主板电路原理与维修.ppt

第5章 主板电路原理与维修技术,本章介绍了主板的结构、原理，主板CPU供电电路、内存供电电路、显卡供电电路形式与原理，主板的开机电路、时钟电路、复位电路的工作原理与维修方法；主板上各主要插槽引脚功能定义及关键测试点；主板检修方法与步骤；主板故障维修实例等掌握主板的结构、电路形式、功能单元电路原理、关键点电压对于快速维修主板故障有重要意义5.1主板电路组成 主板的PCB线路板有四层，最上和最下两层是信号层，中间两层是接地层和电源层，将地和电源层放在中间，这样容易对信号线做出修正而好的主板的线路板可达到六层，这是由于信号线必须相距足够远的距离，以防止电磁干扰主板主要由BIOS（Basic Input Output System，基本输入输出系统）芯片、南北桥芯片（主板芯片组）、时钟控制芯片、I/O（Input And Output，输入、输出）接口芯片，总线、CPU插座、内存插槽、显卡插槽、ATX电源插座等部分组成主板电路组成如图 图5-1主板电路组成,1.CPU插座 主板按照CPU接口的架构分为Socket架构和Slot架构现在流行的CPU插座（CPU Supported）有：Socket 478、Socket775、Socket754、Socket939、Socket940等几种，Slot架构的主板已经消失。

2.芯片组 主板芯片组分为南桥芯片和北桥芯片，是主板上两块最大的芯片，是主板的“灵魂”决定了主板的性能 北桥芯片主要负责高速设备间的通信，如CPU与内存、CPU与显卡之间的通信目前生产的主板，北桥芯片内集成了内存控制器、缓存高速控制器，并提供对CPU的类型、主频、系统的前端总线频率、内存的类型、最大容量等的支持，在整合型主板中，北桥芯片还集成了显示核心 南桥芯片是辅助芯片，主要负责低速设备，如PCI总线、USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）总线、音频控制器、键盘控制器、实时时钟控制器、高级电源管理等，多与PCI（Peripheral Componet Interconnect，外围设备互连）插槽相邻3.BIOS与CMOS芯片,BIOS（Basic Input Output System，基本输入输出系统）属只读存储器，内部固化的程序不会因断电而丢失该芯片主要负责软件与硬件之间的连接，既属于硬件，又属于软件，控制管理着计算机的开机自检过程，反馈回系统安装的设备类型、数量等信息，是计算机必不可少的初始化程序其中保存有计算机系统最重要的基本输入、输出程序、系统设置程序、开机上电自检程序。

目前主板上的BIOS ROM（Read Only Memory，只读存储器）芯片都是用Flash ROM，所以可以对它进行升级 CMOS是计算机主板上的一块可读写的RAM（Random Access Memory，随机存储器）芯片，用它来保护当前系统的硬件配置和用户对某些参数的设定现在的厂商们把CMOS程序做到了BIOS芯片中，当开机时就可按特定键进入CMOS设置程序对系统进行设置，所以又叫做BIOS设置4.时钟发生器控制芯片 时钟发生器是主板时钟电路的核心,作用是为各总线、芯片、CPU提供一个固定匹配的时钟信号时钟发生器控制芯片与外围电路一起构成时钟电路，时钟电路的主要功能如下 （1）在主板启动时为主板的各功能模块提供初始化时钟信号，使主板能够启动 （2）在主板正常运行时提供各种总线需要的时钟信号，使主板上各功能单之间能协同工作 可见，时钟电路既影响着系统的正常启动，又对系统的正常运行起着十分重要的作用 主板上多数部件的时钟信号由时钟发生器提供，通过晶振产生振荡信号，经时钟发生器控制芯片进行分频，为各部件提供不同时钟频率5.I/O接口电路 计算机的的I/O设备多种多样，速度各异信号传输的方式有串行和并行两种；传输的信号有数字信号，也有模拟信号。

