PC主板基本線路分析

1、主板維修系列教材之二PC主板基本線路分析順達(dá)電腦廠有限公司Prepared by: yu.xiaREV：R03 2006.7.6目錄緒言3電路基礎(chǔ)知識3模擬電路基礎(chǔ).3數(shù)字電路基礎(chǔ).10第一章主板供電14第二章CPU供電21第三章主板時(shí)鐘32第四章主要控制信號38第五章開機(jī)過程45附件48緒言主板也稱主機(jī)板,是安裝在主機(jī)機(jī)箱內(nèi)的一塊電路板,上面安裝有電腦的主要電路系統(tǒng)。主板的類型和檔次決定著整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的類型和檔次,主板的性能影響著整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的性能。主板上安裝有控制芯片組、BIOS芯片和各種輸入輸出接口、鍵盤和面板控制開關(guān)接口、指示燈插接件、擴(kuò)充插槽及直流電源供電接插件等組件。CPU、內(nèi)存條

2、插接在主板的相應(yīng)插槽(座)中,驅(qū)動(dòng)器、電源等硬件連接在主板上。主板上的接口擴(kuò)充插槽用于插接各種接口卡,這些接口卡擴(kuò)展了電腦的功能。常見接口卡有顯示卡、聲卡等 。主板發(fā)展到今天已經(jīng)具有了固定的架構(gòu)和組成模式。其復(fù)雜的電路基本上集成到一起形成了具有特定功能的模塊。這些功能模塊具有統(tǒng)一的規(guī)格和參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。本文通過對主板基本功能模塊的工作原理和工作必備條件的分析，了解計(jì)算機(jī)的基本工作過程。主板的線路分布和工作原理參照的標(biāo)準(zhǔn)基本一致，我們以Intel P4處理器、Intel845GV芯片組、DDR內(nèi)存、集成網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)和音效子系統(tǒng)的一款A(yù)TX主板（Bleford3）為例進(jìn)行分析。(相關(guān)資料見附件）電路基礎(chǔ)知

3、識第一部分模擬電路基礎(chǔ)半導(dǎo)體導(dǎo)電能力在導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)叫半導(dǎo)體，半導(dǎo)體的電阻率在1011013歐姆*mm2/m范圍內(nèi)。特點(diǎn)：1雜敏性：半導(dǎo)體對雜質(zhì)很敏感。2熱敏性：半導(dǎo)體對溫度很敏感。3光敏性：半導(dǎo)體對光照很敏感。本征半導(dǎo)體：不含雜質(zhì)，完全純凈的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。在一定溫度下或一定光照下本征半導(dǎo)體的少數(shù)價(jià)電子獲得足夠的能量掙脫共價(jià)鍵的束縛而形成帶單位負(fù)電荷的自由電子，而在原來的共價(jià)鍵上留下相同數(shù)量的空穴。所以在半導(dǎo)體中存在兩種載流子，自由電子和空穴。PN結(jié)空穴型（P型）半導(dǎo)體，是在本征半導(dǎo)體中加入微量三價(jià)元素，使之出現(xiàn)較多帶正電荷的空穴電子型（N型）半導(dǎo)體，是在本征半導(dǎo)體中加入微量五

4、價(jià)元素，使之出現(xiàn)較多帶負(fù)電荷的電子PNPN結(jié)PN結(jié)，在P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合面的兩側(cè)形成的一個(gè)特殊的帶電薄層。由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，P區(qū)的空穴進(jìn)入N區(qū)與電子結(jié)合，N區(qū)的電子進(jìn)入P區(qū)與空穴結(jié)合，于是在臨近界面的P區(qū)出現(xiàn)帶負(fù)電的離子層，在臨近界面的N區(qū)出現(xiàn)帶正電的離子層，這樣在交界面兩側(cè)形成一個(gè)帶異性電荷的薄層，稱為空間電荷區(qū)?？臻g電荷區(qū)中的正負(fù)離子形成了一個(gè)空間電場，稱為內(nèi)電場。PN結(jié)特性PN結(jié)正向偏置即P區(qū)電壓高于N區(qū)電壓時(shí)，外電場與內(nèi)電場方向相反，削弱了內(nèi)電場，空間電荷區(qū)變窄，擴(kuò)散電流加強(qiáng)。PN結(jié)對正向偏置呈現(xiàn)較小電阻，PN結(jié)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。PN變窄PN結(jié)反向偏置即P區(qū)電壓對于N區(qū)電壓時(shí)，外電場與內(nèi)電場

5、方向相同，加強(qiáng)了內(nèi)電場，空間電荷區(qū)變寬，無擴(kuò)散電流，只有微小的漂移電流。PN結(jié)對反向偏置呈現(xiàn)高電阻，PN結(jié)變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)。PN變寬二極管在PN結(jié)兩側(cè)的中性區(qū)各引出金屬電極就構(gòu)成了最簡單的半導(dǎo)體二極管。半導(dǎo)體二極管也叫晶體二極管，簡稱二極管。接P型半導(dǎo)體的為正極，接N型半導(dǎo)體的為負(fù)極。符號如圖：D二極管具有單向?qū)щ娞匦裕?dāng)反向電壓大到一定數(shù)值后二極管的反向電流會(huì)突然增加，這叫擊穿現(xiàn)象。利用擊穿時(shí)通過管子的電流變化很大而管子兩端的電壓幾乎不變的特性，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，這就是穩(wěn)壓二極管。DZ三極管（Transistor）PNP基極b發(fā)射極e集電極c集電區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)半導(dǎo)體三極管又稱雙極型晶體三極管（簡稱晶

