华硕工程师谈主板供电电路设计.pdf
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1、华硕工程师谈主板供电电路设计华硕工程师谈主板供电电路设计华硕工程师谈主板供电电路设计华硕工程师谈主板供电电路设计 主板的 CPU 供电电路最主要是为 CPU 提供电能,保证 CPU 在高频、大电流工作状 态下稳定地运行,同时也是主板上信号强度最大的地方,处理得不好会产生串扰 cross talk 效应,而影响到较弱信号的数字电路部分,因此供电部分的电 路设计制造要求通常都比较高。简单地说,供电部分的最终目的就是在 CPU 电源 输入端达到 CPU 对电压和电流的要求,满足正常工作的需要。但是这样的设计是 一个复杂的工程,需要考虑到元件特性、PCB 板特性、铜箔厚度、CPU 插座的触 点材料、散
2、热、稳定性、干扰等等多方面的问题,它基本上可以体现一个主板厂 商的综合研发实力和经验。 主板上的供电电路原理主板上的供电电路原理主板上的供电电路原理主板上的供电电路原理 图 1 图 1 是主板上 CPU 核心供电电路的简单示意图,其实就是一个简单的开关电源,主板上的供电电路原 理核心即是如此。+12V 是来自 ATX 电源的输入,通过一个由电感线圈和电容组成的滤波电路,然后进入两 个晶体管(开关管)组成的电路,此电路受到 PMW Control(可以控制开关管导通的顺序和频率,从而可 以在输出端达到电压要求)部分的控制输出所要求的电压和电流,图中箭头处的波形图可以看出输出随着 时间变化的情况。
3、再经过 L2 和 C2 组成的滤波电路后,基本上可以得到平滑稳定的电压曲线(Vcore,现在 的 P4 处理器 Vcore=1.525V),这个稳定的电压就可以供 CPU“享用”啦,这就是大家常说的“多相”供电 中的“一相”。 单相供电一般可以提供最大 25A 的电流, 而现今常用的处理器早已超过了这 个数字,P4 处理器功率可以达到 7080W,工作电流甚至达到 50A,单相供电无 法提供足够可靠的动力, 所以现在主板的供电电路设计都采用了两相甚至多相的 设计。图 2 就是一个两相供电的示意图,很容易看懂,其实就是两个单相电路的 并联,因此它可以提供双倍的电流,理论上可以绰绰有余地满足目前处
4、理器的需 要了。 图 2 但上述只是纯理论,实际情况还要添加很多因素,如开关元件性能、导体的电阻,都是影响 Vcore 的 要素。实际应用中还存在供电部分的效率问题,电能不会 100%转换,一般情况下消耗的电能都转化为热量 散发出来,所以我们常见的任何稳压电源总是电气元件中较热的部分。要注意的是,温度越高代表其效率 越低。这样一来,如果电路的转换效率不是很高,那么采用两相供电的电路就可能无法满足 CPU 的需要, 所以又出现了三相甚至更多相供电电路。不过这也带来了主板布线复杂化,如果此时布线设计不是很合理, 就会产生影响高频工作的稳定性等一系列问题。目前在市面上见到的主流主板产品有很多采用三相
5、供电电 路,虽然可以供给 CPU 足够动力,但由于电路设计的不足,使主板在极端情况下的稳定性会在一定程度上 受到限制。如要解决这个问题必然会在电路设计布线方面下更大的力气,而成本也随之上升,真正在这方 面设计出色的厂商寥寥无几。从概率上计算,每个元件都有一个“失效率”的问题,用的元件越多,组成 系统的总失效率就越大。所以供电电路越简单,越能减少出问题的概率。 三相供电比两相供电更稳定吗三相供电比两相供电更稳定吗三相供电比两相供电更稳定吗三相供电比两相供电更稳定吗? 大家可能对以下问题感到兴趣: 提供三相供电的主板比起提供两相供电的主 板更稳定吗?答案是,不一定。道理很简单:其一,提供三相供电电
6、路设计的主 板厂商电路设计水平未见得就很高;其次,一个好的主板设计厂商,其研发工程 师为了避免放置数量太多元件在主板上产生不必要干扰,而采取最简洁、最稳定 的两相供电电路设计,华硕就是其中之一。今后随着处理器的速度提高,两相供 电大限将至,肯定会无法满足需要,我想到时像华硕这样注重产品稳定性的大厂 一定也会采用三相甚至更多相的设计。 图 3 图 3 是华硕 P4G8X 主板中的处理器供电部分,他们沿用了一贯的设计思路,在别的生产者大多采用三 相供电来支持 3GHz 以上处理器的时候,华硕仍然在大部分产品中使用两相供电来满足 CPU 需要,可见其高 超的设计和制造水平带来高效率的两相供电电路的优
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- 华硕 工程师 主板 供电 电路设计
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