主板各电路工作原理

主機板各電路工作原理
REV_1.01
主要內容:
1.主機板開機電路
2.主機板供電電路(含主供電及其他供電電路)
3.時鐘電路
4.重置電路
（門電路為大陸用語，指的其實就是我們在台灣所稱的邏輯閘；三極體，在台灣稱為電晶體；電平，在台灣稱為電位或電壓；電壓調整模組，就是我們所知道的電源管理晶片；緩存，快取記憶體；時鐘電路，時脈電路；AD線，資料線［大陸稱資料線）data bus和位址線address bus的簡稱；復位，重置reset）
5.1 主機板開機電路
5.1.1 軟開機電路的大致構成及工作原理
開機電路又叫軟開機電路,是利用電源(綠線被拉成低電位之後,電源其他電壓就可以輸出)的工作原理,再主機板自身上設計的一個線路,此線路以南橋或I/O為核心,由邏輯閘電路、電阻、電容、二極體(少見)、電晶體、邏輯閘電路、穩壓器等元件構成，整個電路中的元件皆由紫色線5V提供電壓，並由一個開關來控制其是否工作。

(如圖4-1)
當操作者瞬間觸發開機之後，會產生一個瞬間變化的電壓訊號，即0或1的開機訊號，此訊號會直接或間接地作用於南橋或I/O內部的開機觸發電路,使其恆定產生一個0或1的信號，通過外圍電路的轉換之後，變成一個恆定的低電位開作用於電源的綠線，當電源的綠線被拉低之後，電源就會輸出各路電壓(紅5V、橙3.3V、黃12V等)向主機板供電此時主板完成整個通電過程。

5.1.2 學習重點
①主機板軟開機電路的大致構成及工作原理
②軟開機顯路的尋找
③主機板不通電故障的檢修
④實際檢修中須注意的特殊現象
5.1.3 實際剖析:
一款MS-6714 主機板，故障為不能通電，其開機電路
通過以上線路發現，開機電路由W83627HF-AW晶片組成整個線路，按照主板不通電故障的檢修流程進行檢修，測其67腳位沒有3.3V左右的控制電壓，此時就算更換I/O仍是不能工作的，於是察找相關線路，發現此點的控制電壓是由FW82801DB直接發出，在查此南僑的1.5V的待機電壓異常，跟尋此點線路,發現南僑旁一個型號為702的場效電晶體損壞，更換此晶體故障排除。

注:W83267系列I/O在Intel心片組的主機板中從Intel810主機板開始，到目前的主機板當中，都有廣泛的應用，而且在實際維修中容易損壞
5.1.4 目前主機板中常見的幾種開機電路圖:
5.2 主機板供電電路
5.2.1 主機板供電電路(見圖5-3)是主機板中最容易損壞的部分，在實際的維修修中佔有相當大的比例，在學習本章節之前，我們先來了解一下主機板的供電機制。

ATX電源的功率電壓輸出有+12V、+5V、+3.3V。

ATX12V電源主要提供+12V、+5V、+3.3V、+5VBS、-12V 五組電壓，-5V由於ISA介面設備的消失，在最新的ATX12V版本中已經去掉。

另一個負電壓-12V雖然用的很少，但卻不能忽視，因為AC’ 97、串列埠以及PCI介面仍需要這個負電壓。

+12V電壓目前可以說是最重要的，不然現在的電源規範也不叫ATX12V了。

+12V主要是給CPU供電,通過VRM9.0(PWM電源管理晶片)調整成1.15~1.75V核心電壓，供應CPU(60A)、VttFSB(2.4A)、CPU-I/O(2.5mA)。

+12V除了CPU外，還提供AGP、PCI、CNR(Communication Network Rise)。

相對來說，+5V和+3.3V就複雜多了。

+5V被分成了四路。

第一路經過VID(Voltage Identfication Definition) 管理晶片調整成1.2V供CPU，主機板會根據處理器上5跟VID引腳的0/1相位(見文尾附表)來判別處理器所需要的VCC電壓(也就是我們常說的CPU核心電壓)。