6、體管），由兩個(gè)相距很近的PN結(jié)構(gòu)成。具有三個(gè)電極叫發(fā)射極（Emitter）、基極（Base）和集電極。按PN結(jié)的組合類型有PNP型和NPN型。NPN基極b發(fā)射極e集電極c發(fā)射結(jié)集電結(jié)PNP型cbeNPN型bec符號：三極管特性物理結(jié)構(gòu)特性：1發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)雜質(zhì)濃度，以便于有足夠的載流子供發(fā)射；2集電結(jié)的面積比發(fā)射結(jié)的面積要大，以便于收集載流子；3基區(qū)和薄，雜質(zhì)濃度很低，以減少載流子在基區(qū)的復(fù)合機(jī)會(huì)。電路應(yīng)用特性：1放大：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，集電極電流僅受基極電流控制。2截止：發(fā)射結(jié)為零偏和反偏，集電結(jié)為反偏，晶體管相當(dāng)于斷開的開關(guān)。3飽和：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于正向偏置，管壓降很小

7、，晶體管相當(dāng)于閉合的開關(guān)，如同短路狀態(tài)。三極管三種基本放大電路形式bcebceceb共發(fā)射極共集電極共基極場效應(yīng)管（FET， Field-effect transistors） FET是用電場效應(yīng)來控制固體材料導(dǎo)電能力的有源器件，所以是一種壓控電流型器件，改變其柵源電壓就可以改變其漏極電流。和普通半導(dǎo)體三極管的區(qū)別：電壓控制器件，只有一種極性載流子，稱為單極型晶體管，半導(dǎo)體三極管稱為雙極型晶體管。場效應(yīng)管分為：結(jié)型（JFET）和絕緣柵型（MOSFET）兩種。結(jié)型場效應(yīng)管分為P溝道和N溝道，以N溝道為例說明結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)：兩個(gè)PN結(jié)夾著一個(gè)N型溝道。三個(gè)電極： g：柵極、d：漏極、s：源極符

8、號：P溝道N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的基本特性：輿半導(dǎo)體三極管一樣場效應(yīng)管的工作也分為四個(gè)區(qū)a）可變電阻區(qū)（導(dǎo)通區(qū)）。b）恒流區(qū)也稱飽和區(qū)（放大區(qū)）。c）夾斷區(qū)（截止區(qū)）。d）擊穿區(qū)。夾斷電壓UP使導(dǎo)電溝道完全合攏（消失）所需要的柵源電壓uGS。絕緣柵型場效應(yīng)管 ( Metal Oxide Semiconductor FET)，簡稱MOSFET，也叫金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管。分為： 增強(qiáng)型 ® N溝道、P溝道 耗盡型 ® N溝道、P溝道結(jié)構(gòu) : 4個(gè)電極：漏極D，源極S，柵極G和 襯底B。1.N溝道增強(qiáng)型MOSFET和N溝道耗盡型MOSFET符號：N溝道增強(qiáng)型MOS管的基本特性：

9、uGS UT，管子截止， uGS UT，管子導(dǎo)通。 uGS 越大，溝道越寬，在相同的漏源電壓uDS作用下，漏極電流ID越大。開啟電壓（ UT）剛剛產(chǎn)生溝道所需的柵源電壓UGS。2.N溝道耗盡型MOSFET特點(diǎn)： 當(dāng)uGS=0時(shí)，就有溝道，加入uDS，就有iD。 當(dāng)uGS0時(shí)，溝道增寬，iD進(jìn)一步增加。 當(dāng)uGS0時(shí)，溝道變窄，iD減小。夾斷電壓（ UP）溝道剛剛消失所需的柵源電壓uGS。3.P溝道MOSFET的工作原理與N溝道MOSFET完全相同，只不過導(dǎo)電的載流子不同，供電電壓極性不同而已。這如同雙極型三極管有NPN型和PNP型一樣。FET放大電路也有三種組態(tài)：共源、共漏和共柵。第二部分?jǐn)?shù)字

10、電路基礎(chǔ)1 進(jìn)制轉(zhuǎn)換1.1 十進(jìn)制（ decimalism ） 轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制（ binary ）如下例100（DEC）轉(zhuǎn)換成BIN1 2 4 8 16 32 64 1282L0 2L1 2L2 2L3 2L4 2L5 2L6 2L70 0 1 0 0 1 1 0其結(jié)果為11001001.2 二進(jìn)制（ binary ）轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制（hexadecimal）0 1 1 0 0 1 0 0補(bǔ)位46如下例1100100（BIN）轉(zhuǎn)換成HEX其轉(zhuǎn)換結(jié)果64H2 邏輯門電路BB=AAAB00112.1 同向器（跟隨器）同向器真值表如右AB01102.2 反向器ABB=A反向器真值表如右AB0001C10

11、1100012.3 與門（AND）C=ABBCA與門真值表如右AB0001C101111102.4 與非門（NAND）CC=ABBA與非門真值表如右2.5 或門（OR）AB0001C10110111C=ABCBA或門真值表如右AB0001C101110002.6 或非門（NOR）C=ABBCA或非門真值表如右2.7 異或門（XOR）AB0001C10110110C=AÅBCAB異或門真值表如右AB0001C101110012.8 異或非門（NOR）C=AÅBBCA異或非門真值表如右AVDDTNTPBYTNTP2.9 CMOS與非門及或非門電路圖與非門ABYVDDTPTNTP

