主板知識(shí)詳解:硬件監(jiān)控與電源回路
主板知識(shí)詳解:硬件監(jiān)控與電源回路
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主板知識(shí)詳解:硬件監(jiān)控與電源回路
1、硬件監(jiān)控
為了讓用戶能夠了解硬件的工作狀態(tài)(溫度、轉(zhuǎn)速、電壓等)，主板上通常有一塊至兩塊專門用于監(jiān)控硬件工作狀態(tài)的硬件監(jiān)控芯片。當(dāng)硬件監(jiān)控芯片與各種傳感元件(電壓、溫度、轉(zhuǎn)速)配合時(shí)，便能在硬件工作狀態(tài)不正常時(shí)，自動(dòng)采取保護(hù)措施或及時(shí)調(diào)整相應(yīng)元件的工作參數(shù)，以保證電腦中各配件工作在正常狀態(tài)下。常見的有“溫度控制芯片”和“通用硬件監(jiān)控芯片”等等。
1) 溫度控制芯片：
主流芯片可以支持兩組以上的溫度檢測(cè)，并在溫度超過一定標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，自動(dòng)調(diào)整處理器散熱風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，從而降低 CPU 的溫度。超過預(yù)設(shè)溫度時(shí)，還可以強(qiáng)行自動(dòng)關(guān)機(jī)，從而保護(hù)電腦系統(tǒng)。常見的溫度控制芯片有 Analog Devices 的 ADT7463 等等。
2) 通用硬件監(jiān)控芯片：
這種芯片通常還整合了超級(jí) I/O(輸出/輸出管理)功能，可以用來監(jiān)控受監(jiān)控對(duì)象的電壓、溫度、轉(zhuǎn)速等。對(duì)于溫度的監(jiān)控需與溫度傳感元件配合;對(duì)風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)速的監(jiān)控，則需與 CPU 或顯卡的散熱風(fēng)扇配合。比較常見的硬件監(jiān)控芯片有：華邦公司的 W83697HF 和 W83627HF;SMSC公司的 LPC47M172;ITE 公司的 IT8705F、IT8703F;ASUS 公司的 AS99172F(此芯片能同時(shí)對(duì)三組系統(tǒng)風(fēng)扇和三組系統(tǒng)溫度進(jìn)行監(jiān)控)等。
2、電源回路
電源回路是主板中的一個(gè)重要組成部分，其作用是對(duì)主機(jī)電源輸送過來的電流進(jìn)行電壓的轉(zhuǎn)換，將電壓變換至 CPU 所能接受的內(nèi)核電壓值，使 CPU 正常工作，以及對(duì)主機(jī)電源輸送過來的電流進(jìn)行整形和過濾，濾除各種雜波和干擾信號(hào)，以保證電腦的穩(wěn)定工作。電源回路的主要部分，一般都位于主板 CPU 插槽附近。電源回路依其工作原理，可分為“線性電源供電方式”和“開關(guān)電源供電方式”兩種。
1) 線性電源供電方式
這是好多年以前的主板供電方式，它是通過改變晶體管的導(dǎo)通程度來實(shí)現(xiàn)的。晶體管相當(dāng)于一個(gè)可變電阻，串接在供電回路中。由于可變電阻與負(fù)載流過相同的電流，因此要消耗掉大量的能量并導(dǎo)致升溫，電壓轉(zhuǎn)換效率低。尤其是在需要大電流的供電電路中，線性電源無法使用。目前，這種供電方式早已經(jīng)被淘汰掉了。
2) 開關(guān)電源供電方式
這是目前廣泛采用的供電方式，PWM 控制器 IC 芯片提供脈寬調(diào)制，并發(fā)出脈沖信號(hào)，使得場(chǎng)效應(yīng)管 MOSFET1 與 MOSFET2 輪流導(dǎo)通。扼流圈 L0 與 L1 是作為儲(chǔ)能電感使用，并與相接的電容組成 LC 濾波電路。
