顯卡供電電路和工作原理.doc

雖然顯卡的工作原理非常復(fù)雜，但是它的原理和部件倒是很容易理解。數(shù)據(jù)離開CPU，必須經(jīng)過(guò)4個(gè)步驟，才會(huì)到達(dá)顯示屏上。1.從PCI bus進(jìn)入GPU將CPU送來(lái)的數(shù)據(jù)送到GPU里面進(jìn)行處理。2.從GPU進(jìn)入顯存將芯片處理完的數(shù)據(jù)送到顯存。3.從顯存進(jìn)入DAC由顯存讀取出數(shù)據(jù)再送到RAMDAC（隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)數(shù)模轉(zhuǎn)換器），RAMDAC的作用是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。4.從DAC進(jìn)入顯示器將轉(zhuǎn)換完的模擬信號(hào)送到顯示屏。下面扯顯卡的供電電路。絕大多數(shù)顯卡是由主板上的AGP/pcie插槽供電的，沒有電池來(lái)供應(yīng)所需的工作電能，而是由顯卡上的金手指通過(guò)主板的插槽和電源的+12V 6pin接口等來(lái)獲得所需的電量。原本打算把AGP插槽的供電定義發(fā)上來(lái)，但考慮到已經(jīng)不合實(shí)際情況，故作罷。PCIE插槽的定義：靠近CPU的那一組觸點(diǎn)為A組，對(duì)面為B組，由主板的I/O芯片往南橋方向數(shù)，每一邊各有82個(gè)觸點(diǎn)。+12V供電：A2，A3，B1,B2,B3 +3.3V:A9,A10,B8+3.3Vaux:B10PCIE顯卡沒有+5V供電。顯卡的供電無(wú)論是通過(guò)主板進(jìn)入，還會(huì)是直接外接電源進(jìn)入，都不可能正好符合顯卡各種芯片正常工作的電壓值。超過(guò)頻的都知道，GPU的核心供電是 0.91.6V，顯存供電是1.53.3V，接口部分有的需要3.3v，有的需要+5V，各不相同，于是這就涉及到顯卡上直流電源模塊設(shè)計(jì)的問題。直流電源模塊的基本工作原理：無(wú)論輸入端的電壓怎么變化，它都能輸出一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的預(yù)先設(shè)計(jì)的較為平滑的電壓值，并可以帶動(dòng)一定的負(fù)載。顯卡上的直流電源供電模塊主要有三大類：三端穩(wěn)壓；場(chǎng)效應(yīng)管線性降壓和開關(guān)電源穩(wěn)壓方式。他們的工作模式都是采取降壓工作模式，即輸出電壓總是低于輸入電壓。1.三端穩(wěn)壓供電方式這是顯卡中相對(duì)較簡(jiǎn)單的一種供電方式，采用的集成電路主要有1117,7805等。這種方式雖然較簡(jiǎn)單，但是提供的電流很小。一般DAC電路和接口部分的電路供電采用這種方式。 下載 (94.46 KB)2011-11-23 16:55圖上這玩意兒就是7805,1腳輸入，2腳接地，3腳輸出的電壓即為5V。箭頭方向從右往左分別為1,2,3腳。2.場(chǎng)效應(yīng)管線性降壓方式一般低端顯卡的顯存供電采用MOS管線性降壓供電方式。N溝道MOS管特性：G極電壓越高，DS導(dǎo)通程度越強(qiáng)。不同MOS管的具體引腳數(shù)據(jù)可以通過(guò)型號(hào)查閱相關(guān)PDF得到。下載 (80.92 KB)2011-11-23 16:55最右邊的芯片APW7067N發(fā)出信號(hào)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)MOS管的G極，使電壓降到可以給顯存供電。3.開關(guān)電源方式顯卡的核心供電和高端顯卡的顯存供電采用開關(guān)電源方式。對(duì)于GPU來(lái)說(shuō)，由于耗電量和性能不斷提升，使得前面介紹的兩種供電方法已經(jīng)滿足不了饑渴的GPU 了，如果采用前兩種方式供電，GPU必然會(huì)死機(jī)。開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間和比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。開關(guān)電源 一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）IC和場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成。傳統(tǒng)的PWM+MOS+電感+電容組成的開關(guān)電源供電圖：下載 (112.91 KB)2011-11-23 16:56下載 (87.07 KB)2011-11-23 16:56找張圖來(lái)冒充一下，實(shí)際原理一樣?？