12、圖或非門第一章主板供電1.1主板工作必備條件計(jì)算機(jī)由各個(gè)部件組成，其中主板是最關(guān)鍵的一個(gè)部件。主板要正常工作，必須各個(gè)功能模塊即子系統(tǒng)都工作在正常情況下。每個(gè)功能模塊正常工作的主要必備條件大致有3個(gè)：正常穩(wěn)定的工作電壓、穩(wěn)定精確的時(shí)鐘信號和正確的控制信號。1.2主板供電P4電源通過主板電源插槽供給主板的電源在正常工作情況下有：12V、-12V、5V、-5V、3.3V、5VSB。電源插槽引腳如圖：1.3主板不同狀態(tài)下的供電狀況狀態(tài)一：主板未接電源。即主板沒有任何外接電源。此狀態(tài)下主板由自身攜帶的電池（Battery）供電。謹(jǐn)供給南橋集成的CMOS電路，保證CMOS電路的持續(xù)工作。我們知道CMOS

13、電路保存著計(jì)算機(jī)的一些基本配置信息和設(shè)置參數(shù)如實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC)、引導(dǎo)順序等。一旦失去電源信息就會(huì)丟失，所以由電池來提供持續(xù)的供電電壓。其電路如下圖：在無外接電源即無3VSB時(shí)電池BT1通過二極管D19 Pin1和Pin3正向?qū)ńo南橋ICH4供電VCCRTC，電壓約3.2V。當(dāng)有外接電源時(shí)由3VSB通過D19 Pin2和Pin3正向?qū)ㄌ峁￢CCRTC。正常情況下VCCRTC通過電阻R324、R365保持RTCRST為高電壓。當(dāng)RTCRST為低電壓如短路J17 Pin2和Pin3使RTCRST接地或BT1無電造成VCCRTC為低電壓時(shí)會(huì)使RTCRST信號有效，使CMOS電路復(fù)位即保存的信息丟

14、失。To ICH4To ICH4狀態(tài)二：有外接電源。即電源插槽插上 P4 POWER但無開機(jī)動(dòng)作。圖1圖2圖3此狀態(tài)下POWER提供給主板的電源只有5VSB。 5VSB為一電壓為5V的輔助（Standby）電源。 5VSB直接供給板載網(wǎng)卡芯片或通過電阻電感供給板載聲卡芯片。 5VSB除了作為網(wǎng)卡芯片和聲卡芯片的工作電壓之一外，還是PS/2鼠標(biāo)鍵盤的工作電壓。此外5VSB還是南橋ICH4的參考電壓之一。如下圖1、2、3：圖一為5VSB通過0歐電阻為聲卡（Audio）芯片提供工作電壓5VA。圖二為5VSB為PS2接口提供工作電壓VPS2。圖三為5VSB通過0歐電阻提供給南橋作為一個(gè)參考（Refer

15、ence）電壓V5REF。5VSB最主要的作用是轉(zhuǎn)換為另一個(gè)輔助電壓3VSB。 3VSB的電壓為3.3V。 3VSB又轉(zhuǎn)換為一個(gè)1.5V的輔助電壓1_5VSB。如下圖：5VSB轉(zhuǎn)換為3VSB和3VSB轉(zhuǎn)換為1.5VSB都是通過同一類型的三端穩(wěn)壓管轉(zhuǎn)換。 3VSB是南橋和PCI總線的主要工作電壓之一，而1.5VSB則唯一供給南橋。此狀態(tài)下南橋部分電路處于工作狀態(tài)。5VSB還通過一個(gè)升壓電路產(chǎn)生一個(gè)實(shí)際電壓約7V的9VSB電壓。 9VSB是內(nèi)存供電的一個(gè)主要控制信號，我們在后面會(huì)講到。電路如下圖：圖2圖1圖1 U22E與R418和C519形成震蕩電路在U22E Pin10產(chǎn)生梯形波，平均電壓為5V

16、。5VSB通過D20與此梯形波迭加，平均電壓升為9V，然后通過D21和C514整流濾波，輸出實(shí)際電壓為7V的直流電壓9VSB。圖2 Q25在9VSB的控制下將3.3V的3VSB轉(zhuǎn)換為2.5V的2_5V_DRAM供給內(nèi)存和內(nèi)存控制器即北橋。狀態(tài)三：主板啟動(dòng)時(shí)。即按下啟動(dòng)開關(guān)到計(jì)算機(jī)正常工作前的電源啟動(dòng)過程。ICH4POWEROKPWRBT#12344此過程從只有SB電壓到P4 POWER完全工作，輸出所有的工作電壓：12V、-12V、5V(VCC)、-5V、3.3V(VCC3)。其電路如下圖：啟動(dòng)原理：按下電源開關(guān)前PS-ON信號被5VSB電壓拉高保持為高電平， PS-ON信號是P4 POWER

17、的工作控制信號，在高電平時(shí)P4 POWER不完全工作。當(dāng)按下電源開關(guān)（Power Button）後產(chǎn)生一個(gè)PWRBT#信號給南橋，南橋發(fā)出的SLP-S3#信號此時(shí)為高電平。高電平的SLP-S3#信號通過電阻控制三極管Q33導(dǎo)通，使高電平的PS-ON信號被拉低。低電平的PS-ON信號控制下POWER輸出其它所有工作電壓12V、-12V、 -5V、 VCC、VCC3。電壓輸出大約幾十毫秒後POWER檢測輸出電壓的電平是否達(dá)到正常。如一切電壓正常則發(fā)出PWROK信號。南橋接收到PWROK信號表示電源正常則發(fā)出一系列的控制信號給其它相關(guān)部件。狀態(tài)四：主板正常工作時(shí)的供電。主板正常工作時(shí)輸出的電壓提供了

