(zhuǎn)移特性曲線和漏 極輸出特性曲線。 1轉(zhuǎn)移特性曲線 O GS U 4 3 2 1 /V D I mA/ 4321 Uth(on) 10V DS U N溝道增強型MOSFET的轉(zhuǎn)移特 性曲線如左圖所示，它是說明柵源電 壓UGS對漏極電流ID的控制關(guān)系，可 用這個關(guān)系式來表達(dá)，這條特性曲線 稱為轉(zhuǎn)移特性曲線。 轉(zhuǎn)移特性曲線的斜率gm反映了柵 源電壓對漏極電流的控制作用。 gm 稱為跨導(dǎo)。這是場效應(yīng)三極管的一個 重要參數(shù)。 const GS D m

9、DS U U I g 單位mS（mA/V） delld600系列上電原理很詳細(xì) 2漏極輸出特性曲線 當(dāng)UGSUGS(th)，且固定為某一值時，反映UDS對ID的影響，即 ID=f(UDS)UGS=const這一關(guān)系曲線稱為漏極輸出特性曲線。 場效應(yīng)三極管作為放大元件使用時，是工作在漏極輸出特性曲線 水平段的恒流區(qū)，從曲線上可以看出UDS對ID的影響很小。但是改變 UGS可以明顯改變漏極電流ID，這就意味著輸入電壓對輸出電流的控制 作用。 O V2 GS U V3 V5 . 3 V4 D I mA/ 15105 DS U /V 恒流區(qū) . 曲線分五個區(qū)域： （1）可變電阻區(qū) （2）恒流區(qū)（放大區(qū)

10、） （3）截止區(qū) （4）擊穿區(qū) （5）過損耗區(qū) 可變電阻區(qū) 截止區(qū) 擊穿區(qū) 過損耗區(qū) delld600系列上電原理很詳細(xì) O V2 GS U V3 V5 . 3 V4 D I mA/ 15105 DS U /V 恒流區(qū) . 從漏極輸出特性曲線可以得到轉(zhuǎn)移特性曲線，過程如下： O GS U 4 3 2 1 /V D I mA/ 4321 UGS(th) 10V DS U delld600系列上電原理很詳細(xì) N溝道耗盡型MOSFET S DG P N+N+ SiO2 型襯底 D G S B B + 0 4321 6 5 4 3 2 1 /mA /V D GS I U IDSS UGS(off) N

11、溝道耗盡型MOSFET的結(jié)構(gòu)和符號如下圖所示，它是在柵極下方的 SiO2絕緣層中摻入了一定量的正離子。所以當(dāng)UGS=0時，這些正離子已經(jīng) 感生出電子形成導(dǎo)電溝道。于是，只要有漏源電壓，就有漏極電流存在。 當(dāng)UGS=0時，對應(yīng)的漏極電流用IDSS表示。當(dāng)UGS0時，將使ID進(jìn)一 步增加。UGS0時，隨著UGS的減小漏極電流逐漸減小，直至ID=0。對 應(yīng)ID=0的UGS稱為夾斷電壓，用符號UGS(off)表示，有時也用UP表示。N溝 道耗盡型MOSFET的轉(zhuǎn)移特性曲線如右上圖所示。 夾斷電壓 IDSS delld600系列上電原理很詳細(xì) 關(guān)于場效應(yīng)管符號的說明： D G S B D G S B D

12、 G S B S G D N溝道增強 型MOS管， 襯底箭頭向 里。漏、襯 底和源、分 開，表示零 柵壓時溝道 不通。 表示襯底 在內(nèi)部沒 有與源極 連接。 N溝道耗 盡型MOS 管。漏、 襯底和源 不斷開表 示零柵壓 時溝道已 經(jīng)連通。 N溝道結(jié) 型MOS管。 沒有絕緣 層。 如果是P溝道，箭頭則向外。 delld600系列上電原理很詳細(xì) 一基本知識 CMOS的簡介 CMOS的電路符號如 右下圖，組件橫截面 圖則如右上圖所示。 若將PMOS及NMOS 的閘極相連，且將 PMOS及NMOS的汲 極相連，即為一個基 本的反向器(inverter， 左下圖)。 delld600系列上電原理很詳細(xì)

