电脑主板电路工作原理

第5章主板各电路工作原理在学习主板维修之前，我们先对主板的基本工作原理，做一个大体的讲解。当插上ATX插头之后，ATX电源紫色线向主板上各参与开机电路的元件提供待机电压，此时主板处于等待状态，当点PWR开关后，触发开机电路，将ATX电源的绿线置为低电平，ATX电源12V、5V、3.3V向主板上输出各项供电，CPU、北桥、南桥等各主要芯片供电正常后，时钟芯片给主板上各设备送出时钟信号，南桥向主板上各设备发出复位信号，CPU被复位后，发出寻址指令，经北桥，南桥选中BIOS，读取BIOS芯片中存储的POST自检程序，由POST程序对主板上各设备包括CPU、芯片组、主存储器、CMOS存储器、板载I/O设备及显卡、软盘/硬盘子系统、键盘/鼠标等进行测试，测试全部通过，喇叭发出一声“嘟”的鸣叫，表示主板检测已经完成，系统可以正常使用。若检测中出现问题，则会发出报警声并中断检测，此时我们使用主板DEBUG卡，根据上面显示的代码，就可以知道问题是出现在什么部分，进行针对性维修。我们根据主板的基本工作原理，对应的把主板分为六大电路进行讲解，分别为开机电路、供电电路、时钟电路、复位电路、BIOS电路及接口电路进行讲解。4.1主板开机电路4.1.1软开机电路的大致构成及工作原理开机电路又叫软开机电路,是利用电源(绿线被拉成低电平之后,电源其它电压就可以输出)的工作原理,在主板自身上设计的一个线路,此电路以南桥或I/O为核心,由门电路、电阻、电容、二极管（少见）三极管、门电路、稳压器等元件构成，整个电路中的元件皆由紫线5V提供工作电压，并由一个开关来控制其是否工作，(如图4-1)当操作者瞬间触发主板上POWER开关之后，在POWER开关上会产生一个瞬间变化的电平信号，即0或1的开机信号，此信号会直接或间接地作用于南桥或I/O内部的开机触发电路，使其恒定产生一个0或1的的信号，通过外围电路的转换之后，变成一个恒定的低电平并作用于电源的绿线。当电源的绿线被拉低之后，电源就会输出各路电压（红5V、橙3.3V、黄12V等）向主板供电，此时主板完成整个通电过程。图4-1主板通电电路的工作原理框图4.1.2INTEL主板83627HF实例讲解：W83627系列I/O在Intel芯片组的主板中从Intel810主板开始,到目前的主板当中,都有广泛的应用,而且在实际维修中极容易损坏.下面我们以INTEL芯片组上最常见的83627HF开机电路图（见图4-2）为例，讲解开机电路的具体工作流程。图4-283627HF开机电路图1、插上ATX电源后，82801DB的南桥得到3.3VSB和1.5VSB待机电压，5VSB给I/O芯片83627HF的61脚提供5VSB待机电压，图中的CMOS跳线安装在1、2脚位置，南桥CMOS电路工作正常，给32.768K的实时晶振产生起振电压，32.768K的晶振起振后将此频率送到南桥，2、83627Hf的61脚上是由5VSB紫色线提供的待机电压，提供I/O内部的开机触发电路工作所需要的供电。3、点PWR开关，83627HF的68脚上得到一个高电平，67脚经内部电路逻辑给南桥送出一个3.3V到0V的电压跳变，此信号叫做PWRBTN_SB#信号，南桥收到此信号后，给I/O芯片的第73脚送出SLP_S3#信号，I/O收到此信号后，在72脚送出一个持续的低电平，将绿线电压拉低，完成开机。注释：图4-2中3.3VSB1.5VSB为5VSB（紫色线）经电路转换后得到的待机电压。其转换方式见图4-4及图4-5。4-2图中红色框内为CMOS电路原理图，图中所示跳线为CMOS跳线，2脚接入南桥RTCTST#脚，此信号脚为RTC实时振荡电路复位引脚，低电平有效，当低电平时将清除南桥内部CMOS电路设置。当ATX电源有5VSB供电时，5VSB经过二极管D1给CMOS跳线2脚3V左右电压，当断开ATX供电时，由CMOS电池为2脚继续提供高电平。这就是为什么我们主板放置很久还可以保存CMOS设置及CMOS时间可以准确走时的原因。