显卡供电电路和工作原理

虽然显卡的工作原理非常复杂,但就是它的原理与部件倒就是很容易理解。

数据离开CPU,必须经过4个步骤,才会到达显示屏上。

1、从PCI bus进入GPU——将CPU送来的数据送到GPU里面进行处理。

2、从GPU进入显存——将芯片处理完的数据送到显存。

3、从显存进入DAC——由显存读取出数据再送到RAMDAC(随机读写存储数模转换器),RAMDAC的作用就是将数字信号转换成模拟信号。

4、从DAC进入显示器——将转换完的模拟信号送到显示屏。

下面扯显卡的供电电路。

绝大多数显卡就是由主板上的AGP/pcie插槽供电的,没有电池来供应所需的工作电能,而就是由显卡上的金手指通过主板的插槽与电源的+12V 6pin接口等来获得所需的电量。

原本打算把AGP插槽的供电定义发上来,但考虑到已经不合实际情况,故作罢。PCIE插槽的定义:靠近CPU的那一组触点为A组,对面为B组,由主板的I/O芯片往南桥方向数,每一边各有82个触点。

+12V供电:A2,A3,B1,B2,B3

+3、3V:A9,A10,B8

+3、3Vaux:B10

PCIE显卡没有+5V供电。

显卡的供电无论就是通过主板进入,还会就是直接外接电源进入,都不可能正好符合显卡各种芯片正常工作的电压值。超过频的都知道,GPU的核心供电就是 0、9~1、6V,显存供电就是1、5~3、3V,接口部分有的需要3、3v,有的需要+5V,各不相同,于就是这就涉及到显卡上直流电源模块设计的问题。

直流电源模块的基本工作原理:无论输入端的电压怎么变化,它都能输出一个相对稳定的预先设计的较为平滑的电压值,并可以带动一定的负载。

显卡上的直流电源供电模块主要有三大类:三端稳压;场效应管线性降压与开关电源稳压方式。她们的工作模式都就是采取降压工作模式,即输出电压总就是低于输入电压。

1、三端稳压供电方式

这就是显卡中相对较简单的一种供电方式,采用的集成电路主要有1117,7805等。这种方式虽然较简单,但就是提供的电流很小。一般DAC电路与接口部分的

电路供电采用这种方式。

图上这玩意儿就就是7805,1脚输入,2脚接地,3脚输出的电压即为5V。箭头方向从右往左分别为1,2,3脚。

2、场效应管线性降压方式

一般低端显卡的显存供电采用MOS管线性降压供电方式。N沟道MOS管特性:G 极电压越高,D——S导通程度越强。不同MOS管的具体引脚数据可以通过型号查阅相关PDF得到。

最右边的芯片APW7067N发出信号驱动两个MOS管的G极,使电压降到可以给显存供电。

3、开关电源方式

显卡的核心供电与高端显卡的显存供电采用开关电源方式。对于GPU来说,由于耗电量与性能不断提升,使得前面介绍的两种供电方法已经满足不了饥渴的GPU 了,如果采用前两种方式供电,GPU必然会死机。开关电源就是利用现代电子技术,控制开关管开通与关断的时间与比率,维持稳定输出电压的一种电源。开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)IC与场效应管构成。

传统的PWM+MOS+电感+电容组成的开关电源供电图:

找张图来冒充一下,实际原理一样。

瞧下面那张图:芯片ICS5301为PWM主控芯片,Q1,Q3,Q5我们管它叫上

桥,Q2,Q4,Q6我们管它叫下桥,当PWM芯片工作条件满足之后, 控制上桥下桥轮流工作为C17~24,C25~32充电,当电容充满电之后暂停对电容的供电,由电容Vcore向GPU供电,电压一有下降,立马打开 MOS管,继续对电容供电,充满电之后继续关断由电容对GPU供电……对说简单点,就就是把电容当做电池向GPU供电,因为“电池”的工作电压相对较稳定。注意！这个过程相当相当快,这也就就是为什么许多显卡喜欢采用固态电容甚至钽电容的原因。不就是因为它们容量大,也不就是因为它们不会爆炸,而就是因为它们的高频特性好,至少——短时间充放电几万次不成问题。同时这也就是为什么有的显卡的供电也要加散热的原因。

显卡的BIOS程序烧录在一个8脚EEPROM芯片里面,芯片型号通常为25系列。常见的容量为512k。

SPIbios的引脚定义:1、CE# 2、SDO 3、WP# 4、VSS 5、SDI 6、SCLK 7、HOLD# 8、VDD

EEPROM采用SPI与GPU通信。SPI的中文意思就是串行外围设备接口。这种接口主要应用于EEPROM,flash,实时时钟,数模转换器,数字信号处理器与数字信号解码器之间。SPI就是一种高速的通信总线,并且在芯片的引脚上只占用4根线,节约了芯片的引脚,同时为pcb的布线省了不少空间。正式出于这种简单易用的特性,现在越来越多的芯片继集成了这种通信协议。

SPI的通信原理很简单,它以主从方式工作。这种模式通常有一个主设备与多个从设备,至少也要4根线。(事实上3根也可以)这四根线也就是所有基于SPI的设备共有的,它们就就是:SDI SDO SCK CS。

SDO:主设备数据输出

SDI:主设备数据输入

SCLK:时钟信号

CS:从设备使能信号

其中CS只有在规定为预先的使能信号时对这个芯片的操作才有效。

在SPI中,数据就是串行通信方式传输的,也就就是说数据室一位一位传输的。这就就是SCLK时钟线存在的原因。由SCLK提供时钟脉冲,SDI与SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过SDO线,数据在时钟上升或者下降延时改变,在紧接着的下降沿或者上升沿被读取,完成一位数据的传输。输入的原理也就是一样的。

要注意的就是,SCLK信号只能由主设备控制,从设备不能控制该信号。

GPU与显存的大多数参数由BIOS内程序设定,比如:工作频率,工作电压。

目前显卡的输出接口主要有DVI,VGA,S-video,HDMI四种类型。

CRT显示器由于设计制造的原因,只能接受模拟信号输入,这就需要显卡能够输出模拟信号。VGA的作用就就是将转换好的模拟信号输出到显示器中。虽然液晶显示器可以接受数字信号,但就是很多液晶为了与老式VGA相匹配,也有VGA接口。VGA接口曾经就是显卡上应用最广泛的接口类型。

这一坨电阻电容三极管就就是VGA的阻抗匹配与低通滤波电路。通常这个电路位于VGA输出接口的背后。低通滤波电路也会存在于S-video接口后面,DVI也有这样的电路。这就是由于大部分显卡的DVI输出接口中不仅包含数字信号,还会包含有一组模拟信号。可以使用转接头提取出这组模拟信号。

完整的低通滤波电路,能保证显卡在高分辨率下依然清晰,另外能够保证色彩的