其工作原理是這樣的：當(dāng)負(fù)載兩端的電壓 VCORE(如 CPU 需要的電壓)要降低時(shí)，通過 MOSFET 場(chǎng)效應(yīng)管的開關(guān)作用，外部電源對(duì)電感進(jìn)行充電，并達(dá)到所需的額定電壓。當(dāng)負(fù)載兩端的電壓升高時(shí)，通過 MOSFET 場(chǎng)效應(yīng)管的開關(guān)作用，外部電源供電斷開，電感釋放出剛才充入的能量，這時(shí)的電感就變成了電源繼續(xù)對(duì)負(fù)載供電。隨著電感上存儲(chǔ)能量的消耗，負(fù)載兩端的電壓開始逐漸降低，外部電源通過 MOSFET 場(chǎng)效應(yīng)管的開關(guān)作用又要充電。依此類推，在不斷地充電和放電過程中，就行成了一種穩(wěn)定的電壓，永遠(yuǎn)使負(fù)載兩端的電壓不會(huì)升高也不會(huì)降低，這就是開關(guān)電源的最大優(yōu)勢(shì)。還有就是由于 MOSFET 場(chǎng)效應(yīng)管工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通時(shí)的內(nèi)阻和截止時(shí)的漏電流都較小，所以自身耗電量很小，避免了線性電源串接在電路中的電阻部分消耗大量能量的問題。這也就是所謂的“單相電源回路”的工作原理。
單相供電一般可以提供最大 25A 的電流，而現(xiàn)今常用的 CPU 早已超過了這個(gè)數(shù)字，P4 處理器功率可以達(dá)到 70-80 瓦，工作電流甚至達(dá)到50A，單相供電無法提供足夠可靠的動(dòng)力。所以，現(xiàn)在主板的供電電路設(shè)計(jì)，都采用了兩相甚至多相的設(shè)計(jì)。如圖 46 就是一個(gè)兩相供電的示意圖，很容易看懂，就是兩個(gè)單相電路的并聯(lián)。因此，它可以提供雙倍的電流供給，理論上可以綽綽有余地滿足目前 CPU 的需要了。但上述只是純理論，實(shí)際情況還要添加很多因素，如開關(guān)元件性能、導(dǎo)體的電阻，都是影響 Vcore 的要素。實(shí)際應(yīng)用中，存在供電部分的效率問題，電能不會(huì)100% 轉(zhuǎn)換，一般情況下消耗的電能都轉(zhuǎn)化為熱量散發(fā)出來。所以，我們常見的任何穩(wěn)壓電源，總是電器中最熱的部分。要注意的是，溫度越高，代表其效率越低。這樣一來，如果電路的轉(zhuǎn)換效率不是很高，那么采用兩相供電的電路就可能無法滿足 CPU 的需要，所以又出現(xiàn)了三相甚至更多相供電電路。
但是，這也帶來了主板布線復(fù)雜化，如果此時(shí)布線設(shè)計(jì)不很合理，就會(huì)影響高頻工作的穩(wěn)定性等一系列問題。目前在市面上見到的主流主板產(chǎn)品，有很多采用三相供電電路，雖然可以供給 CPU 足夠的動(dòng)力，但由于電路設(shè)計(jì)的不足，使主板在極端情況下的穩(wěn)定性，受到了一定程度的限制。如要解決這個(gè)問題，必然會(huì)在電路設(shè)計(jì)布線方面下更大的力氣，而成本也隨之上升了。
電源回路采用多相供電的原因，是為了提供更平穩(wěn)的電流，從控制芯片 PWM 發(fā)出來的，是那種脈沖方波信號(hào)，經(jīng)過 LC 震蕩回路，整形為類似直流的電流，方波的高電位時(shí)間很短，相越多，整形出來的準(zhǔn)直流電越接近直流。
電源回路對(duì)電腦的性能的發(fā)揮以及工作的穩(wěn)定性，起著非常重要的作用，是主板一個(gè)重要的性能參數(shù)。在選購時(shí)，應(yīng)該選擇主流大廠設(shè)計(jì)精良、用料充足的產(chǎn)品。