18、主板所有元器件的工作電壓。其中12V和12V為PCI總線和SIO的工作電壓， 12V還是CPU風(fēng)扇的工作電壓。5V電源在目前的主板上一般沒有應(yīng)用。VCC和VCC3是主板最主要的工作電壓，而且在主板工作時(shí)會(huì)替代大部分輔助電壓5VSB和3VSB的工作。VCC的電壓為5V，VCC3的電壓為3.3V。ICH4VCC主要供給PCI總線、IDE接口、USB、蜂鳴器等。如下圖為蜂鳴器電路。南橋ICH4發(fā)出的SPKR為一脈沖信號，在脈沖信號的高電平時(shí)Q35導(dǎo)通，蜂鳴器BZ1中有電流流過，在脈沖信號的低電平時(shí)Q35截止，BZ1中無電流。在連續(xù)脈沖作用下BZ1就會(huì)發(fā)出蜂鳴聲，脈沖頻率不同發(fā)出的聲音也不同，在開機(jī)過

19、程中起到警報(bào)信息的作用。LLLHHHHHLLLH如下圖為USB供電電路，電路中Q43和Q24為集成N型和P型雙通道MOSFET，U26為邏輯“與門”（AND）電路。電路中ATXPWROK信號是ATXPWROK通過“非門”電路轉(zhuǎn)換而來即電平與ATXPWROK的電平的相反。電路原理如下：一、正常工作時(shí)ATXPWROK為高電平，導(dǎo)通Q45截止Q44，12V通過電阻加在Q43和Q24的Pin2上即雙通道MOS管的N型通道的控制腳為高電平，該通道導(dǎo)通。此時(shí)VCC電壓經(jīng)N型MOS管從Pin7、Pin8輸出為5VUSB電壓。同時(shí)， ATXPWROK為高電平時(shí)ATXPWROK為低電平，則“與門”U26輸出為低

20、電平，Q40截止，輸出高電平控制信號到Q43和Q24的Pin4上即雙通道MOS管的P型通道截止，此時(shí)Pin5、Pin6無電流輸出，即5VSB未提供5VUSB的電壓。二、睡眠或關(guān)機(jī)時(shí)ATXPWROK為低電平，無12V電壓，Q43和Q24的Pin2為低電平，MOS管的N型通道截止。此時(shí)ATXPWROK為高電平，同時(shí)南橋ICH4發(fā)出的SLP_S4#為高電平， “與門” U26輸出高電平信號控制Q40導(dǎo)通輸出低電平， Q43和Q24的Pin4上即雙通道MOS管的P型通道導(dǎo)通，此時(shí)Pin5、Pin6輸出由5VSB轉(zhuǎn)換而來的5VUSB。VCC3是主板供電部件最多的工作電壓，除了直接供給南橋、北橋、內(nèi)存、P

21、CI、Audio芯片、Super I/O芯片、BIOS芯片或通過電感供給網(wǎng)卡芯片、時(shí)鐘合成器芯片等等外，還通過電壓調(diào)整管轉(zhuǎn)換為1.5V的V_1P5，電路如下：V_1P5是北橋的主要工作電壓，也是南橋的工作電壓之一。如果主板有擴(kuò)展AGP總線， V_1P5是AGP2.0規(guī)范的工作電壓。前面我們講過3VSB轉(zhuǎn)換為2.5V的2_5V_DRAM供給內(nèi)存和內(nèi)存控制器。這個(gè)電壓在計(jì)算機(jī)睡眠時(shí)保證內(nèi)存內(nèi)保存的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，但在正常工作情況下2_5V_DRAM 是由VCC3替代3VSB產(chǎn)生的。電路如下圖：D27的正向壓降即導(dǎo)通電壓為0.7V，而D26的正向壓降為0.3V。正常工作時(shí)3.3V的VCC3通過D26給

22、Q25供電，A點(diǎn)電壓約為3V。此時(shí)D27兩端的壓降只有0.3V，小于D27的正向?qū)妷?.7V，故3VSB未對Q25供電。只有在睡眠狀況無VCC3時(shí)3VSB才供電給Q25。A內(nèi)存上拉電壓DDR內(nèi)存的信號都有一個(gè)1.25V的上拉電壓以提高信號的可靠性。這個(gè)1.25V的上拉電壓DDRVTT是由2_5V_DRAM轉(zhuǎn)換而來，轉(zhuǎn)換電路一般采用如下兩種：圖1圖2圖1中Q21的10、11、12Pin為電壓輸入腳，14、15Pin為電壓輸出腳，Pin8為Q21的工作電壓輸入，Pin5為輸出電壓反饋。圖2中U33的pin2為電壓輸入腳，Pin7為電壓輸出腳，1、8Pin為U33的工作電壓輸入，Pin5為輸出電

23、壓反饋。GMCHMemory內(nèi)存上拉電壓工作模式圖如下：第二章CPU供電2.1CPU供電標(biāo)準(zhǔn)CPU是計(jì)算機(jī)最關(guān)鍵的部件，CPU工作電壓的穩(wěn)定性和精確性將直接影響到整機(jī)的性能。質(zhì)量不合格的CPU供電不僅影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定，嚴(yán)重的還會(huì)燒毀CPU和主板。目前標(biāo)準(zhǔn)的主板CPU供電都采用PWM模式和參照VRM標(biāo)準(zhǔn)，先進(jìn)的還采用了Intel的VRD10.1PWM，Pulse-Width Modulation， 脈寬調(diào)制，就是利用脈沖控制信號控制開關(guān)MOS管產(chǎn)生方波經(jīng)濾波后形成平直電流。VRM， Voltage Regulator Module ，電壓調(diào)節(jié)組件，就是利用控制脈寬調(diào)制模式調(diào)節(jié)CPU電壓的控制