13、一基本知識 CMOS 的工作原理(1) 當(dāng)輸入端(Vin)輸入為 高電壓(1)時，NMOS 導(dǎo)通，而PMOS不導(dǎo) 通，所以輸出端(Vout) 為低電壓(0)。 delld600系列上電原理很詳細(xì) 二JMX上電時序 通過上面的介紹我們對MOSFET的導(dǎo)電特 性有了一個了解在Notebook上的電源部 分都是通分應(yīng)用其特性通過一些控制電路 來實現(xiàn)DC/DC的轉(zhuǎn)換為Notebook提供所需 工作電壓. 下面將以JMX為例簡單介紹Notebook的上 電時序,讓大家建立起時序的概念,從而在維 修中有一些指導(dǎo)意義. delld600系列上電原理很詳細(xì) Check ACAV_IN=H Check 5val

14、w=5v Check +pwr src=19v Check +3vsrc=3.3v Check 3valw=3.3v VCC1_PWROK=H Check SUS_ON=H Check pwr_sw#=low pulse Check Q76PIN4 Check Q49PIN1,2,3 POWER SUPPLY Check u25 PIN3=H Check USIO1pin B13 Check Dash board Check U20 PIN2 Check U94 PIN3 Check u68 PIN3 Check U95pin1 no no no no no no no no JMX上電時序圖

15、: delld600系列上電原理很詳細(xì) 二. JMX上電時序 delld600系列上電原理很詳細(xì) 二. JMX上電時序 接上頁: Check RUNPWROK=H Check PCIRST#=H Checkpoint(Q81:1.5V; PU4:1.8V; Q69:3.3V; Q77:5V; U44:1.8V; PU3:1.25V; U37:1.5V; U42:2.5V Check PU2 Check U114 PIN1 Check PU1 Check VTT=1.05V Check VCC1_2MCH=1.2V DELAY-IMVP-PWRGD Check VHCORE=0.7-1.5V C

16、heck U77 PIN6 Check U81 PIN U5 Check RUN Volt(1.5; 1.8; 3.3; 5; 1.8; 1.25; 2.5 ) no no no no no no delld600系列上電原理很詳細(xì) 外接電源功率偵察 二. JMX上電時序 Power connector: 壓敏電阻 DC_IN開 啟電壓 VOLT delld600系列上電原理很詳細(xì) 二. JMX上電時序 ACAV_IN: Adapter 供電時 ACAV_IN=H; Batter供電時 ACAV_IN=L delld600系列上電原理很詳細(xì) 二. JMX上電時序 PM: SLP_S3# 作為R

17、UN_ON的前端 信號,在Suspend狀態(tài)時置低 delld600系列上電原理很詳細(xì) 二. JMX上電時序 RUN_ON: RUN_ON_5V# =L;Q84截止； Q84,PIN3=H; Q77導(dǎo)通 RUN_ON=H; RUN_ON_5V#=L; delld600系列上電原理很詳細(xì) 二. JMX上電時序 Vtt,Vcc1_2_MCH: RUNPWROK作為 Vtt,Vcc1_2_MCH的 控制信號 delld600系列上電原理很詳細(xì) 二. JMX上電時序 以下是RUNPWROK信號以前的邏輯關(guān)系圖，在維修中可 以利用反推法從其后往前逐個往后查從而找出 不良原因. RUNPWR OK del

18、ld600系列上電原理很詳細(xì) 二. JMX上電時序 PCIRST#信號前面 信號檢測點 delld600系列上電原理很詳細(xì) 三SC1476原理圖 SC1476原理圖: sc1476有Burst、Skip跳頻、PWM三種工作模式。當(dāng)CPU輕載時，電源轉(zhuǎn)換器將進(jìn)入Skip跳頻模式。 在跳頻模式，電源轉(zhuǎn)換器的工作效率很高。當(dāng)負(fù)載電流較小時，轉(zhuǎn)換器效率可以達(dá)到75。而當(dāng) CPU重載時，電源轉(zhuǎn)換器進(jìn)入PWM模式，該模式可為CPU提供強大的電流供應(yīng)。sc1476電源轉(zhuǎn)換 器的工作頻率為150300kHz，通過外部的電感和電阻可調(diào)節(jié)脈沖寬度來控制每個轉(zhuǎn)換周期的能量 傳遞，以產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓輸出。 delld600系列上電原理很詳細(xì) 三SC1476原理圖 PWM工作模式時，內(nèi)部時鐘 在上升沿DH_VCORE觸發(fā)接通N 溝道MOSFET PQ4，電源 VIN流過PQ4產(chǎn)生輸出電壓。 由于電感L上的電流不能突 變，因此在PQ4導(dǎo)通瞬間， 負(fù)載電流Iload不會改變，但 當(dāng)電壓穩(wěn)定后當(dāng)負(fù)載電流 Iload等于或超過電源轉(zhuǎn)換器 設(shè)定的門限電流Ith時，電源 轉(zhuǎn)