聪旅婺菑垐D：芯片ICS5301為PWM主控芯片，Q1，Q3，Q5我們管它叫上橋，Q2，Q4，Q6我們管它叫下橋，當(dāng)PWM芯片工作條件滿足之后， 控制上橋下橋輪流工作為C1724，C2532充電，當(dāng)電容充滿電之后暫停對(duì)電容的供電，由電容Vcore向GPU供電，電壓一有下降，立馬打開 MOS管，繼續(xù)對(duì)電容供電，充滿電之后繼續(xù)關(guān)斷由電容對(duì)GPU供電對(duì)說(shuō)簡(jiǎn)單點(diǎn)，就是把電容當(dāng)做電池向GPU供電，因?yàn)椤半姵亍钡墓ぷ麟妷合鄬?duì)較穩(wěn)定。 注意！這個(gè)過(guò)程相當(dāng)相當(dāng)快，這也就是為什么許多顯卡喜歡采用固態(tài)電容甚至鉭電容的原因。不是因?yàn)樗鼈內(nèi)萘看?，也不是因?yàn)樗鼈儾粫?huì)爆炸，而是因?yàn)樗鼈兊母哳l 特性好，至少短時(shí)間充放電幾萬(wàn)次不成問題。同時(shí)這也是為什么有的顯卡的供電也要加散熱的原因。下載 (87.93 KB)2011-11-23 16:56顯卡的BIOS程序燒錄在一個(gè)8腳EEPROM芯片里面，芯片型號(hào)通常為25系列。常見的容量為512k。SPIbios的引腳定義：1.CE# 2.SDO 3.WP# 4.VSS 5.SDI 6.SCLK 7.HOLD# 8.VDDEEPROM采用SPI與GPU通信。SPI的中文意思是串行外圍設(shè)備接口。這種接口主要應(yīng)用于EEPROM，flash，實(shí)時(shí)時(shí)鐘，數(shù)模轉(zhuǎn)換器，數(shù)字信 號(hào)處理器和數(shù)字信號(hào)解碼器之間。SPI是一種高速的通信總線，并且在芯片的引腳上只占用4根線，節(jié)約了芯片的引腳，同時(shí)為pcb的布線省了不少空間。正式 出于這種簡(jiǎn)單易用的特性，現(xiàn)在越來(lái)越多的芯片繼集成了這種通信協(xié)議。SPI的通信原理很簡(jiǎn)單，它以主從方式工作。這種模式通常有一個(gè)主設(shè)備和多個(gè)從設(shè)備，至少也要4根線。（事實(shí)上3根也可以）這四根線也是所有基于SPI的設(shè)備共有的，它們就是：SDI SDO SCK CS。SDO：主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出SDI：主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入SCLK：時(shí)鐘信號(hào)CS：從設(shè)備使能信號(hào)其中CS只有在規(guī)定為預(yù)先的使能信號(hào)時(shí)對(duì)這個(gè)芯片的操作才有效。在SPI中，數(shù)據(jù)是串行通信方式傳輸?shù)?，也就是說(shuō)數(shù)據(jù)室一位一位傳輸?shù)摹＿@就是SCLK時(shí)鐘線存在的原因。由SCLK提供時(shí)鐘脈沖，SDI和SDO則基于 此脈沖完成數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)輸出通過(guò)SDO線，數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升或者下降延時(shí)改變，在緊接著的下降沿或者上升沿被讀取，完成一位數(shù)據(jù)的傳輸。輸入的原理也是一 樣的。要注意的是，SCLK信號(hào)只能由主設(shè)備控制，從設(shè)備不能控制該信號(hào)。GPU和顯存的大多數(shù)參數(shù)由BIOS內(nèi)程序設(shè)定，比如：工作頻率，工作電壓。目前顯卡的輸出接口主要有DVI，VGA，S-video，HDMI四種類型。CRT顯示器由于設(shè)計(jì)制造的原因，只能接受模擬信號(hào)輸入，這就需要顯卡能夠輸出模擬信號(hào)。VGA的作用就是將轉(zhuǎn)換好的模擬信號(hào)輸出到顯示器中。雖然液晶顯 示器可以接受數(shù)字信號(hào)，但是很多液晶為了與老式VGA相匹配，也有VGA接口。VGA接口曾經(jīng)是顯卡上應(yīng)用最廣泛的接口類型。下載 (272.19 KB)2011-11-23 16:56這一坨電阻電容三極管就是VGA的阻抗匹配和低通濾波電路。通常這個(gè)電路位于VGA輸出接口的背后。低通濾波電路也會(huì)存在于S-video接口后 面，DVI也有這樣的電路。這是由于大部分顯卡的DVI輸出接口中不僅包含數(shù)字信號(hào)，還會(huì)包含有一組模擬信號(hào)?？梢允褂棉D(zhuǎn)接頭提取出這組模擬信號(hào)。完整的低通濾波電路，能保證顯卡在高分辨率下依然清晰，另外能夠保證色彩的色澤和文字的銳度，使人在長(zhǎng)時(shí)間注視屏幕之后不疲勞。顯卡的行場(chǎng)同步信號(hào)經(jīng)過(guò)門電路74HCT08到VGA接口。下載 (294.98 KB)2011-11-23 16:56DVI接口的信號(hào)無(wú)需經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換，信號(hào)沒有衰減或者失真。