笔记本主板电源原理及架构

笔记本主板电源原理及架构 笔记本主板电源原理及架构 通常情况下，笔记本由适配器或电池供电。常用适配器的典型输出电压为19.5V。电池通常输出10.8V、14.4V等。但主板内部各部分的工作电压并没有这么高。如DDRIII内存工作电压通常为1.5V，LAN工作电压为3.3V，硬盘、MODEN等需要5V等等。除了工作电压不同以外，主板不同部分对电源的带负载能力要求也不同。例如 DDRII内存通常要求1.5V电源能提供8A左右的电流。而CPU则往往需要超过30A以上且变化速率很高的电流。针对不同要求，我们需要把适配器或电池提供的电，经过精确的变换之后，再分配给不同的部分。设计笔记本主板电源部分的目的，简单的说，就是利用适配器或电池提供的电能，为主板各个部分单独制定合适的供电。下图为一典型电源架构图。 HYPERLINK "http://article/UploadPic/2010-4/20104815281565074.jpg" 图1.1 典型笔记本电源总架构 由图1.1 可以看出，适配器或电源经过众多变换，最终分成很多不同的部分。本文所有章节即围绕此图展开，详细的介绍各个部分的作用、特性以及解决方案。 上图为外部电源（适配器或电池）与主板电源相连接的部分，也是一个更加简略的架构图。外部电源的电压会被分布到一个电源平面上，以某品牌商务机种架构为例，此平面称为+PWR_SRC。若适配器和电池都在，电池处在充电状态或不工作，+PWR_SRC 电压即为适配器的电压，通常为19.5V。若只有适配器接入，情况相同。若只有电池接入，+PWR_SRC 为电池输出电压，通常为10.8V 或14.4V。主板各个部分不同的电源都直接或间接的由+PWR_SRC 转换得来。图中使用了FDC654P 来将+PWR_SRC 转换成+BL_PWR_SRC,用ISL62870 将+PWR_SRC 转换为+GPU_CORE, +GPU_CORE 为显卡的工作电源。除了电源变换外，从上图还可以看出，电池的充电电路也是电源架构的一部分。详情将会在以后章节中具体分析。 主板维修技巧     主板维修技巧     14.318MHZ及32.768KHZ是否不良）     3-1-3. 查BATTERY之SHORT PIN（JUMPER）是否未上或上錯     位置BATTERY 之電壓是否正確，CRYSTAL 32.768KHZ     頻率及其相關線路是否正常     3-2﹒PCIRST不正確     查CHIP之PCIRST至PCI SLOT（PIN A15）之線路是否     OPEN or SHORT或零件不良     3-3 CPURST不正確     查CHIP至CPU之線路是否OPEN or SHORT或零件不良     4. 查BE0～BE7，A2～A31，D0～D63等信號及其相關之線路是否     OPEN or SHORT或零件不良     5﹒ 查ADS，CPURDY，PCI之REQ0～REQ3，等信號及其相關之線路     是否OPEN or SHORT或零件不良     6﹒查PCI SLOT之AD0～AD31等信號及其相關之線路是否OPEN or     SHORT或零件不良     7﹒BIOS不良或無資料（可使用良品之BIOS交換測試確定之）     8﹒查SA0～SA16，SD0～SD7（XD0～XD7）等信號及其相關之線路     是否OPEN or SHORT或零件不良     1.熟悉PC主板的总线类型及I/O总线插槽中各信号排列情况，以I/O插槽中重要信号为     线索进行故障点查找是维修PC主板致命性故障的关键。     微机主板常用总线有PC/XT、PC/AT、VESA、PCI等类型，不同总线的I/O槽中信     号排列有所差别，熟悉I/O槽中重要信号是查找因总线类故障系统死机、屏幕无显示等严     重故障的前提。对死机类故障，首先区分故障原因是由I/O设备故障引起还是主板本身故     障引起。