当跳线安装在2-3位置的时候，则会清除CMOS设置，32.768K晶振停振。此时主板无法加电。当主板无法保存CMOS设置时，则应检修此电路，常见的为二极管D1或者D2损坏造成的。4.1.3VIA芯片组主板典型开机电路图VIAVT8235南桥为例，讲解VIA芯片组主板典型开机电路图。见图4-3。图4-3VT8235开机电路图开机流程：1、插上ATX电源后，PWR开关处2脚为3.3VSB经过472送来的高电平。南桥得到3.3VSB和2.5VSB的待机电压，此电压为5VSB转换得到。CMOS跳线跳到正常位置，32.768K晶振起振，给南桥提供32.768K的振荡频率。此时南桥处于待机状态。2、点PWR开关，即短接PWR开关的1、2脚，将2脚电压拉低，给南桥一个由高到低的电平变化，这个瞬间的低电平触发南桥内部的开机电路，南桥内部电路逻辑转换，发出持续高电平，经R5后，是三极管Q1导通，Q1导通后，C极接地，将绿线拉低，完成开机。注释：Q1为NPN三极管，VIA芯片组主板一般通过南桥开机，南桥发出为持续高电平，所以须经过此三极管转换为低电平，此三极管在VIA芯片组主板中极为常见。4.1.4南桥待机电压产生电路示意图第一种产生方式是由1117、1084等线形电源稳压器降压产生。见图4-4。图4-4南桥待机电压3.3VSB及1.5VSB产生图第二种产生方式由三极管或者场效应管降压产生，见图4-5。图4-5场管降压产生南桥3.3VSB各种常见南桥的待机电压见表4-1。INTEL82801BA3.3VSB1.8VSB82801DB、82801EB、82801FB3.3VSB1.5VSBVIAVT8233、VT8235、VT82373.3VSB2.5VSBSISSIS961、SIS962、SIS963、SIS9643.3VSB1.8VSB表4-1常见南桥待机电压4.1.5南桥及常见I/O的触发方式分析开机电路，重要的是要了解主板是通过什么芯片（I/O、南桥）完成的开机及他们的触发方式，见表4-2。为方便记忆，我们把瞬间电平触发称为“低（高）进”把I/O或者南桥发出的持续电平称为“高（低）出”。如：83627HF为瞬间高电平触发，触发后持续发出低电平，则我们成它的触发方式为“高进低出”。在表4-2中，我们列出了各种常见的I/O及南桥的触发方式，对于一些不常见的芯片，要了解他们的触发方式，我们可以通过跑电路去分析。跑电路的方法及注意事项在4.1.6节中我们有详细介绍。触发方式型号高进低出WINBOND83627系列I/O低进低出ITE871287028711WINBOND83977EFSIS芯片组南桥（SIS961-SIS964）低进高出VIA南桥INTEL南桥表4-2常见I/O及南桥的触发方式4.1.6主板中常见的几种开机电路图下面是几种常见的开机电路图（见图4-6、4-7、4-8、4-9、4-10），请读者按照我们上面的讲解试着分析一下。图4-6VIA686A南桥开机电路图图4-7ZC-845DAB开机电路图图4-8TM-845GLM主板开机电路图图4-9GA-8IRX主板开机电路图图4-10ASROCKP4S61开机电路图4.2主板供电电路4.2.1主板的供电机制主板供电电路(见图4-11)是主板中最容易损坏的部分，在实际的维修中占有相当大的比例，在学习本节之前，我们先来了解一下主板的供电机制。ATX电源的功率电压输出有+12V、+5V、+3.3V。ATX12V电源主要提供+12V、+5V、+3.3V、+5VSB、-12V五组电压，-5V由于ISA设备的消失，在最新的ATX12V版本中已经去掉。另一个负电压-12V虽然用得很少，但却不能忽视，因为AC’97、串口以及PCI接口还需要这个负电压。+12V电压目前可以说是最重要的，+12V主要是给CPU供电，通过VRM9.0（电压调整模块）调节成1.15~1.75V核心电压，供CPU（60A）、VttFSB（2.4A）、CPU-I/O（2.5mA）。