2008年4月25日 星期五

主機板的供電系統

作為電腦各硬體子系統的工作平臺,主機板承載著電流和數據流兩大流量。本文將就對主機板穩定性影響較大的主機板供電系統作一闡述。


一、供電電壓
  主機板上不同的硬體子系統需要不同的電壓,主要分為兩大類:鍵盤控制器、BIOS晶片等部件需要+5V電壓;記憶體、AGP通道等系統I/O電壓則需要+3.3V。而不同的CPU其核心電壓並不一樣,最高可以達到3.5V(例如Pentium),最低只有1.475V(例如Tualatin賽揚)。
  機箱電源向主機板提供了+5V和+3.3V兩種電壓,但鑒於電源輸出的電流雜波過多,因此目前大部分主機板廠商都將電源輸出的+3.3V電壓閒置,而透過VRM(Voltage Regulator Module,電壓調整模組)將+5V電壓調低來為CPU和系統I/O供電。VRM為系統I/O提供+3.3V的電壓,而對CPU的供電電壓則根據CPU記載的VID(Voltage Identifer,電壓標示符)值來確定。不同的VID(VID0……VID4)值的組合控制VRM向CPU提供大小不同的電壓。VRM是CPU供電的核心部分,其在主機板上的電路一般分佈在CPU附近,而電源控制整合電路是VRM的核心,其外表是一塊多引腳的IC晶片。IC晶片的版本決定了VRM能向CPU供電電壓的值。圖2為不同的VRM版本與其支援的CPU的對照表。CPU在工作時,其耗電量處於很不穩定的狀態,可能瞬間增大,也可能瞬間減小。而VRM絕不可能對這些突然變化在足夠短的時間內做出響應,因此還需要電容來儲存電能,以處理這些突變。


二、供電電流
  充足而純淨的電流是保證主機板穩定工作的重要條件。優質電源供給主機板的+5V電壓能提供20A以上的電流,經VRM調壓後,可以為CPU和系統I/O提供足夠大的工作電流。為了保證CPU等設備穩定可靠地工作,就需要有非常純淨的電流。因此,主機板上設計了很複雜的電路對供電電流進行濾波處理。在主機板上,線圈和電容主要是用來對電流進行濾波的。由於線圈有蓄能的特點,所以電流先流過線圈以便濾掉一部分高頻雜波,再流過電容進一步濾掉其餘的雜波。主機板上所用的電容主要有電解電容和鉭電容。電解電容器容量大,可以用於濾除低頻雜波,但品質較差且壽命短。鉭電容品質最好,它在主機板上主要用來濾除中頻雜波。按照Intel白皮書中的說法,在CPU的供電電路中,總電容值不能少於9000μF。因此在每塊主板CPU的插槽附近,都分佈了許多大容量的電解電容,以便充分濾除CPU供電電流的雜波。
  使用電容時不能只一味追求大容量,還應注意到ESR(Equivalent Series Resistance,等效串聯電阻)值。因為電容越大,其電阻相對也會增大,對CPU的瞬間供電電流就會減小,不利於系統的穩定。所以,ESR值越低越好。為解決這個問題,通常將多個電容並聯使用。這樣可降低ESR值,並可有效保護電路。


三、佈線要求
  主機板的基板是由4層或6層樹脂材料粘合在一起的PCB(印制電路板),其上的電子元件是透過PCB內部的蹟線(即銅箔線)連接的。一般的主機板分為四層,最上面和最下面的兩層為"信號層",中間兩層分別是"接地層"和"電源層"。將信號層放在電源層和接地層的兩側,既可以防止相互之間的干擾,又便於對信號線做出修正。如果要裝雙CPU或CPU的引腳數量超過425根(例如採用Northwood核心的P4N,其引腳為478根),則需使用6層PCB。這樣可使PCB具有三或四個信號層、一個接地層、一或兩個電源層。這樣的設計可使信號線相距足夠遠的距離,減少彼此的干擾,並且有足夠的電流供應。
  本著穩定的原則,主機板供電系統每一部分都圍繞著穩定這一基本要求來進行設計。希望能夠給您了解和選購主機板帶來幫助。

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