确诊故障在系统板后，可检测系统板I/O槽中地址总线或数据总线的脉冲状态初     步判断系统故障部位：若所有地址总线或数据总线均无脉冲，则可能是CPU未工作；若个     别地址总线或数据总线为恒定电平而其余位为脉冲，则是总线故障。由于CPU本身故障率     较低，因此检查CPU未工作的原因应从CPU工作的输入信号是否正常入手。CPU的基本工作     条件有三个，即系统复位信号RESET、系统时钟信号CLK、CPU就绪信号READY。以PC/AT机     为例，CPU(intel286)的29脚为RESET信号，对应于I/O槽中B02槽RESET DRV信号，在开机     时应有一个明显正脉冲；CPU的31脚为CLK信号，对应I/O槽中B20槽系统时钟SYSCLK信号     ，应为TTL电平的时钟脉冲。CPU的65脚为READY信号，在开机时应为低电平或脉冲。某P     C/AT机死机，屏幕无显示故障，首先查I/O槽中B02槽RESET DRV信号恒低，说明开机复位     信号错，于是查时钟处理芯片82284-12脚，在开机时有一个正脉冲，说明82284已正确发     出了系统复位信号，跟踪复位信号传输路径向下检查，说明82284已正确发出了系统复位     信号，跟踪复位信号传输路径向下检查，发现74ALS02的5、6脚输入为正脉冲，但输出4     脚却为“不高不低”浮空电平，更换该芯片后故障排除。对总线故障检修原则是：若发     现某一位或很少几位为恒定电平，可重新开机检查这些位在开机瞬间是否为恒定电平，     若开机瞬间即为恒定电平，则是错误状态；若开机瞬间为脉冲而后变为恒定电平则应首     先检查其他信号；若发现8位甚至更多的位同时出现错误状态，则应检查CPU工作是否正     常或相应的总线驱动门的控制信号(如驱动门的方向控制信号或门的选通信号等)。     ■2.I/O设备运行不正常的故障分析技巧     I/O设备的运行涉及I/O设备(如打印机、显示器、软、硬盘)本身、连接电缆、     多功能卡及主板。在通过替换法及插拔法确准故障发生在主板后，抓住主板上有关外设     重要控制信号，并对大规模集成电路芯片功能有所了解情况下也是容易排除故障的。如     软盘驱动器电机转动指示灯亮但不读软盘驱动器。由于主板与软、硬盘等外设之间采用     DMA操作，DMA操作的应答过程如下(以AST386中软盘DMA为例)：先由软盘驱动器发DREQ2     信号给DMA控制器(82C206)，然后DMA控制器向CPU(80386)发HRQ信号，CPU结束当前总线     周期后发响应信号HLDA给DMA控制器，最后DMA控制器发DMA响应信号DACK2给软盘驱动器     ，允许其数据进入系统总线。抓住DREQ2、HQR、HLDA、DACK2几个信号及传输通路可以很     快定点故障部位。另外，中断对外设运行起着非常重要作用，因此，从中断控制器及中     断控制信号传输途径查找涉及中断的外设运行故障也是必须要考虑的。主板控制电路较     为复杂，好在控制功能的高度集中及传输途径简化，只要抓住重要控制信号对主板故障     定位，速度比早期以分立元件为主的故障定位还要快。     ■3.随机性故障维修技巧     随机性故障原因较复杂，芯片或设备用接插件方式联接系统中存在接触不良；     时序控制电路偶尔发生时序信号漂移；芯片之间的电平匹配及时序匹配不好(如某些兼容     机内存芯片读写速度不一致)；电路板布线不合理或其它原因使主板上芯片引脚之间产生     电容或电感都可引起随机性故障。此类故障表现在显示内存错、内存校验错、键盘输入     死机、读写软盘、打印等操作时不固定地发生随机性故障。重点可从如下电路信号入手     ：(1)系统控制电路，如ALE地址锁存信号。(2)系统内存电路：RAS、CAS行列选通信号、     ADDRSEL行列地址转换控制信号、内存数据读出驱动、内存芯片速度匹配关系。(3)系统     地址总线和数据总线芯片。