24、器。Intel為其制定了一系列的標(biāo)準(zhǔn)，目前最新的標(biāo)準(zhǔn)是VRM10.0，我們這里所用到的是VRM9.0。2.2CPU供電原理采用PWM模式供電的原理圖如下：12V電源通過由電感線圈和電容組成的濾波電路，然后進(jìn)入兩個(gè)MOS管組成的開關(guān)電路，此電路受到PMW控制器（控制MOS管導(dǎo)通的順序和頻率，從而可以在輸出端達(dá)到電壓要求）的控制輸出所要求的電壓和電流，圖中箭頭處的波形圖可以看出輸出隨著時(shí)間變化的情況。此方波再經(jīng)過L2和C2組成的濾波電路后，得到平滑穩(wěn)定的電壓，這個(gè)穩(wěn)定的電壓就是供給CPU的核心（Core）電壓。采用原理圖所示的電路最多不過能產(chǎn)生25A的電流，而現(xiàn)在的P4CPU功率達(dá)到7080瓦，電

25、流也達(dá)到50A以上。實(shí)際應(yīng)用的供電電路中一般都采用不止一組MOS管，而是用2到3組甚至4組MOS管供電。這就是我們平常說的“多相”供電。2相供電原理圖如下：2.3VRM9.0Output Voltage VS. VID Code不同型號的CPU其核心工作電壓不同，在設(shè)計(jì)時(shí)就已按VRM標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定。VRM模塊的輸出電壓由VID（0.4）5個(gè)電壓識別（Voltage ID ）信號控制。根據(jù)VID電平高低的組合，按照VRM9.0標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的VRM模塊的輸出電壓范圍為1.1001.850。具體的VID組合和輸出電壓對照如下：2.4CPU供電電路模式CPUVRMMOSFET1LC濾波電路VID(0.4)DRV

26、(0.3)MOSFET2MOSFET3Vcore模式一以目前使用最多的3相供電為例來說明CPU供電電路的模式。一般有兩種，如圖：VRMCPUPWMMOSFET1LC濾波電路VID(0.4)DRV(0.3)MOSFET2MOSFET3DVR1PWM1DVR2DVR3PWM2PWM3Vcore模式二模式一中CPU根據(jù)自身工作電壓的需要發(fā)出VID組合代碼給VRM，將VRM的部分VID信號電壓拉低。VRM依據(jù)VID組合代碼發(fā)出3路占空比相同但相位相差120度的脈沖信號。這3路脈沖信號每路兩個(gè)，相位正好相反，即一個(gè)為高電平時(shí)另一個(gè)為低電平。每一路脈沖信號分別驅(qū)動(dòng)每組MOSFET的的導(dǎo)通與截止，將12V的

27、電源轉(zhuǎn)換為方波輸出。再經(jīng)過電感和電容組成的整流濾波電路，變成CPU所需要的平滑穩(wěn)定的直流電源。電源的電壓和電流可以通過調(diào)整脈沖信號的占空比和頻率來改變，這就是所謂的脈寬調(diào)制模式。模式二和模式一的不同在于模式二把VRM模塊分為了2級。第一級只根據(jù)VID的組合發(fā)出3個(gè)脈寬調(diào)制信號，稱之為PWM模塊。第二級為驅(qū)動(dòng)級，由3個(gè)相同的驅(qū)動(dòng)模塊組成。驅(qū)動(dòng)模塊的作用是將脈寬調(diào)制信號分為兩個(gè)脈沖信號，將其中一個(gè)提高脈沖電壓輸出，將另一個(gè)反向輸出。輸出的這兩個(gè)反向的脈沖信號就如模式一中的一樣驅(qū)動(dòng)MOS管工作，產(chǎn)生CPU電壓。2.5典型CPU供電電路該電路是由ADP3165芯片組成VRM的第一級，3個(gè)ADP3418

28、芯片組成VRM第二級的目前使用較多的典型電路P4 CPU供電電路。因?yàn)楝F(xiàn)在主流CPU的功率都比較大， VRM9.0標(biāo)準(zhǔn)要求輸出電流要達(dá)到60A，所以P4主板的VRM系統(tǒng)由ATX P4 Power提供一個(gè)專用的12V電壓供電。工作過程：1.CPU拉低部分VID電平，ADP3165，U2開始工作，從Pin16、Pin17和Pin18輸出3路PWM信號分別給ADP3418：U30、U31、U32。2. ADP3418將第二腳輸入的PWM信號驅(qū)動(dòng)為DRVH和DRVL兩個(gè)反相的脈沖信號從Pin8和Pin5輸出。3.每組脈沖信號分別連接兩個(gè)N型MOS管的柵極，控制其導(dǎo)通與截止。4.12V電源在高端MOS管

29、導(dǎo)通時(shí)輸出，在低端MOS管導(dǎo)通時(shí)截止，故在電感L6、L7、L8的左端輸出為方波。5.方波經(jīng)過電感L6、L7、L8和右端的電容組成的整流濾波電路成為平穩(wěn)的直流電VCCP供給CPU。6.VCCP經(jīng)過反饋電路，即通過電阻R736到達(dá)U2的Pin9。7.U2檢測到CPU電壓VCCP達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后通過Pin11輸出VRMPG信號給主板其它組件，表示CPU供電正常。2.6CPU供電電路波形分析（1）脈寬調(diào)制信號的驅(qū)動(dòng)輿轉(zhuǎn)換：A到B、CA點(diǎn)PWM信號，平均電壓和峰峰值都比較低。B點(diǎn)DRVH信號，平均電壓低，峰峰值高。C點(diǎn)DRVL信號，平均電壓高，峰峰值低。AB相位相同；BC相位相反；ABC頻率相等（2）三路脈寬

