本帖最后由 taizer 于 2013-2-22 03:08 编辑
 
1. 电感 （我相信我不需要一个个指出，图上啥是电感、电容什么的。其一我相信大家都知道；其二，虽然算不上主要原因，真的算不上······如果单个配图我嫌麻烦） 电感的功能和作用是这样滴。 当电感通过电流的时候会产生磁场感应，由于这种磁场感应是电流变化的所产生，因此它本身产生的电流就会抑制原电流的通过（与原电流相反），电流的变化速度会因为电感的存在而“放缓”. 电感的这一特性正是它名字的由来，因为这个特性就叫“电感”，而对这一特性也有数值单位来描述。名曰感抗，单位亨利，电感上的R**，R后面那个数字就是感抗。 感抗的大小也反映了其储能能力，但也不是说越大越好，感抗太高意味着其频率特性较差，在多相供电电路中，特别是混合供电技术的引入，电感的感抗已经没有往年那么大了。 由于电感效应的存在，电流的变化会被电感阻隔，这一特性就可以被用来阻止电源中没有虑干净的交流电。 而直流电的电压升高会被以磁的形式“储能”再缓慢释放。 CPU供电接入处，旁边一般会有1-2个电感，那是扼流电感，而一般处于扼流电感大致水平位置的电容也是未经BANK电路转换前的电流滤波电容。 电感也有品质之分，不是封装方式，那个只是管电磁干扰和卖相（甚至这个才是主因）。 它有个数值叫磁通量，能改善这个主要是绕组芯体材质，绕组方式和绕组材质优良。就是消耗同样的电能产生更强的磁场，或者说提供相同的感抗而消耗更低的功耗。 一体式烧结的确实能减少高频啸叫；纯数字供电用的是联排电感；贴片电感好看而已，性能未必就好，采购价格也未必就贵，同理外观好看的也是（如果你喜欢并且有钱而且闲得要死可以定制蕾丝花边电感，但不会提升性能）
2. 电容 电容的主要作用之一滤波。 液态的（头上被师傅砍了个K型标记）现在已经在主流型号销声匿迹了，不过有些主板还是非常好的在音频滤波开始使用液态电解电容。 我记得几年前了，有个主板的音频滤波用了液态电解电容，然后在评论一栏我看到了无数人说这主板只能算“准固态”。 有时候IT媒体所作的事情就是误导了读者，结果最后能把自己害了。液态电解电容更适合音频滤波，但这个事情等R&D意识到想在音频滤波这个位置回归液态电容的时候，却发现已经满世界的“全固态主板”了。 好像也就近几年终于没有必要再去解释液态电容为什么还在主板上有一小片的事情了。 我们一般说的电容液态的或者固态的，这个说的都是阴极材料，阳极都是铝，但一般都不用铝电解电容这个说法，因为看起来不华丽。 还有就是阳极是钽这种材料的，就是钽电容了。ESR很低，外加自动修功能，高端型号价格很高很高。 液态电容的逐渐消失不是因为会爆浆，电子产品嘛，总是会坏的。而是因为电解液在低温环境下性能会下降的厉害，根本达不到标称容量，就因为这耕升出过事。 电容不是阻直通交么，那它咋滤波。 电容并联在电路上，交流杂波能从电容过去，于是被电容一声“走你”带到接地了，直流进入电容，这种特性自然也能抑制直流波动。 由于PC上用的交流杂讯比较固定，就是50hz，所以主板上的多相供电系统需要多少个电容实际有办法估算，根据电压和容量估测冗余是否很足。 电容的容量越大，滤波性能越好，频率性能自然会下降。所以那种高频的纯数字供电电路只能用MLCC来滤波，一般的插件式不行。 105度和85度指的是在105度和85度这种高温下能工作几千小时来着不记得了，二者的安全温度是这个极限温度的70%，再高就有热损耗。打个比方在环境温度70度的情况下，85度电容就开始有热损耗了，5000小时后嗝屁，但105度电容还能继续工作1W小时。 我在网上看到有人说，日常使用谁到了85度啊，两电容没啥区别。实际上这个105 85更多反映的是电容在常温环境下的使用寿命和高温环境下的性能，就算是日常使用105也是要寿命更长。 电容的储能也是利用其阻直特性，直流电会被电容阻止和储存，当然超过容量的部分还是能通过。在电容的两极接入正负极，电容就开始存储电荷，等两端电压没了，再接通电容的电路，电容就开始释放自己存储的电荷形成电流。 实际上CPU电路拿到手的电流就是电容里的。 ESR---等效串联电阻和ESL—等效串联感抗，属于电容的固有属性，电的容只是这个元器件的主要属性，同样它还有无法避免的阻和感。 ESR和ESL越低越好，不一定非要钽电容才ESR低，一般的铝电容也有高阶的极品型号，就是低ESR版本的，贵就是了。