(4)系统各种时钟信号SYSCLK、PCLK、DMACLK。尤其需注意内     存芯片、内存条速度匹配关系及74FXX、74LSXX、74ALSXX等芯片的区别。当然对随机性     故障发生现象较固定时，可从现象直接判断故障原因，如主机有时启动，有时不启动，     一旦启动后系统工作完全正常且长时间正常，则很可能是“电源好”信号POWER GOOD不     正常引起。     ■4.其它类故障维修技巧     (1)主板被烧坏。一般是由于带电拔插系统中接插件，或电路中电源对地之间短     路而引起，此时可采用静态电阻测量法。若发现任意输入/输出脚与电源或地直接导通(     除原电路如此外)均属击穿故障；若发现两个类似的输入脚或输出脚的电阻值存在非常明     显的差别，一般来说，也是故障。注意：对主板被烧坏故障维修时不可简单更换烧坏元     件了事，而应检查与此相关的许多元件，直到短路故障消除及无故障元件时方可加电测     试。     (2)系统配置参数不正确。     此类故障一般可通过重新设置系统配置参数即可，但若配置参数不能设置或不     能保存系统配置参数时，则应从电池、CMOS RAM芯片、CMOS RAM供电电路及读写电路等     方面入手查找故障原因。           电脑主板故障分类         主板作为PC机系统运行的核心，在PC系统中起着至关重要的作用。系统时钟发生器与时     序控制电路、CPU及总线控制逻辑、DMA传输与中断控制、内存及其读写控制逻辑、系统     配置参数的存储与读写、键盘控制逻辑、I/O总线插槽甚至某些外设控制逻辑(如打印控     制)均集成在主板上。因此，主板发生故障不但会影响外部设备的正常运行，而且往往引     起无法启动的致命性故障。     主板故障根据影响范围不同可分为局部性故障和全局性故障；根据影响程度不     同可分为独立性故障和相关性故障；根据故障现象是否固定可分为稳定性故障和不稳定     性故障。局部性故障指系统某一个或几个功能运行不正常，如GW0520DH微机主板上打印     控制芯片82C11损坏，仅造成联机不打印或打印不正常，并不影响其它功能；全局性故障     往往影响整个系统的正常运行(死机)，使其丧失全部功能，例如时钟发生器损坏将使整     个系统因无正常基准时钟而瘫痪。独立性故障指完成某单一功能的芯片损坏，如主板上     某一块RAM芯片损坏，仅影响对该存储体的存取；相关性故障指一个故障与另外一些故障     相关联，其故障现象为多方面功能不正常，而其故障实质为控制诸功能的共同部分出故     障引起。例如软、硬盘子系统工作均不正常，而软、硬盘控制卡上其功能控制较为分离     ，故障往往在主板上的外设数据传输控制即DMA控制电路。稳定性故障是由于元器件功能     失效、电路断路、短路引起，其故障现象可稳定重复出现，而不稳定性故障往往是由于     接触不良、元器件性能变差，使芯片逻辑功能处于时而正常、时而不正常的临界状态而     引起。如某GW0530B微机地址总线中74LS244芯片性能不稳定，造成系统自检有时正常、     有时死机，又如某台909电脑由于系统板上I/O插槽变形且灰尘较多，造成显示卡与该插     槽接触不良，使显示呈变化不定的错误状态。         时钟电路工作原理：3.5电源经过二极管和电感进入分频器后，分频器开始工作，和晶体一起产生振荡，在晶体的两脚均可以看到波形。晶体的两脚之间的阻值在450---700欧之间。在它的两脚各有1V左右的电压，由分频器提供。晶体两脚常生的频率总和是14.318M。     总频（OSC）在分频器出来后送到PCI槽的B16脚和ISA的B30脚。这两脚叫OSC测试脚。也有的还送到南桥，目的是使南桥的频率更加稳定。在总频OSC线上还电容。总频线的对地阻值在450---700欧之间，总频时钟波形幅度一定要大于2V电平。如果开机数码卡上的OSC灯不亮，先查晶体两脚的电压和波形；有电压有波形，在总频线路正常的情况下，为分频器坏；无电压无波形，在分频器电源正常情况下，为分频器坏；有电压无波形，为晶体坏。     