第二路經過2.5V電源管理晶片調整成2.5V供應記憶體，經過二次調整,以2.5V調整到1.5V供北橋核心電壓、VccAGP、VccHI。

第三路直接給USB設備供電。

第四路供給AGP、PCI、CNR供電。

+3.3V主要是為AGP、PCI供電，這兩個介面佔了+3.3V的絕大部分。

除此之外，南僑部分的Vcc3_3以及時鐘發生器(台灣用語-震盪電路或時脈產生器)、LPC Super I/O(例如Winbond W83627THF-A)、FWH(Firmware Hub，即是我們稱為BIOS晶片)，也是由+3.3V供電。

+5VSB一直被我們忽視，這一路電壓與開關機、喚醒等關聯密切；+5VSB在Intel845GE/PE晶片組中至少需要
1A的電流，目前絕大部分電源的+5VSB都是2A。

其中一路調整成2.5V電壓供應記憶體使用；第二路調整成1.5V，在系統啟動時為南橋提供電壓；第三路調整成3.3V供南橋(同樣也是用於系統啟動)、AGP、PCI、CNR；第四路直接提供USB埠口。

主機板供電電路如圖4-3：
輸出為1.5V、2.5V、3.3V、VCC。

圖5-3主機板供電電路圖
5.2.2 CPU主供電
1. CPU主供電的大致構成及工作原理
CPU主攻電視CPU工作的一個重要條件，大多由電源IC、場效晶體、電感線圈、電容等組成，有時會再加入穩壓二極體,三極體組成CPU主供電路。

如圖5-4所示，主機板通電後，電源IC(又叫PWM Control)開始工作，發出脈沖訊號，使得兩個場效晶體輪流導通，當負載兩端的電壓VCORE(如CPU需要的電壓)要降低時，通過場效晶體的開關作用，外部電源對L2進行充電並達到所需的額定電壓。

當負載兩端的電壓升高時，通過場效晶體(MOSFET)的開關作用，外部電源供電斷開，L2釋放出剛才充入的電壓，這時的L2就變成了電源繼續斷負載供電。

隨著L2上儲存的電壓消耗，負載兩端的電壓開始逐漸降低，外部電源通過場效晶體的開關作用又要開始充電。

依此循環不斷的充電和放電的過程中就形成了一種穩定的電壓，永遠使負載兩端的電壓部會升高也不會降低。

⑴單相CPU供電電路如圖5-5
單相供電：功耗來源於5V電路，由模擬和數字兩個部分組成，模擬部分由主控制環組成，電壓反饋環用以實現過欠電壓(電壓不足時)保護和過流保護(電壓過高時)，數字部分用以控制MOSFET(場效晶體)的輸出占空比。

為保證輸入的穩定，放兩個大電解電容和一個電感，以實現低通濾波，以保證輸入端的潔靜，L1的作用是減緩電流衝擊場效晶體Q1，兩個場效晶體Q1和Q2輪流導通和截止。

⑵多相CPU供電電路如圖 5-7
因為CPU工作於大電流，低電壓狀態，所以一個開關電路無法很可靠的給它供電，另外，實際應用中存在供電部分的效率問題，電能不會100%轉換，一般情況下消耗的電能都會轉化成熱能散發出來，CPU所需的電流越大，那麼轉化的熱能越多，元件散發熱量就越大，同時對於423、462、478結構的主機板，單相供電的負載能力不夠，無法輸出CPU工作所需要的電流，必須採用多項供電來滿足功率的要求，所以又產生了三相、四相電源等設計，多相電路(見圖5-7)可以非常精確的平衡各項供電電路輸出的電流，以維持各功率組件的熱平衡。

對於多相供電的控制電路，每個相之間是有相位差的，大小為360度除以活動PWM的相數。

在多相供電電路中，為保證各相負載均衡，主控IC內部的比較器將每相的電流反饋ISEN與總電流除以相數得到平均值比較，然後控制該相的PWM信號，使該相的電流盡可能的等於總電流除以相數得到平均值，這樣使各相的電流得以均衡，減少了電流波紋，也保證了各相的場效晶體負載均衡。

圖5-7中，主控IC在收到VID訊號後，給各驅動IC發出PWM控制訊號，此訊號為脈衝方波，然後驅動IC
開始工作，控制兩個場效晶體輪流導通，輸出主供電，在每一相的輸出部分會接到主控IC的ISEN(電流反饋)腳位，用以主控IC進行比較，調整PWM訊號使各相負載均衡。