30、調(diào)制信號的比較：TT/3T/3PWM1PWM2PWM3三相PWM信號波形頻率相同，相位相差三分之一周期，即120度。（3）直流到直流的電壓轉(zhuǎn)換：1點(diǎn)、2點(diǎn)、3點(diǎn)，12V直流到脈沖交流到VCCP直流1點(diǎn)12V_Power12V直流電壓轉(zhuǎn)換為峰峰值19V平均值1.2V的方波2點(diǎn)方波峰峰值19V平均值1.2V的方波轉(zhuǎn)換為1.2V的直流電3點(diǎn)VCCP（4）輸出方波輿反饋信號的比較：242點(diǎn)：輸出方波；4點(diǎn)：反饋波形CH2測量的是2點(diǎn)即SW信號，CH1測量的是4點(diǎn)即BST信號。兩者波形，頻率、峰峰值相同，平均電壓BST比SW高約10V。2.7典型CPU供電電路芯片分析（1）ADP3165ADP3165引

31、腳圖如下：ADP3165功能模塊圖如下：ADP3165芯片為TSSOP封裝，20Pin，各引腳功能如下：Pin1-5，VID4-VID0 ，電壓識別輸入。由內(nèi)部的3V電壓上拉保持為高電平。當(dāng)有電壓被拉低時(shí)VRM開始工作。Pin6，SHARE，電流共享輸出。與另一個(gè)VRM系統(tǒng)的SHARE信號連接，分配兩個(gè)VRM系統(tǒng)的輸出電流。一般為懸空。Pin7，COMP，錯(cuò)誤放大輸出。當(dāng)其電壓小于0.8V時(shí)將使整個(gè)VRM系統(tǒng)的震蕩器停止工作，即輸出給CPU的電壓為0V。Pin8，GND，接地腳。FB,REF 和 VID DAC部分的參考接地。Pin9，F(xiàn)B，反饋輸入。偵測VRM輸出電壓，號調(diào)整輸出電壓的精確性

32、。Pin10，CT，電容腳。接一電容，容值決定VRM脈寬調(diào)制信號的頻率。Pin11，PWRGD，電源OK輸出。VRM輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定合格標(biāo)準(zhǔn)時(shí)輸出。Pin12-13，CS+、CS-，電流感應(yīng)輸入。偵測VRM輸出電流。Pin14，PGND，電源接地。所有電源和邏輯輸出信號的參考接地。Pin15，PC，相位控制輸入。控制脈寬調(diào)制信號輸出相數(shù)和每相的相位。Pin16-18，PWM3-PWM1，脈寬調(diào)制信號輸出。分別控制3相脈沖信號驅(qū)動(dòng)器。Pin19，REF，參考電壓輸出。3.0V，一般通過一個(gè)電阻連接COMP信號腳?？梢宰鳛榉糯笃鞯男?zhǔn)電壓。Pin20，VCC，工作電壓。 ADP3165芯片的工作電

33、壓輸入腳。（2）ADP3418ADP3418的引腳圖如下：ADP3418功能模塊圖如下ADP3418芯片為SOP封裝，8Pin，各引腳功能如下：Pin1，BST，自激供給電壓輸入。一個(gè)動(dòng)態(tài)的自激蕩電壓，供給MOSFET驅(qū)動(dòng)信號的驅(qū)動(dòng)開關(guān)。Pin2，IN，脈寬調(diào)制信號輸入。初級驅(qū)動(dòng)信號，提供兩個(gè)脈沖信號的輸出。Pin3，OD，輸出禁止。當(dāng)此電壓為低時(shí)禁止DRVH、DRVL輸出。Pin4，VCC，工作電壓。 ADP3418芯片的工作電壓輸入腳。Pin5，DRVL，同步校正輸出。驅(qū)動(dòng)低端MOSFET。Pin6，PGND，電源接地。電源和信號的參考接地。Pin7，SW，開關(guān)信號輸入。監(jiān)控高端MOSFE

34、T輸出的開關(guān)電壓。Pin8，DRVH，脈沖驅(qū)動(dòng)信號輸出。驅(qū)動(dòng)高端MOSFET。第三章主板時(shí)鐘3.1時(shí)鐘合成器時(shí)鐘實(shí)時(shí)序是計(jì)算機(jī)工作的三個(gè)必要要素之一，在主板供電正常情況下，主板的時(shí)鐘就會(huì)產(chǎn)生。如果把時(shí)鐘比作脈搏，那么時(shí)鐘合成器就是主板的心臟。時(shí)鐘合成器（Clock Generator）的工作原理是將一個(gè)基準(zhǔn)頻率通過分頻與倍頻產(chǎn)生主板所需要的各種工作頻率?；鶞?zhǔn)頻率由一個(gè)石英晶體振蕩器（簡稱晶振）提供。晶振由石英芯片和夾在兩面的充當(dāng)電極的金屬膜組成。石英芯片在電壓作用下會(huì)產(chǎn)生固定的機(jī)械震動(dòng)，機(jī)械震動(dòng)使流過晶振的電流變化。于是晶振與接在晶振兩極的電容產(chǎn)生正弦波。震蕩頻率由芯片的厚薄決定。石英芯片金屬

35、膜3.2時(shí)鐘合成器芯片以使用最多的ICS9250芯片來說明時(shí)鐘合成器的主要功能。ICS9250輸出的時(shí)鐘頻率有：3組微分CPU時(shí)鐘；7組33.3MHz PCI時(shí)鐘；3組可調(diào)PCI時(shí)鐘；2組48MHz USB時(shí)鐘；1組14.318MHz參考時(shí)鐘；3組66MHz可選時(shí)鐘；3組66.6MHz可選時(shí)鐘。ICS9250引腳圖如下：3.3ICS9250功能模塊ICS9250模塊圖ICS9250除了輸出各種時(shí)鐘頻率外還具有輸出頻率選擇和調(diào)節(jié)；支持頻率延展調(diào)節(jié)即可將頻率向下調(diào)節(jié)0到-0.5%；支持電源管理功能即通過STOP信號屏蔽部分頻率輸出，降低功耗；具有輸出頻率反饋設(shè)計(jì)。3.4ICS9250引腳功能ICS