没有总频，南、北桥、CPU、CACHE、I/O、内存上就没有频率。有了总频，也不一定有频率。总频一定正常，可以说明晶体和分频器基本上正常，主要是晶体的振荡电路已经完全正常，反之就不正常。     当总频产生后，分频器开始分频，R2将分频器分过来的频率送到南桥，在南桥处理过后送到PCI槽B8和ISA的B20脚，这两脚叫系统测试脚，这个测试脚可以反映主板上所有的时钟是否正常。系统时钟的波形幅度一定要大于1.5V，这两脚的阻值在450---700欧之间，由南桥提供。     在主板上RESET和CLK者是南桥处理的，在总频正常下，如果RESET和CLK都没有，在南桥电源正常情况下，为南桥坏。主板不开机，RESET不正常，先查总频。在主板上，时钟线比AD线要粗一些，并带有弯曲。         P8:     Pin Name 　 Color Desc ription     1 PG 　 Orange(橙) Power Good, +5 VDC when all voltages has stabilized.(电源正常信号)     2 +5V 　 Red(红) +5 VDC (or n/c)     3 +12V 　 Yellow(黄) +12 VDC     4 -12V 　 Blue(蓝) -12 VDC     5 GND 　 Black(黑) Ground (地线)     6 GND 　 Black(黑) Ground (地线)         P9:     Pin Name 　 Color Desc ription     1 GND 　 Black(黑) Ground (地线)     2 GND 　 Black(黑) Ground (地线)     3 -5V 　 White or Yellow -5 VDC     4 +5V 　 Red(红) +5 VDC     5 +5V 　 Red(红) +5 VDC     6 +5V 　 Red(红) +5 VDC     PCI ，AGP，CPU 的地址线 ，数据线对地阻值约是300-800.没有时钟信号和BIOS插反都会倒致不能复位.     RESET所在INTEL芯片脚位。     82371EB A1PIN PCIRST W1PIN RSTDV M19PIN CPURST     82443BX B23PIN CPURST M26PIN CRESET A3PIN PCIRST     82810 M2PIN PCIRST AB4PIN CPURST     82815EP H3PIN PCIRST AA5PIN CPURST     82845SD AB25PIN CPURST E6PIN PCIRST     82845E AE17PIN CPURST     82845D AE17PIN CPURST     82850E AF11PIN PCIRST AC8PIN CPURST     主板的PCB上面有标示的     开机过程是这样的：机箱电源开关按下→开关电平跳变→super I/O电源开关引脚电平跳变→super I/O输出信号给南桥→如果所有开机所需信号都正常→南桥输出信号给super I/O→super I/O输出低电平至ATX电源PS-ON脚→电源启动。     采用W83627/IT8712/W83977EF/W83977TF super I/O的主板都是这样，VIA的694芯片由于已将super I/O集成在VT82C686A/B中了，所以开机输入信号是直接给南桥的，输出信号也是由南桥直接给出的。     需要说明的是绝大多数主板开机电平是低电平的，但非要设计成高电平开机也未尝不可，这要看设计者的设计意图了。     主板上的3V电池是为CMOS电路及实时时钟电路、super I/O供电的。另外现在的主板CMOS电路都集成在南桥中。     