PWM驅動信號的波形見圖5-6。

2. 學習重點：
① CPU主供電電的構成及工作原理
② CPU主供電路的尋找
③ CPU 主供電路的檢修前提及流程
④實際檢修中須注意的的特殊現象
3. 實例剖析：
一款ECS-P4VMM2主機板，故障為CPU主供電輸出很低
此電路中可以發現，ATX供給的12V電通過第一级LC電路濾波(圖上L1C1組成)，送到一對互挽推出管和KA7500B 控制晶片組成的電路，控制三對場效晶體和一顆恢復管輸出，然後經過第二級LC(圖上L2，C2組成)電路濾波形成所需要的Vcore。

按照CPU主供電的檢修流程進行檢修，首先測量Q1的D極和G極，發現電源IC輸出控制電壓給一對互挽推出管，
但沒有輸出，於是更換此對管後，故障排除。

5.2.3 CPU的內外供電
CPU分為內核和外核，內核包括運算器和控制器，外核包括解碼器和一、二級快取記憶體。

CPU的內、外核供電也是CPU的一個重要工作條件，一般是1.5V或者2.5V兩種，在主機板上兩種電壓在其他介面上也會得到使用，其產生電路相對有較多型式。

5.2.4 記憶體供電
分為SDR和DDR兩種：
1.SDR記憶體，主要用於P3主機板當中，供電為3.3V，一般由ATX電源的橙色線直接提供，有時也會通
過主機板上的3.3V供電電路產生。

2.DDR記憶體，主要用於P4主機板當中，供電為2.5V電壓不再是通過+
3.3V，而是通過+5V來調整。

845GE/PE的DDR核心電壓是2.5V，是以+5V和+VSB調整而來。

具體來說，+5V通過一個2.5V調節器調整成2.5V的電壓，同時+5VSB也通過2.5V備用調節器調整成2.5V電壓，這兩路2.5V電壓聯合位DDR記憶體Vdd/Vddq供電，另外，記憶體模組的Vtt電壓也由這個2.5V電壓調整而來。

5.2.5 擴充介面供電：
分為ISA、PCI、AGP等
一般需要的供電有：12V、-12V、5V、-5V、3.3V等，絕大多數都是由ATX電源線直接提供，有時3.3V 供電也有部分由3.3V供電方式提供。

附:P3的VID線路識別表
P4的VID線路識別表
5.3 時脈產生電路
5.3.1 時脈產生電路的大致構成及工作原理
在主機板上,各種設備都需要在統一的時脈下協同工作，如果主機板上的時脈不同不會造成各種的故
障，輕則當機、不穩定、重則系統不能正常運作。

時脈產生電路以晶振(14.318MHZ)和時脈產生晶片(又稱分頻處理器)為核心，主機板通電之後電源通過電路轉換之後相時脈產生晶片供電，時脈產生晶片在主機板上的供電一般為2.5V和3.3V，時脈產生晶片供電正常後開始工作，和晶振一起產生震盪，在晶振兩腳之間的阻值約在400-750歐姆之間，兩腳上都有1.5V左右的電壓，由時脈產生晶片提供，晶振產生的頻率總合是14.318MHZ。

之後時脈產生晶片會把14.318MHZ的基準頻率分割成不同週期，然後再對每個不同周期的頻率信號進行升頻或者降頻，產生不同頻率的時脈信號，通過時脈產生晶片的外圍電路，直接發出為主機板上的其他設備提供時脈信號。

再主機板十中線比AD線要粗一些，並帶有彎曲設計。

圖 5-9為時鐘電路框架圖以及694X主板時脈產生電路方塊圖
圖 5-10 810主機板時脈系統方塊圖
5.3.2 學習重點
①時脈產生電路的供電及工作原理
②時脈電路的尋找
③時脈電路的檢修流程
④檢修時需要注意的特殊現象
5.3.3 實例剖析
一款EP-KT133M主機板，故障為主機板上第一個記憶體插槽不能正常使用，第二個記憶體插槽使用正常，查不正常的測試點記憶體插槽的各主要測試點，發現有一個時脈信號測試點不正常(應該有四個時鐘訊號)
通過故障現象可以得到，主機板上其他的時鐘信號都有輸出，唯獨A點沒有，一般不是時鍾晶片或者其工作條件不全引起。

