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4個步驟，才會到達(dá)顯示屏上。1.從PCI bus進(jìn)入GPU將CPU送來的數(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)讀寫存儲數(shù)模轉(zhuǎn)換器），RAMDAC的作用是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。4.從DAC進(jìn)入顯示器將轉(zhuǎn)換完的模擬信號送到顯示屏。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，沒有電池來供應(yīng)所需的工作電能，而是由顯卡上的金手指通過主板的插槽和電源的+12V 6pin接口等來獲得所需的電量。原本打算把AGP插槽的供電定義發(fā)上來，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。顯卡的供電無論是通過主板進(jìn)入，還會是直接外接電源進(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)計的問題。直流電源模塊的基本工作原理：無論輸入端的電壓怎么變化，它都能輸出一個相對穩(wěn)定的預(yù)先設(shè)計的較為平滑的電壓值，并可以帶動一定的負(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較簡單的一種供電方式，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)可以通過型號查閱相關(guān)PDF得到。下載 (80.92 KB)2011-11-23 16:55最右邊的芯片APW7067N發(fā)出信號驅(qū)動兩個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。對于GPU來說，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)對電容供電，充滿電之后繼續(xù)關(guān)斷由電容對GPU供電對說簡單點(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^穩(wěn)定。 注意！這個過程相當(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)萘看螅膊皇且驗(yàn)樗鼈儾粫?，而是因?yàn)樗鼈兊母哳l 特性好，至少短時間充放電幾萬次不成問題。同時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8腳EEPROM芯片里面，芯片型號通常為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)時時鐘，數(shù)模轉(zhuǎn)換器，數(shù)字信 號處理器和數(shù)字信號解碼器之間。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，同時為pcb的布線省了不少空間。正式 出于這種簡單易用的特性，現(xiàn)在越來越多的芯片繼集成了這種通信協(xié)議。SPI的通信原理很簡單，它以主從方式工作。這種模式通常有一個主設(shè)備和多個從設(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：時鐘信號CS：從設(shè)備使能信號其中CS只有在規(guī)定為預(yù)先的使能信號時對這個芯片的操作才有效。在SPI中，數(shù)據(jù)是串行通信方式傳輸?shù)?，也就是說數(shù)據(jù)室一位一位傳輸?shù)摹＿@就是SCLK時鐘線存在的原因。由SCLK提供時鐘脈沖，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SDO線，數(shù)據(jù)在時鐘上升或者下降延時改變，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信號只能由主設(shè)備控制，從設(shè)備不能控制該信號。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)計制造的原因，只能接受模擬信號輸入，這就需要顯卡能夠輸出模擬信號。VGA的作用就是將轉(zhuǎn)換好的模擬信號輸出到顯示器中。雖然液晶顯 示器可以接受數(shù)字信號，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。通常這個電路位于VGA輸出接口的背后。低通濾波電路也會存在于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，還會包含有一組模擬信號?？梢允褂棉D(zhuǎn)接頭提取出這組模擬信號。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，使人在長時間注視屏幕之后不疲勞。顯卡的行場同步信號經(jīng)過門電路74HCT08到VGA接口。下載 (294.98 KB)2011-11-23 16:56DVI接口的信號無需經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換，信號沒有衰減或者失真。它可以把數(shù)字信號原封不動的傳給顯示器，從而避免了傳輸過程中的信號損失。下載 (12.33 KB)2011-11-23 16:56上圖這個是DVID接口，它只支持?jǐn)?shù)字信號。下圖這個是DVII接口，它同時支持?jǐn)?shù)字和模擬信號。（兩張圖我盜來的。）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，同時無需在信號傳輸之前進(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)，信號源和顯示設(shè)備之間會自動進(jìn)行“協(xié)商”，自動選擇最合適的視頻/音頻格式。不過，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HDMI顯卡廠商都“曲線救國”在顯卡上設(shè)置音頻輸入接口，使用前要手動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S端子實(shí)在懶得手動寫了，百度一下復(fù)制粘貼來這些。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輸出時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、兩路視頻色度信號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)而來的。從硬件結(jié)構(gòu)來說，S端子實(shí)際上是一種五芯接口，由兩路視亮度信號、兩路視頻顏色度信號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，它是用來將亮度和色度分離輸出的設(shè)備。這種設(shè)計主要是為了視頻節(jié)目復(fù)合輸出時的 亮度和色度的相互干擾。構(gòu)成圖象至少需要3個信號（一般是亮度信號與兩個色差信號,既Y/C/R）。但廣播電視信號是需要遠(yuǎn)程傳輸?shù)模沂斩瞬豢赡苡? 個接收機(jī)來分別解調(diào)這3個信號。因此，必須將這些信號“復(fù)合”在一起，調(diào)制到一個高頻載波上發(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”的方法將兩個色差信號調(diào)制到同一個載波上（色度副載波）2：用“頻譜交錯”技術(shù)將色度副載波壓進(jìn)亮度信號中。實(shí)際上是其中一個色差信號的相位延遲/或超前90度，然后用平衡調(diào)幅發(fā)調(diào)制到同一個載波上（因此，NTSC制式又叫“正交平衡調(diào)幅制式”。簡單來講，亮度信號由于可看作行頻的周期信號，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開半個行頻就可以象兩個梳子戶相插在一起，而又互不干擾（理論上來講）。如NTSC4.43，就用行頻的第283次諧波再錯開半個行頻：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亮度信號的干擾（亮度信號是清晰度的最