复位信号是依靠给CPU的复位开关送出一个低电平信号而起作用的     硬盘电路板测试及维修技巧     ①首先检查CMOS SETUP是否丢失了硬盘配置信息。测量主板上COMS RAM电路是否为电池有故障，或元器件（如二极管、三极管、电阻、电容等）损坏能原因而CMOS中的硬盘配置参数出错。     ②通过加电自测，若屏幕显示错误信息“1701”或“Hard Disk Error”，说明硬盘确实有故障。但也可能是硬盘适配卡未插好、或者硬盘与硬盘适配器的插接处未插好、或者硬盘适配器有故障等。     ③关机，拆开机盖，测+5V、+12V电源是否正常，电源盒风机是否转动。以此来判断是否外电路缺电。     ④检查信号电缆线，插头与硬盘适配卡是否插好，有无插反或接触不良。可尝试交换一些电缆插头试一下。     ⑤采用“替代法”来确定故障部件。找一块好硬盘适配卡（或多功能卡）与该硬盘适配卡比较，判断是硬盘适配卡还是硬盘驱动器本身有问题。     ⑥观察步进电机端止档销是否卡死，如卡死，用手拨回起始位置。     以上几个，用户需要仔细检查、测试、分析，找出坏的元器件进行修理，或者更换硬盘适配卡。     经以上的处理后，只要不是硬盘盘体本身损坏，仅仅是一般性的接插件的接触不良或外电路故障则多数能够迅速排除。     ②测电阻法     该测量方法一般是用万用表的电阻档测量部件或元件的内阻，根据其阻值的大小或通断情况，分析电路中的故障原因。一般元器件或部件的输入引脚和输出引脚对地或对电源都有一定的内阻，用普通万用表测量，有很多情况都会出现正抽电阻小，反向电阻大的情况。一般正向阻值在几十欧姆至100欧姆左右，而反向电阻多在数百欧姆以上。但正向电阻决不会等于0或接近0，反向电阻也不会无穷大，否则就应怀疑管脚是否有短路或开路的情况。当断定硬盘子系统的故障是在某一板卡或几块芯片时，则可用电阻法进行查找。关机停电，然后测量器件或板卡的通断、开路短路、阻值大小等，以此来判断故障点。若测量硬盘的步进电机绕组的直流电阻为24欧，则符合标称值为正常；10欧左右为局部短路；0欧或几欧为绕组短路烧毁。     硬盘驱动器的扁平电缆信号线常用通断法进行测量。硬盘的电源线既可拔下单测也可在线并测其对地阻；如果无穷大，则为断路；如果阻值小于10欧，则应怀疑局部     1、硬盘故障分析与处理步骤 下面仅简要介绍物理故障的分析与一般的处理步骤： 短路，需做进一步的检查。     ③测电压法     该测量方法是在加是怕情况下，用万用表测量部件或元件的各管脚之间对地的电压大小，并将其与逻辑图或其它参考点的政党电压值进行比较。若电压值与正常参考值之间相差较大，则青蛙该部件或元件有故障；若电压正常，说明该部分完好，可转入对其它部件或元件的测试。一般硬盘电源与软盘插线一样，四个线头分别为+12V、+5V、-5V和地线。硬盘步进电机额定电压为+12V。硬盘启动时电流大，当电源稳压不良时（电压从12V下降到10.5V），会造成转速不稳或启动困难。     Ⅰ/O通道系统板扩展槽上的电源电压为+12V、-12V、+5V和-5V。板上信号电压的高电平应大于2.5V，低电平应小于0.5V。硬盘驱动器插头、插座按照引脚的排列都有一份电压表，高电平在2.5-3.0V之间。若高电平输出小于3V，低电平输出大于0.6V即为故障电平。逻辑是怦的测量可用试波器测量或者用逻辑笔估算。     ④测电流法     如果有局部短路现象，则短路元件会升温发热并可能引起保险丝熔断。将万用表串入故障线路，核对电流是否超过正常值。硬盘驱动器适配卡上的芯片短路会导致系统析负载电流加大，驱动电机短路或驱动器短路会导致主机电源故障。硬盘电源+12V的工作电流应为1.1A左右。当硬盘驱动器负载电流加大时，会使硬盘启动时好时坏。电机短路或负载过流轻则保险熔断，重则导致电源块、开关调整管损坏。在加大电流回路中可串入流假负载进行测量。如有保险的线路，则可断开保险管一头将表串入进行测量。在印刷板上的某芯片的电源线，可用刻刀或钢锯条割断铜泊引线串入万用表测量。电机插头、电源插头可从卡口里将电源线起出来串入表测量。