於是查找不正常的測試點到時鐘晶片之間的線路，發現中間連接的一個22歐姆排阻損壞，更換此排阻後故障排除。

5.3.4 時脈電路的檢修流程
主機板上如果無時脈信號或時脈信號異常，則應檢查時脈產生電路。

1.查時脈產生晶片
2.5V及
3.3V供電，部分815主機板，462結構主機板，478主機板結構主機板使用的時脈產
生晶片無2.5V供電，此兩組供電中間一般都皆有小貼片電感。

2.查14.318M晶振兩腳，若無電壓無波形，再正常供電的情況下為時脈產生晶片損壞：有電壓無波形，則為晶振
壞。

3.如果時脈頻率發生偏移，一般是晶振兩腳所接的電容所導致的，頻率偏移的現象是剛開機就當機。

運行操作系統
時出錯，藍屏當機等。

此類故障需要計頻器或邏輯分析儀來排除。

4.當時脈產生電路供電正常，更換晶振及時脈產生晶片後，仍無時脈信號輸出，則一般為主機板南橋掛掉。

5.4 重置（reset）電路
5.4.1 重置電路的大致構成及工作原理：
如圖5-12，主機板上的重置信號一般都由南橋產生，當ATX電源工作時，灰線會在瞬間有一個延遲(相對於電源其他的各路電壓輸出延遲)的動作，產生一個由0-1變化的電位信號，這個瞬間變化的電位信號會直接或間接的作用於南橋內部的重置系統控制器，首先讓南橋重置，當南橋重置後，就會產生不同的重置信號直接或間接的送到各個設備去，為主機板提供一個工作條件。

當主機板在運行工作中，出現意外問題需要強行重置時，就通過Reset來實現，Reset鍵一端為低電位(一般為接地)，一端為高電位(由紅線或橙線間接提供)，通常為3.3V並和南橋內的重置系統控制器直接或間接的相連，當短接Reset後，通過相關電路，把重置系統控制器的輸入端電位拉低，開始工作，並再次向系統設備發送重置信號，實現電腦的重新啟動。

5.4.2 學習重點
①重置電路的大致構成及工作原理
②重置電路的尋找
③重置電路的檢修流程
④實際檢修中須注意的特殊現象
5.4.3 實例剖析：
一款ABIT-BX133主機板，故障為重置不正常，診斷卡的重置燈恆亮，按照流程進行檢測，發現是為重置電路損壞。

短接Reset開關，07邏輯閘的輸入端被拉低，但是輸出端卻仍是高電位，使南橋內的重置系統控制器沒有低電位觸發，不能給主機板上的其他設備發出重置訊號初步判斷為此邏輯閘電路損壞，更換此邏輯閘電路後，故障排除。

5.4.4 重置電路檢修流程
1. 查RST開關是否有3.3V高電位。

有繼續下一步
2. 跑通重置電路，測試RST開關時是否有低電位觸發南橋。

3. 無低電位觸發南橋，查RST開關到南橋間線路是否有損壞元件。

4. 有低電位觸發南橋，查南橋供電是否正常，時鐘是否正常，南橋是否空焊，排除以上原因，
則為南橋壞。

5.4.5 幾種典型重置電路圖：
①經過邏輯閘電路完成重置 RST→邏輯閘電路(或電晶體)→南橋→北橋→CPU 見圖5-14
②不經過邏輯閘電路，RST經過電阻分別給南橋、北橋完成重置見圖 5-15
5.5 主機板 BIOS 電路
5.5.1 BIOS晶片的各腳定義和簡單工作原理：
⑴常見BIOS晶片腳位定義圖
圖5-16是 Winbond W29C020晶片的腳位示意圖，從圖中可看出，其腳位按功能可分成四大部分，分別為電源腳位、位址線腳位、資料線腳位和控制腳位，上面已寫出，其中的位址線腳位、資料線腳位和控制腳位分別和主機板的位址匯流排、資料匯流排、控制匯流排相連接，在控制腳位中，“WE#“引腳和“OE# 引腳是控制心片寫入、輸出資料線的使能端，“CE#”引腳為晶片的片選端。