3. 场效应管 这部分会涉及比较多的东西，不是有意铺开的，我的叙述功能部分出BUG了。 场效应管属于一种主动开关管，晶体管也出自这种结构，场效应管是现代科学和信息技术的最主要基础技术。 我在CPU一章简单说过晶体管的源漏栅，和MOSFET没有本质的区别，这里不再介绍。 主板的每一相供电的回路需要至少2个开关管，一上一下。由于下路是高压侧电流更小，所以有2上1下三桥这种组合方式，总体电流压力更小 。（假设CPU满载100W，电压1.0V，那么就有100A电流，分配到一个四相双桥的供电结构，就是每桥25A，一般来说每桥电流最好不要超过30A。） 场效应管有多种封装，还有整合驱动的，不去管它不去管它。内阻和动态电压的响应速度才是重点关注参数。 场效应管是千颗起购，由于IC不值钱，一般双桥合并的IC是否内置千颗采购价都差不多， 把低内阻和高频性能这种都算上，一个高级MOSFET（注意一个就可以满足一相供电了）的价格大约是4块5毛钱，这在主板的物料成本里算比较高的一类了。当然便宜的一块钱两对。。。。。另说了，另说了。 Mosfet的内阻指的是在导通状态下的内阻，6-13豪欧之间，越低越好，价格也高。超低内阻的版本大概在3豪欧左右，1块钱2对的那种内阻能在13以上，发热也很高。 从封装上大概能判断品质，当然MOSFET上是有型号的，随便搜索下就能找到包括价格在内的所有规格，不过不必过于细致追求。 关于这个频率性能，我最好先说明下为什么多相供电可以提供更加平直的直流输出。
我们有些门户硬件站看到的说到多相供电的好处，一般都是平均每相压力更小，电流和发热更小,这还是不能解释为什么多相供电输出更平直。
为了解释这个问题，我尝试来解释这个开关调整过程如何运作。 PWM读取CPU的VID，CPU的VID电压则是来自主板的VID识别电路，CPU上有多个针脚用于定义VID电压（之前短接超频短的就是这些个中的），主板VID识别电路通过对CPU 电压定义针脚的加压读取CPU电压，发给PWM的是CPU VID编码，这是数字的。 然后PWM根据这个编码来适时调整PWM脉冲宽度的输出。PWM的意思就是脉冲宽度调制，它通过脉冲的宽度和频率的实时变动来调制电压，具体原理是什么样的，不去管他不去管他。 PWM发出来的脉冲是没有能力驱动mosfet开关的，这就需要driver ic来放大信号，有的时候这些有三个针脚的小东西连片焊到一块，现在的趋势是mosfet内部整合，它只管驱动PWM信号。 场效应管是高压侧1个（下桥），低压侧一个或者两个（上桥），轮流噼里啪啦哔哩哔哩的开关。关于mosfet的开关工作原理不加赘述，因为我还得去翻书，我TM真不记得了。
多相供电的先不谈，单相的先说。 为了便于理解我把MOSFET的称为小挞噶（高压）和小給（四声）子（低压）······，以上是胡扯 从电源里出来的12V电压到了电感，由于电感的本身特性，最初小挞噶开闸电作为磁开始存储，电压缓慢下降，之后PWM告诉IC，IC告诉小挞噶小給子，小挞噶关闸小給子开闸放电给电容，如此反复，一开一关轮流工作，输出的是高频脉冲。 这个开关速度非常的快，大概在300Khz左右，最终从电容输出相对平直的直流电。 如果以μs的输出能力来算，单相供电的能力是比较有限的，加上只有单开关，供电电路最终输出的电压浮动范围就比较大了。 面对如今的高功耗CPU、GPU，加上我从需要相对精确的电压输出，特别是考量到OC性能的时候，假如输出的波动本身就有0.0025V，那么BIOS里的0.0125V的电压调节步进实际意义也就打了大折扣，不是么。
多相供电，为什么叫相？这个相就是相位，指的是PWM输出的信号相位，如果反应到示波器上就能看到相位图。 在多项供电系统中，PWM输出给各个供电相的信号是交错分开的，不准确描述是各个相位轮流工作。如果是一个8相供电，就代表着一相供电的时候，其他7相在休息，这个是交错的，速度极快，另外记住这是共同负担的。 所以供电相越多，PWM的频率要求就越高。单单从供电电路复杂压力来说，并联也可以起到完全类似的作用，那么用高频率PWM和MOSFET打造多项供电系统的道理何在。 原因就在相位上，如果4并联变8，PWM输出的是4个相位波形，这4个交错分开的相位波形带来的4个供电系统的供电波纹也是这个相位的波动，电压波动会在最终输出的时候会因脉冲相位的合并抵销而合并抵销，最终形成相对平直的输出. 如果是4相合并成8，就是4相位波纹合并，如果不是并联，那么就会是8相位波纹合并，输出更加平直。如果是非常多相，最终这个输出的电流质量就会极高。 但事有极限，PWM的频率终归不能无限上升，因为发热无法控制的话，最终导致多相供电提升OC性能目标被PWM发热所限。为什么要说这个，这要引出下一个话题。