36、9250為SSOP封裝，56Pin，具體引腳功能如下：3.5ICS9250輸出頻率的選擇從ICS9250的引腳功能可以看出，除了輸出各種頻率外，主要的控制信號有：FS(2:0)，SDATA，SCLK，MULTSEL0，CPU_STOP#，PCI_STOP#，PD#，Vtt_PWRGD#。FS(0:2)是輸出頻率選擇（Frequency Select）信號，其輸入電平的高低組合控制輸出時(shí)鐘的頻率。具體的對應(yīng)關(guān)系如下表：FS2信號的電平一般固定的設(shè)定為高或者低，決定芯片的工作模式。從表中可以看出在不同模式下輸出（或輸入）時(shí)鐘的性質(zhì)也不同。FS1和FS0的電平由CPU控制，即CPU按照自己要求的工作

37、頻率發(fā)出高低不同的FS電平組合給ICS9250。SDATA和SCLK即是系統(tǒng)管理總線，在這里用來控制整個(gè)主板的時(shí)鐘信號同步。MULTSEL0是一個(gè)增益放大器（Multiplier）選擇信號，它的作用是選通為CPU時(shí)鐘增強(qiáng)信號的放大器。CPU_STOP#和PCI_STOP#的作用是在節(jié)電模式如睡眠時(shí)屏蔽CPU和PCI時(shí)鐘，使之控制的模塊停止工作。PD#是掉電（POWER DOWN）信號，低電平時(shí)芯片停止工作。Vtt_PWRGD#也是芯片的工作控制信號，當(dāng)它有效時(shí)芯片開始工作。在實(shí)際電路中PD#一般都保持為高電平，而Vtt_PWRGD#由CPU電壓VCCP控制，即產(chǎn)生CPU電壓后時(shí)鐘合成器就開始工

38、作。3.6時(shí)鐘合成器電路3.7主板時(shí)鐘方塊圖下面是一款主板的時(shí)鐘方塊圖：3.8主板其它時(shí)鐘主板除了由時(shí)鐘合成器產(chǎn)生時(shí)鐘信號外，還有一個(gè)必需的時(shí)鐘頻率，那就是南橋CMOS電路的實(shí)時(shí)時(shí)鐘（Real Time）頻率。它由一個(gè)32.768 KHz的晶振提供基準(zhǔn)頻率，其電路如下：另外，如果在主板上集成有網(wǎng)卡和聲卡，它們分別也有晶振提供其核心的工作基準(zhǔn)頻率。如圖：AUDIOLAN第四章主要控制信號P4 CPU引腳圖4.1CPU主要信號以P4 2.4GHz CPU為例，共478PIN，其中數(shù)據(jù)線HD63:0共64根、地址線HA31:3共29根。其它除了電源線接地線和懸空腳之外都是控制信號線。在CPU開始工作

39、時(shí)最主要的信號有BCLK1:0，RESET#，PWRGD，VCCVID、INIT#等。CPU的地址和數(shù)據(jù)信號直接連接到北橋。BCLK1:0是由時(shí)鐘合成器發(fā)出供給CPU的外頻，在時(shí)鐘的上升沿和下降沿都讀取一次數(shù)據(jù)，所以CPU的外頻即前端總線實(shí)際工作頻率為4倍BCLK。CPU的核心工作頻率就是由此外頻乘以倍頻而得到。RESET#是CPU的復(fù)位信號，由北橋發(fā)出。PWRGD是南橋根據(jù)PWROK和VRMPWRGD兩個(gè)信號發(fā)出的。INIT#是南橋發(fā)出的使CPU初始化的一個(gè)信號。VCCVID是P4 2.0MHz或以上頻率的CPU才使用的電壓信號，供內(nèi)部的VID信號工作。 VCCVID必須由外部獨(dú)立的1.2V

40、電壓供給，其電路圖如下：U14將輸入的VCC3轉(zhuǎn)換為1.2V的VCCVID供給CPU，同時(shí)給出POWRGOOD信號給電源管理器VRM。任何一路電壓有問題，CPU都將不會(huì)工作，對主板的電源起到一個(gè)非常關(guān)鍵的監(jiān)控作用。4.2北橋主要信號北橋被我們稱為四端口控制器，所以其控制信號主要是各個(gè)界面Interface的控制信號。根據(jù)所控制的界面不同，分別述之：（1）前段總線界面ADS#：Address Strobe，地址選通。BNR#：Block Next Request，鎖定下個(gè)請求（2）DDR內(nèi)存界面下圖是DDR內(nèi)存控制界面的主要信號，地址信號有SMAA12:0，SMAB5,4,2,1，數(shù)據(jù)信號有SD

41、Q63:0（3）模擬圖形輸出界面Analog Display也就是仿真圖形輸出界面。其輸出信號供給CRT顯示器，實(shí)現(xiàn)圖形的輸出。主要信號有行頻（HSYNC）、場頻（VSYNC）紅（ RED ）、綠（GREEN ）、藍(lán)（BLUE）三基色；DDCA_CLK時(shí)鐘和DDCA_DATA數(shù)據(jù)。（4）南北橋界面HUB Interface是Intel芯片組南北橋之間的傳輸界面，供13根信號線，其中數(shù)據(jù)線HI_10:0為傳輸線，HI_STBS和HI_STBF為控制線。HI_STBS ：Hub Interface StrobeHI_STBF： Hub Interface Strobe Complement這兩個(gè)信