（有#符號代表低態動作，即低電位致能［enable）） VCC：表示供電。

有5V，3.3V
VPP：表示編程電壓。

12V，5V，3.3V，0V
VSS：表示地線
A : 表示位址線信號：1M的BIOS晶片有17根位址線線，2M的BIOS晶片有18根位址線線
D：表示資料線信號：有8根資料線線
WE#表示讀/寫信號：高電平表示讀，低電平表示寫。

此信號由南橋發出。

OE#表示資料線允許輸出信號。

此信號由南橋發出
CE#/CS#表示片選信號，此信號由南橋發出
圖5-17為Intel的82802AB晶片的腳位定義圖，此類BIOS晶片有稱為韌體中心(FWH)，通常在Intel810以及後期的晶片組主機板中使用，其工作方式與29、39系列的BIOS晶片不同，其主要工作條件供電(3.3V)
，時脈(33MHZ)、重置(3.3V-0V跳變)。

分別為晶片第32腳、31腳、2腳。

常見的此類晶片還有：W49VF002FAP、SST49LF002、SST49FL004等。

⑵ BIOS的工作原理
BIOS，意即基本輸入/輸出系統，與其他軟件相同，都需要儲存器作載體，只不過這種載體不是常見的隨機記憶體(RAM)，而只是唯讀記憶體(ROM)。

目前幾乎所有主流主機板的BIOS使用的都是29、39、49系列的ROM，而它也正是CIH病毒攻擊主機板的主要目標。

當處理器需要對該晶片進行讀寫操作時，首先必須選中該晶片，即在“CE#”端送出低電位，然後，再根據是讀指令還是寫指令，將相應的“OE#”引腳或是“WE#”引腳拉至低電位，同時處理器要通過位址線線送出待讀取或寫入晶片指定儲存單元的位址線，把該存儲單元中的資料線讀出或者將資料線線上的資料線寫入到指定的存除單元中，完成一次讀或寫操作。

由此可見，BIOS並非處於主機板的特殊位置，也並非什麼特殊設備，它就掛在主機板的總線上，並受CPU的控制完成讀寫操作。

⑶ BIOS的作用
BIOS(Basic Input Output System)，意即基本輸入/輸出系統，實質上是最底層的ROM管理程序，其內部包括整個系統中最重要的開機上電自我檢測程序，系統啟動自舉程序，基本輸入/輸出中斷服務程序，系統信息參數設置程序等等，下面分別介紹這4個主要功能模組
1.開機(POST)上電自我檢測
機器接通電源後，系統對各部件和設備進行檢查的過程，這個是由BIOS中一個上電自我檢測程序
POST(
Power On Self Test)來完成的。

它包括對主機板上的CPU、晶片組、主記憶體、COMS儲存器、
在板I/O埠及顯示卡，軟碟/硬碟子系統和鍵盤滑鼠等測試，自我檢測中若發現問題，系統將會給出
螢幕信息並蜂鳴警報。

2.系統啟動自舉程式
在完成POST自我檢測後，BIOS將按照系統CMOS設置中的啟動順序搜尋軟碟、硬碟、光碟、網路
服務器等有效的啟動驅動設備，讀入操作系統的引導紀錄，然後將系統控制權移交給引導紀錄，由引
導紀錄完成操作系統的啟動。

3.BIOS中斷服務程序
這是系統軟、硬體之間的一個可編程接口，操作系統對軟碟、硬碟、光碟、滑鼠、鍵盤和螢幕等外圍
設備的管理及建立在系統BIOS的這個功能上。

4.BIOS系統參數設置程序
即使是使用同一型號主機板裝配的電腦，其部件的配置也可以差別極大，因此應對每台機器的具體配
置首先進行登記才能做到識別、診斷與管理的目的。

這些配置信息就是放在一塊可讀寫的
CMOS RAM晶片中的，它除了保存著系統的CPU、儲存器、軟/硬碟驅動器、顯示器、鍵盤和滑鼠等部件的信息外、還有年月日時分秒等日期信息。

為了使關機後不丟失這些資料線，系統通過一塊後備電池向CMOS供電。