数字供电、模拟供电、数模混合这些名词的背后的供电系统是否有本质区别。 其实没有，但这里依旧会以此为基础说几种常见的供电设计方式。 在本目图中，另配了一个纯数字供电系统的图。那么，是什么样的设计让这种供电系统的工作稳定温度设计在120度以上，是什么样的设计让8相的供电设计输出可以让16相模拟供电望尘莫及 。在之前我们知道了PWM对供电的微调来源于脉冲宽度，这个脉冲的调节是实时的，根据反馈信号不停调整。 现在的供电PWM芯片其实都是数字PWM，监控、反馈和调整都集成了，反馈信号也是数字的，纯数字供电就是一种极高频率的模拟供电系统。 8相数字供电的DR.MOS开关频率高达1300Khz，这是因为数字PWM对信号的反馈和调整频率极高，所以MOSFET的脉冲相对模拟供电相位幅度也要低得多，在多相合并后，最终输出的电压就非常平稳。 这种频率极高的供电系统，插件式电容无法工作在这个频率上，因为其ESR和ESL就会超过电容属性成为主要属性，使得元器件功能失效。 纯数字供电只能使用MLCC电容，这也是辨认纯数字供电的绝对标准，而联排电感和DR.MOS不一定是必须元器件。 MLCC的容量相对于体积比较大，具备低ESR和低ESL特性，而且具备较好的高频性能，成为数字供电系统的选择，同时也大量用于各种芯片滤波和显存滤波。 纯数字供电一切都那么美好，有什么缺点么？ 其一，成本；PWM必须用高性能的低阻mosfet，在超高开关率和高温下性能不下降、高性能的电感，感抗未必高但磁通量很高，用料必须不俗。 其二、无法直视的高温；整个数字供电系统，无论是芯片、电感、MOSFET都处于一个极高的温度，游戏的时候温度破百是经常的，即使设计工作温度本来很高，这个温度还是太高了。 这个问题带来一个很相悖的尴尬，纯数字供电输出如此精准的电压，就是为了能够为CPU/GPU攀登高频创造条件，但整个供电系统的输出能力最终反倒被发热所累。 我们现在能看到设计比较好的纯数字主板，为这个供电系统打造了一套专属散热设备，算是一种不懈的努力吧。至于供电系统的散热我在后面说散热器的时候会略带提一下。
还有一种多PWM联合成多相的，属于一种交替开关式，和纯多相在输出上区别不大，毕竟PWM能控制的相数有限，想要真正的16相供电，单个PWM目前无法实现。
还有一种就是利用类似单刀双掷的分相器实现超多项供电。PWM供电芯片从最初的4相到后来的6、8，现在有10相的了，于是分相器的设计是这样的。 把一个10相的PWM用分相器分成20相，反馈信号由分相器中继，这样分出去的信号反馈频率就变低了，MOSFET的频率也就大概在300Khz左右。 从调节的角度上说很接近数字供电的反馈调节，在开关管方面又相对频率和发热较低，这属于折中方案，也是目前主板数字供电设计的主要方式之一。 在这里郁闷一下，很多东西算是边写边忘，有些东西关了电脑想起来要补充，醒来又忘了，总体上肯定丢了不少本来要说的东西，哎~ 算了，不去管它不去管它。
这里要提个东西，就是去耦电容，我觉得甜点级及以上显卡都应该至少加一个，要不了几个钱，甜点级显卡利润空间也允许。
去耦电容是用来退去耦合，消除信号杂音。 板卡电路中的IC放大电流信号，从前级到后极无法做到完全的平电，会形成正反馈的寄生振荡，这个寄生振荡会和后极电路电信号形成寄生耦合， 而这个寄生耦合在电路中就会成为信号噪音，通过接入电容就可以依靠电容本身的特性中断寄生振荡从而消除这种寄生耦合，当然不一定要求需要这种大容量的高端退耦电容，也有用钽电容或者用MLCC的。 但现在一般在板都使用这种高端去耦电容的原因还在于它很高的容量配合MLCC为芯片进行更好的滤波，可以同时满足容量和高频适应性。
实际上一块主板或者显卡上，很难去准确判断每一个料件的具体作用。哪个是退耦，哪个是旁路，那个是滤波，哪个是扼流，哪个是整流，哪个是保护电路等等等等，但正是这种细小的料件，能在原本的基础上再次提升板卡的稳定性。 就像以前的公版显卡总是布满密密麻麻的小件，给人一种踏实感，实际上很多小件在layout都不会反映出来，你甚至可以空焊他，芯片照样能正常工作。 现在的媒体过度的去诉说卖相上的东西，不能不说是一种退步。 还有，我无法理解以超频为卖点的主板为什么要配套节能软件，特别是那种关闭部分供电的，造成非均等损耗，无法理解···无法理解····
| 
[复制链接]
发表于 2013-2-22 00:59
收藏
楼主
正好最近需要恶补知识....
撸过
我觉得应该考虑给精，为数不多的精品文章给几个破分也太抠了吧