42、號是一對微分的選通信號線，接收和發(fā)送通過Hub Interface的打包方式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。4.3南橋主要信號（1）PCI界面PCI界面，地址時(shí)鐘合用32位信號線，主要控制信號有：C/BE#：總線控制和字節(jié)允許信號。DEVSEL#：設(shè)備選擇信號FRAME#：周期開始信號IRDY#：主設(shè)備準(zhǔn)備好信號TRDY#：目標(biāo)設(shè)備準(zhǔn)備好信號STOP#：停止信號其余信號有時(shí)鐘信號，復(fù)位信號等。（2）IDE界面IDE界面，南橋提供雙IDE界面，一個(gè)主界面，一個(gè)從界面。每個(gè)界面地址線3位，數(shù)據(jù)線16位。其余的主要控制信號有請求信號REQ，讀信號，寫信號等。（3）AC97界面AC_LINK界面主要有5個(gè)信號：AC-RS

43、T#復(fù)位信號AC-SYNC同步信號AC-BIT-CLK時(shí)鐘信號AC-SDOUT數(shù)據(jù)輸出AC-SDIN數(shù)據(jù)輸入（4）USB界面南橋一般提供6到8個(gè)USB界面，USB界面因?yàn)槭谴锌偩€，只有兩根數(shù)據(jù)線傳輸數(shù)據(jù)，另外有一根電源線和電源地線提供外設(shè)電源。OC#USB控制器信號USBRBIAS#和USBRBIAS都是用來接外部偏置電阻。（5）LPC界面LPC被稱之為低腳位總線其地址數(shù)據(jù)線共享4位信號線，LFRAME#為一個(gè)LPC周期開始或中止信號。LDRQ#為一個(gè)串行DMA或MASTER傳輸控制請求信號。4.4BIOS主要信號如圖是BIOS在電路中的一般連接線路圖。主要信號有初始化信號INIT#，復(fù)位信

44、號RST#，寫允許信號WP#等。4.5復(fù)位信號RST，（Reset，復(fù)位）是計(jì)算機(jī)各個(gè)子系統(tǒng)工作開始的首要控制信號。在RST信號有效時(shí)各功能模塊被強(qiáng)制回復(fù)到最初始的狀態(tài)，等待新的工作開始。第五章開機(jī)過程5.1開機(jī)步驟開機(jī)過程是指從啟動(dòng)電源到計(jì)算機(jī)加載操作系統(tǒng)的過程。按啟動(dòng)的過程可以分為三個(gè)階段：硬件啟動(dòng)、軟件啟動(dòng)、操作系統(tǒng)引導(dǎo)。5.2硬件啟動(dòng)在計(jì)算機(jī)的開機(jī)過程中首先是電源啟動(dòng)。15VSB加載主板2按下PowerButton，產(chǎn)生PS-ON信號3Power輸出電源4 電源穩(wěn)定后，Power發(fā)出PWROK信號5同時(shí)CPU拉低VRM的VID信號6VRM工作產(chǎn)生CPU電源VCCP7穩(wěn)定的VCCP反饋給

45、VRM產(chǎn)生PWRGD信號同時(shí)時(shí)鐘合成器開始工作產(chǎn)生各種時(shí)鐘頻率8南橋收到PG信號和工作頻率產(chǎn)生PCIRST#信號9北橋收到PCIRST#信號發(fā)出CPURST#給CPU在電源啟動(dòng)后時(shí)鐘合成器開始工作，同時(shí)產(chǎn)生復(fù)位信號。CPU開始工作。CPU在滿足電源、時(shí)鐘頻率和基本的控制信號條件下接收到CPU復(fù)位信號發(fā)出一個(gè)地址信號。由CPU的硬件設(shè)計(jì)決定，這個(gè)地址信號固定為FFFFFFF0H，指向BIOS的入口地址。FFFFFFF0H通過前端總線的地址線傳到北橋，北橋?qū)⒃摰刂沸盘枆嚎s后通過ZIP總線傳到南橋。南橋接收到該地址將信號解壓后分批發(fā)送給BIOS，然后取得該地址存儲(chǔ)的命令EA。南橋?qū)⑷〉玫腂IOS命令

46、通過數(shù)據(jù)線經(jīng)北橋傳送給CPU，CPU執(zhí)行接收到的命令開始計(jì)算和控制，發(fā)出一系列的指令，計(jì)算機(jī)硬件啟動(dòng)完成。5.3軟件啟動(dòng)硬件啟動(dòng)完成，CPU開始執(zhí)行一系列的從BIOS取得的命令，進(jìn)入軟件啟動(dòng)。軟件啟動(dòng)過程分別由BIOS的POST程序、CMOS設(shè)置程序、系統(tǒng)自舉過程控制，流程如下：軟件啟動(dòng)最開始的也是最關(guān)鍵的是POST過程。1初始化各個(gè)芯片和各個(gè)端口2設(shè)置中斷向量開機(jī)后BIOS在內(nèi)存的開始地址建立一個(gè)向量中斷表，每個(gè)中斷服務(wù)程序的入口地址都存于中斷向量表中。BIOS通過中斷向量的設(shè)置和中斷服務(wù)程序建立起硬件與軟件之間的聯(lián)系。3檢測系統(tǒng)配置如中斷號的分配，DMA通道號的分配等。4檢測系統(tǒng)資源POST檢測包括：CPU、ROM、MB、CMOSRAM、SIO、PIO、AGP Card、KB、FDD、HDD、CD-ROM等。在POST過程中出現(xiàn)致命故障將停機(jī)，不能給出任何提示。非嚴(yán)重故障會(huì)給出提示，等待處理。上電自檢完畢計(jì)算機(jī)會(huì)給出一個(gè)CMOS設(shè)置界面。CMOS設(shè)置程序是BIOS ROM中的一個(gè)模塊，它設(shè)置一些系統(tǒng)的參數(shù)，如CPU、內(nèi)存、外設(shè)