主板上电过程解读
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atx电源psb信号送到io芯片送到南桥电路如果pwsw信号北拉底会产生pson信号pson信号会直接决定atx电源开关状态并会保存在io寄存器中同时主电源准备好后还会产生psok信号psok 信号要与主板预备好信号相与产生一个pg信号pg信号产生后主板开始全面供电电源到cpu 如果cpu供电正常时钟ic正常cpu复位信号正常+寻址正常bios会被选中并与cpu一起开始工作自检在电脑启动过程中经常容易出现故障,了解电脑的启动过程以及电脑启动出现故障时各种现象对分析和处理电脑启动故障很有帮助。
一台电脑的正常启动过程可以分为加电、BIOS自检、引导系统三个部分。
如果三部分都没有出现不正常的现象,那么电脑就可以顺利地进行操作系统的初始化。
在本篇中恩施恒丰电脑维修中心,恩施电脑维修,恩施电脑维修中心,专业笔记本维修中心将详介绍电脑的启动过程之加电和BIOS自检。
电脑正常启动过程之引导系统将放在下一篇去介绍。
1.【加电】——给电脑加电的过程大致相同,其步骤如下所示:步骤(1)电脑的电源连接正常后,按下机箱面板的电源开关,电源就开始向主板和其他设备供电,不过这时CPU电压还不是很稳定,主板会同时发一个RESET信号给CPU,让CPU初识化。
步骤(2)当电源工作稳定后,CPU从主板BIOS地址范围内的FFFFOH地址开始执行一条跳转指令,跳到主板BIOS中的启动代码处,这时就完成了给电脑主机加电的过程。
2.【BIOS自检】——主板BIOS自检将检查电脑连接的各硬件设备,其步骤如下所示:步骤(1)主板BIOS的启动代码首先进行POST,POST是“Power On SelfTest”的缩写,其含义是加电自检。
POST的主要任务是检测系统中的一些关键设备(如内存和显卡等)是否存在和能否正常工作。
由于POST的检测过程在显卡在显卡初始化之前,因此如果在POST 的过程中发现了致命错误,如没有找到内存或者内存有问题时,是无法在屏幕上显示出来的,这时系统POST就通过主板的喇叭发出报警声,用户可以根据报警声来判断故障所在。
微星MS7309主板上电时序第一部分:等待开机待机有三个条件:3VSB、25M晶振、PWRGD_SB。
一、纽扣电池供电:纽扣电池(此时不插电源线)BAT经过双二极管D22以及D28为桥(PBGA692)提供基本供电VBAT,25M晶振起振。
同时BAT还通过双二极管D22和电阻R699产生VBAT0链接到F71882的82脚,用于检测电池电量。
-1-VBAT通过R6产生信号COPEN#送到I/O(F71889ED的83脚,使该脚为高电平。
二、插入AT某电源,+5SB为主板供电1、5VDRV1的产生:当插入AT某电源,+5VSB为主板的部分电路供电,I/O的71脚(VCCGATE)为高电平,通过Q41产生5VDRV1.它的主要作用控制Q37-2-的导通,提升3VDUAL的输出功率(用UP7704产生);应用在3VSB_WAKE产生电路,同样提升3VSB_WAKE的功率。
-3-2、VCC_5SB的产生:当插入AT某电源,+5VSB通过Q110转换成VCC_5SB,主要是把电流从4A降低到2A。
5VSBDRV1的产生:IO的72脚产生DUALGATE信号,VCC5_SB经电阻R465和R466分压,产生此信号。
3、+3.3VDUAL的产生:产生方式可以有两种,一是通过1117来产生,二是通-4-过UP7501来产生。
(1)、通过U28(RC117S)产生:通过(2)通过UP7704产生,其2脚受控于信号y5VSB_OFF,这个信号由IO的47脚产生,同时控制USB接口和5vSBPOWERSWITH。
4、VSB3V的产生:3VDUAL(1.2A)通过D32产生VSB3V为IO的65脚供电。
-5--11-6、MEM_VLD信号的产生VCC_DDR产生后,加到Q33(CMKT3904-SOT363-6)的5脚,6脚产生MEM_VLD信号,送到桥的J3端,通知桥内存供电已经稳定。
-12-7、DDR_PWRGD产生:当内存供电产生后,由Q9产生DDR_PWRGD信号,送到940座的F3端,通知CPU内存供电已经准备好。
计算机主板各供电电路图解主板上的供电电路常见有CPU供电电路,内存供电电路,AGP、PCI、ISA供电电路以及I/O供电电路等,这些电源电路一种是开关电源,由双场效应管(MOSFT管)和电感线圈、电解电容组成;另一种是低压差线性调压芯片组成的调压电路。
这两种电路都能够为主板上不同的芯片和组件提供精密的电源电压。
1、CPU供电电路为了降低CPU制造成本,CPU核心电压变得越来越低,于是把ATX电源供给主板的12V、5V和3.3V直流电通过CPU的供电电路来进行高直流电压到低直流电压转换。
(1)CPU供电电路组成由于CPU工作在高频、大电流状态,它的功耗非常大。
因此,CPU供电电路要求具有非常快速的大电流响应能力,同时干扰少。
CPU供电电路使用开关电源,该电源由控制(电源管理)芯片、场效应管、电感线圈和电解电容等元件组成,其中控制芯片主要负责识别CPU供电幅值,振荡产生相应的矩形波,推动后级电路进行功率输出(控制芯片的型号常见有:HIP630l、CS5301、TL494、FAN5056等),场效应管起开关控制作用,电感线圈和电解电容起滤波作用。
主板的CPU供电电路框图如图1所示。
主板的CPU供电电路框:图1 CPU供电电路框图开机后,当控制芯片获得ATX电源输出的+5V或+12V供电后,为CPU提供电压,接着CPU电压自动识别引脚发出电压识别信号VID 给控制芯片,控制芯片通过控制两个场效应管导通的顺序和频率,使其输出的电压与电流达到CPU核心供电要求,为CPU提供工作需要的供电。