外部设备必须通过各种接口与主机相连6. 总线 总线是传输数据的公用导线在计算机系统中，总线是CPU与存储器和各种I/O设备进行信息交换的公用通道总线上传送的信息包括数据信息、地址信息和控制信息，即总线有三种不同的功能：数据总线DB（Data Bus）、地址总线AB（Address Bus）和控制总线CB（Control Bus）主板总线系统如图5-2所示7.ATX电源插座 ATX电源插座有20针和24针两种，为主板提供电能在ATX12V 2.0版以上电源中，有4针的+12V接口，专门针对CPU进行供电24针的电源接口如图5-3所示8.内存插槽 主板上一般提供2～3个内存插槽，随着双通道内存技术的提出和应用，现在主板最多能提供4个内存插槽主流的内存插槽有三种：SDRAM（Synchronous DRAM，同步动态随机存取存储器）插槽、DDR（Double Data Rate，双数据率）SDRAM插槽、RDRAM（Rambus DRAM，存储器总线式动态随机存取存储器）插槽 9.PCI插槽 PCI（Peripheral Component Interconnect，外部设备互联)是最常用的主板插槽，在主板上，该插槽数量最多，外接声卡、网卡都采用此接口。

10.显卡插槽 显卡插槽有AGP (Accelerated Graphics Port，图形加速端口)和PCI-E（PCI Express，快速PCI）两种接口 主板上靠近CPU插座的褐色插槽，通过专用的AGP总线直接与北桥芯片相连将显卡与主板的芯片组、内存直接相连进行点对点传输用于取代AGP接口的PCI -E接口，位宽为16X，是第三代I/O总线技术，有1X、4X、8X及16X等几种该接口支持热拔插,远远超过AGP 8X的2.1GB/s的带宽11.I/O芯片 由于该芯片是负责主板的输入（Input）和输出(Output)的，所以称为I／O芯片，提供对键盘、鼠标、串行、并行接口及USB控制接口等输入、输出设备的支持，功能强，又叫超级I/O芯片，486以上档次的主板上基本上都有I/O芯片目前，部分主板的I/O芯片集成在南桥内 12.其他板载设备 整合型主板上还集成了网卡、显卡、声卡等电路，可有效降低系统成本主板上提供的前置USB接口有9根针，引脚定义如图5-4所示这里共有两组USB接口，每一组可以外接两个USB接口，分别是USB56和USB785.2主板总线结构,主板总线是分析主板各单元电路的基础。

主板总线结构的核心是主板所采用的芯片组目前，主板芯片组的主要生产厂商有英特尔（Intel）、威盛（VIA）、矽统（SIS）、扬智（ALI）等Intel865系列芯片组主板总线结构如图所示5.3主板供电电路原理,主板供电主要包括CPU、内存、显卡等电路由于主板供电电路损坏率高，电路中分立元件多，有维修价值，进行主板维修应首先掌握它们的电路原理 5.3.1CPU供电电路 CPU核心电压越来越低（小于2V），而计算机主机电源供给主板的12V、5V直流电压大于CPU核心电压，不可能直接给CPU供电，所以要采用一定的电路形式进行电压的转换CPU的供电电路实物如图5-6所示，电路由电容、电感、场效应管（MOS管）和电源管理芯片4部分所组成，该电路能为CPU稳定工作提供稳定电压CPU的供电方式,一般来说，CPU有两种供电方式：线性电源供电方式和开关电源供电方式 1.线性电源供电方式 由于W与负载R流过相同的电流，要消耗掉大量的能量并导致温度升高，电压转换效率非常低，一般主板不用这种电路2.开关电源供电方式,目前生产的主板都采用开关电源供电方式开关电源供电方式可分为：单相供电、两相供电和多相供电 （1）单相供电 CPU单相供电电路如图所示。