它可以把數(shù)字信號(hào)原封不動(dòng)的傳給顯示器，從而避免了傳輸過(guò)程中的信號(hào)損失。下載 (12.33 KB)2011-11-23 16:56上圖這個(gè)是DVID接口，它只支持?jǐn)?shù)字信號(hào)。下圖這個(gè)是DVII接口，它同時(shí)支持?jǐn)?shù)字和模擬信號(hào)。（兩張圖我盜來(lái)的。）下載 (81.54 KB)2011-11-23 16:56HDMI能夠高品質(zhì)的傳輸未經(jīng)壓縮的高清視頻和多聲道音頻數(shù)據(jù)，它的最高數(shù)據(jù)傳輸速度為5GB/秒，同時(shí)無(wú)需在信號(hào)傳輸之前進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，可以保證最高質(zhì)量的影音信號(hào)傳送。HDMI不僅可以滿足目前最高畫質(zhì)1080P的分辨率，還能支持DVD Audio等數(shù)字音頻格式，支持八聲道96kHz或立體聲192kHz數(shù)碼音頻傳送。HDMI支持EDID、DDC2B，因此具有HDMI的設(shè)備具有 “即插即用”的特點(diǎn)，信號(hào)源和顯示設(shè)備之間會(huì)自動(dòng)進(jìn)行“協(xié)商”，自動(dòng)選擇最合適的視頻/音頻格式。不過(guò)，N黑們繼續(xù)黑啊。Nvidia的GPU并沒有集成音頻處理單元，所以各個(gè)HDMI顯卡廠商都“曲線救國(guó)”在顯卡上設(shè)置音頻輸入接口，使用前要手動(dòng)連接一下主板和顯卡之前的數(shù)據(jù)線。而ATI的GPU則沒有這種問題。最后一個(gè)S端子實(shí)在懶得手動(dòng)寫了，百度一下復(fù)制粘貼來(lái)這些。S端子也是非常常見的端子，其全稱是Separate Video，也稱為 SUPER VIDEO。S-Video連接規(guī)格是由日本人開發(fā)的一種規(guī)格，S指的是“SEPARATE(分離)”，它將亮度和色度分離輸出，避免了混合視訊訊號(hào)輸出時(shí)亮度和色度的相互干擾。S端子實(shí)際上是一種五芯接口，由兩路視頻亮度信號(hào)、兩路視頻色度信號(hào)和一路公共屏蔽地線共五條芯線組成。下載 (9.92 KB)2011-11-23 16:56S端子是日本在AV端子的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)的。從硬件結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，S端子實(shí)際上是一種五芯接口，由兩路視亮度信號(hào)、兩路視頻顏色度信號(hào)和一路公共屏蔽地線共五 條芯線組成（實(shí)際上還有與其配套的亮度、色度分離器）。從其結(jié)構(gòu)不難看出，它是用來(lái)將亮度和色度分離輸出的設(shè)備。這種設(shè)計(jì)主要是為了視頻節(jié)目復(fù)合輸出時(shí)的 亮度和色度的相互干擾。構(gòu)成圖象至少需要3個(gè)信號(hào)（一般是亮度信號(hào)與兩個(gè)色差信號(hào),既Y/C/R）。但廣播電視信號(hào)是需要遠(yuǎn)程傳輸?shù)?，而且收端不可能? 個(gè)接收機(jī)來(lái)分別解調(diào)這3個(gè)信號(hào)。因此，必須將這些信號(hào)“復(fù)合”在一起，調(diào)制到一個(gè)高頻載波上發(fā)送,故接收要使用高頻頭。S端子視頻處理由于日本的視頻 為NTSC制式，所以S端子的最初研發(fā)也是基于此制式。以下就用NTSC制式為例介紹一下S端子的視頻處理。1：首先用“正交平衡調(diào)幅”的方法將兩個(gè)色差信號(hào)調(diào)制到同一個(gè)載波上（色度副載波）2：用“頻譜交錯(cuò)”技術(shù)將色度副載波壓進(jìn)亮度信號(hào)中。實(shí)際上是其中一個(gè)色差信號(hào)的相位延遲/或超前90度，然后用平衡調(diào)幅發(fā)調(diào)制到同一個(gè)載波上（因此，NTSC制式又叫“正交平衡調(diào)幅制式”。簡(jiǎn)單來(lái)講，亮度信號(hào)由于可看作行頻的周期信號(hào)，可知道它在頻域中并不是連續(xù)的，而是集中在各次諧波中的，因此只要色度副載波和它錯(cuò)開半個(gè)行頻就可以象兩個(gè)梳子戶相插在一起，而又互不干擾（理論上來(lái)講）。如NTSC4.43，就用行頻的第283次諧波再錯(cuò)開半個(gè)行頻：15625X283.5=4.43MHz。最后，由于電腦、游戲機(jī)電腦等不需要象廣播電視信號(hào)一樣考慮遠(yuǎn)程傳輸?shù)膯栴}，因此它可以不必將亮/色（Y/C）信號(hào)混合，因此采用Y/C分離輸出的S端子由于減少了色度副載波對(duì)亮度信號(hào)的干擾（亮度信號(hào)是清晰度的最