CPU的供电方式又分为许多种,有单相供电电路、两相供电电路、多相供供电电路。
(2)CPU供电电路原理图2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。
+12V是来自ATX电源的输入,通过一个由电感线圈L1和电容C1组成的滤波电路,然后进入两个开关管(场效应管)组成的电路,此电路受到PMW控制芯片控制(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)部分的输出所要求的电压和电流,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,这就是“多相”供电中的“一相”,即单相。
主板供电电路图解说明主板的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A TX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。
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70~80W,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。
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。
一般插上ATX电源后,先不要直接去将主板通电试机,而是要量测主板在待机状态下的一些重要工作条件是否是正常的。
在这里我们要引入“Power Sequencing”——上电时序这个概念,主板对于上电的要求是很严格的,各种上电的必备条件都要有着先后的顺序,也就是我们所说的“Power Sequencing”,一项条件满足后才可以转到下一步,如果其中的某一个环节出现了故障,则整个上电过程不能继续下去,当然也就不能使主板上电了。
主板上最基本的Power Sequencing可以理解为这样一个过程,RTCRST#-VSB 待机电压-RTCRST#-SLP_S3#-PSON#,掌握了Power Sequencing的过程,我们就可以一步的来进行反查,找到没有正常执行的那一个步骤,并加以排除。
下面具体介绍一下整个Power Sequencing的详细过程:1.在未插上ATX电源之前,由主板上的电池产生VBAT电压和CMOS跳线上的RTCRST#来供给南桥,RCTRST#用来复位南桥内部的逻辑电路,因此我们应首先在未插上ATX电源之前量测电池是否有电,CMOS跳线上是否有2.5V-3V的电压。
2.检查晶振是否输出了32.768KHz的频率给南桥(在nFORCE芯片组的主板上,还要量测25MHz的晶振是否起振)3.插上ATX电源之后,检查5VSB、3VSB、1.8VSB、1.5VSB、1.2VSB等待机电压是否正常的转换出来(5VSB和3VSB的待机电压是每块主板上都必须要有的,其它待机电压则依据主板芯片组的不同而不同,具体请参照相关芯片组的DATASHEET中的介绍)4.检查RSMRST#信号是否为3.3V的高电平,RSMRST#信号是用来通知南桥5VSB和3VSB待机电压正常的信号,这个信号如果为低,则南桥收到错误的信息,认为相应的待机电压没有OK,所以不会进行下一步的上电动作。
RSMRST#可以在I/O 、集成网卡等元件上量测得到,除了量测RSMRST#信号的电压外,还要量测RSMRST#信号对地阻值,如果RSMRST#信号处于短路状态也是不行的,实际维修中,多发的故障是I/O或网卡不良引起RMSRST#信号不正常。
第一步:未插电源时主板准备上电的状态装入电池后首先送出实时时钟RTCRST#&V_3V_BAT给南桥。
晶体(Crystal)提供32.768KHz频率给南桥。
第二步:插上电源后的主板动作时序+5Vsb正常转换出+3VDUAL。
SIO(IT8712K)67脚Check电源是否正常提供+5VSB电压。
SIO(IT8712K)85脚发出RSMRST#信号通知南桥+5VSB已经准备OK。
南桥正常送出待机时钟SUSCLK (32KHZ)。
第三步:按下电源按钮后的动作时序使用者按下电源控制面板上电源按钮后,送出一个低电平触发脉冲给SIO (IT8712K)75脚。
SIO(IT8712K)收到后由72脚发出一个低电平触发脉冲给南桥。
SB送出SLP_S3#和SLP_S4#两个休眠信号给SIO(IT8712K)的71脚和77脚。
SIO(IT8712K)76脚发出PS_ON#(Low)开机信号给ATX Power的14脚。
当ATX Power接收到PSON#由High变Low后,ATX Power即送出±12V, +3.3V, ±5V 数组主要电压.一般当电源送出的+3.3V and +5V正常后, SIO(IT8712K)的95脚A TXPG信号由5V 通过R450和R472两个8.2K的电阻分压提供侦测信号。
Super IO侦测到5V电压正常后,即送出PWROK给南北桥,通知南北桥此时ATX Main Power 送出OK。
当ATX Power送出±12V, +3.3V, ±5V数组Main Power电压后,其它工作电压如+1.8V ,+1.5V,1.05V,MCH1.2V,2.5V,2.5V-DAC,+ 5V A VDD,VTT-DDR0.9V等也将随后全部送出。
当+VTT_GMCH送给CPU后,CPU会送出VTT_OL,控制产生VTT-PWRGD信号[High]给CPU,VRM芯片;CPU用VTT_PWRGD信号会发出VID[0:5]。