主板获得主机电源输出的+5V或+12V供电后，由于该电压未达到CPU核心供电要求CPU识别引脚发出电压识别码VID（Voltage Identification Code，电压识别码）给PWM Control（Pulse Width Modulation Control，脉宽调制控制器），PWM Control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核心供电要求单相供电,单相供电要两个场效应管，还需要电解电容在电源输入端使用大容量电解电容C1进行退耦；在输出端使用大容量电解电容C2进行滤波，可以得到比较平滑稳定的电压，使输出电压达到CPU供电电压要求CPU供电实物图如图5-9所示主机电源供给的12V电压通过第一级LC电路滤波（图中的L1、C1组成），送到两个场效应管和PWM控制芯片组成的电路，两个场效应管在PWM控制芯片的控制下轮流导通，再经过第二级L2、C2电路滤波得到CPU所需要的工作电压2）两相供电,单相供电一般最大能提供25A的电流而目前常用的CPU供电电流远大于25A，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多采用两相或多相供电该电路其实是两个单相电路的并联。

因此它可以提供双倍的电流3）三相或多相供电,电路是由三个单相电路并联而成的，因此理论上可以提供三倍的电流5.3.2CPU供电电路电源控制芯片,CPU供电电路中，Intersil公司设计的电源控制芯片，其中以HIP630x最为典型HIP6302是一款多相电源控制芯片，其引脚功能如图5所示该芯片具有过流和过压检测功等能引脚1～5为电压自动识别引脚，由CPU根据电压识别原理提供信号，是CPU获得核心供电的依据和基础电压识别信号一般由4～5位数字编码组成，位数越多识别精度越高HIP6301给CPU供电电路原理框图如图所示CPU两相供电电路图,如图所示其基本工作原理与单相供电电路原理相似，可以看作由两个单相供电电路并联构成该图是由主控芯片RT9241A和两个从属驱动新片RT9600组成的CPU供电电路，可为CPU供电电路的维修提供参考5.4显卡插槽供电电路,显卡供电电路通常被设计在主板上的显卡插槽附近目前，主板上的显卡插槽有两种：AGP（Accelerated Graphic Port，加速图形端口）显卡和PCI-E显卡 5.4.1显卡供电概述 AGP显卡插槽有两种供电标准：AGP 1X/2X的供电电压为3.3V,，AGP 4X/8X的供电电压为1.5V。

PCI-E显卡插槽是新的显卡接口，主要靠+12V供电，去掉了+5V，保留了+3.3V带有PCI-E插槽的主板，ATX电源接口由原来的20针变成了24针，增加的4针是为PCI-E插槽提供+12V和+3.3V电压5.5主板主要电路原理,主板电路复杂，主要电路有触发电路、供电电路、时钟电路、复位电路、CMOS电路维修时应掌握这几种电路的工作原理 5.5.1主板触发电路 主板触发电路也叫主板开机电路主板开机电路的工作条件是：为开机电路提供供电、时钟信号和复位信号，具备这三个条件，开机电路就开始工作其中供电由ATX电源的第9脚提供，时钟信号由南桥的实时时钟电路提供，复位信号由电源开关、南桥内部的触发电路提供 1.触发电路分析 按下主机电源开关后，PW-ON触发主板开机电路，开机电路将触发信号进行处理，最终发出低电位信号，将电源14脚（绿线）大约4V的高电位拉低，触发电源工作，输出相应的直流电压1）经过南桥的触发电路,由南桥触发电路如图5-19所示 图5-19南桥触发电路 电路分析：在触发电路中，凡是与开机有关的元件均由电源9脚（紫色线）提供+5V电压5V高电位经电阻R1、R2，在PW-ON非接地端形成+3.3V高电位。

当PW-ON被触发（即闭合）瞬间，+3.3V高电位信号被拉低，变为低电位，南桥接收到低电位信号向电源14脚（绿线）发出低电位信号，将电源14脚的高电位拉低，触发主机ATX电源工作，实现开机2）经过I/O芯片的触发电路 经过I/O芯片的触发电路如图5-21所示电路分析：电路分析过程与经过南桥触发相似，PW-ON被触发（即闭合）瞬间，由南桥控制I/O芯片，通过I/O芯片发出低电平信号将电源14脚的高电位拉低，触发电源工作。