+12V除了CPU外，还提供给AGP、PCI、CNR（CommunicationNetworkRiser）。相对来说，+5V和+3.3V就复杂多了。+5V被分成了四路。第一路经过VID（VoltageIdentificationDefinition）调整模块调整成1.2V供CPU，主板会根据处理器上5根VID引脚的0/1相位(见文尾附表)来判别这块处理器所需要的VCC电压（也就是我们常说的CPU核心电压）。第二路经过2.5V电压调整模块调整成2.5V供内存，并经过二次调整，从2.5V调整到1.5V供北桥核心电压、VccAGP、VccHI。第三路直接给USB设备供电。第四路供给AGP、PCI、CNR供电。+3.3V主要是为AGP、PCI供电，这两个接口占了+3.3V的绝大部分。除此之外，南桥部分的Vcc3_3以及时钟发生器、LPCSuperI/O（例如WinbondW83627THF-A）、FWH（FirmwareHub，即主板BIOS）也是由+3.3V供电。+5VSB这一路电压与开关机、唤醒等关联紧密；+5VSB在Intel845GE/PE芯片组中至少需要1A的电流，目前绝大部分电源的+5VSB都是2A。其中一路调整成2.5V电压供内存；第二路调整成1.5V，在系统挂起时为南桥提供电压；第三路调整成3.3V供南桥（同样也是用于系统挂起）、AGP、PCI、CNR；第四路直接供USB端口。主板供电电路框图见图4-11。输出为1.5V、2.5V、3.3V、Vcc。图4-11主板供电电路框图在这一章节的学习中，我们按照以下几个供电模块来讲述主板供电电路。1、CPU主供电，也成为VRM模块。CPU主供电一般称为V-CORE。2、DDR内存供电，分别为DDR_VCC,内存主供电，电压为2.5V及DDR_VTT，负载电压，也可称为辅助电压，电压为1.25V。3、AGP供电，也成为AGP_VDDQ。4、总线供电，不同的芯片组需要不同的供电电压，常见的为1.5V、2.5V、1.8V。4.2.2CPU主供电1、CPU主供电的大致构成及工作原理（见图4-12）CPU主供电是CPU工作的必须条件，主要由电源IC、场效应管、电感线圈、电容等组成，有时会再加入稳压二极管、三极管组成CPU主供电路。现在的主板基本上都为开关电源供电方式，将输入的直流电通过一个开关电路转换为宽度可调的脉冲电流，然后再通过滤波电路转换回直流电。通过PWM控制器IC芯片发出脉冲信号控制MOSFET场效应管轮流导通和关闭。图4-12CPU主供电工作原理如图4-12所示，主板通电后，电源IC（又叫PWMControl）开始工作，发出脉冲信号，使得两个场效应管轮流导通，当负载两端的电压VCORE（如CPU需要的电压）要降低时，通过场效应管的开关作用，外部电源对L2进行充电并达到所需的额定电压。当负载两端的电压升高时，通过场效应管的开关作用，外部电源供电断开，L2释放出刚才充入的能量，这时的L2就变成了电源继续对负载供电。随着L2上存储能量的消耗，负载两端的电压开始逐渐降低，外部电源通过场效应管的开关作用又要充电。依此类推在不断地充电和放电的过程中就行成了一种稳定的电压，永远使负载两端的电压不会升高也不会降低。（1）单相CPU供电电路单相供电（见图4-13），功耗来源于5V电源，由模拟和数字两个部分组成，模拟部分由主控制环组成，电压反馈环用以实现过欠电压保护和过流保护，数字部分用以控制MOSET（场效应管）的输出占空比。为保证输入的稳定，，放两个大电解电容和一个电感，以实现低通滤波，以保证输入端的洁净，L1的作用是减缓电流冲击场效应管Q1，两个场效应管Q1和Q2轮流导通和截止。Q1和Q2也分别被称为HIGHGATE和LOWGATE，或者被称为HIGHMOSFET和LOWMOSFET。图4-13单相CPU供电电路图（2）多相CPU供电电路因为CPU工作于大电流、低电压状态，所以一个开关电路无法很可靠地给它供电，另外，