Применение VRM

На плате находится разъём для подключения питания, на сегодняшний день стандарт предусматривает установку минимум двух разъемов – 24-контактного ATX и 4-контактного ATX12V для дополнительной линии 12В. Иногда производители материнских плат устанавливают 8-контактный EPS12V вместо ATX12V, через него можно подвести две линии 12В. Питание, подаваемое блоком питания, проходит преобразование, стабилизацию и фильтрацию с помощью силовых полевых транзисторов (MOSFET, «мосфетов»), дросселей и конденсаторов, составляющих VRM (Voltage Regulation Module, модуль регулирования напряжения). Питание процессора и чипсета осуществляется одним VRM, питание модулей памяти – чаще всего другим. Дополнительно для стабилизации питания, подаваемого через разъёмы PCI Express, иногда устанавливаются стандартные разъёмы Molex.

VRM разработан для того, чтобы существующие системные платы могли поддерживать несколько типов процессоров, а также те, которые появятся в будущем. Ведь каждый процессор имеет свое напряжение питания. При установке процессора в материнскую плату по соответствующим контактам VID (4 или 6 штук) тот определяет модель установленного процессора и подает на его кристалл (ядро) соответствующее напряжение питания. Фактически, комбинация 0 и 1 на выводах VID задает 4 или 6-битный код, по которому VRM «узнает» о модели процессора.

Для примера рассмотрим питание ядер процессоров модели Intel Core 2 Extreme (Conroe, техпроцесс, 65 нм, частота 2,93 ГГц, 4 Мбайт L2).

Для этого процессора значение VID находится в диапазоне 0,85–1,36525 В, максимальный ток для верхней модели E6800 может достигать величины 90 А, для остальных, представленных моделями E6300, Е6400, Е6600, Е6700, — 75 А. VRM для процессоров Intel Core 2 Duo должен удовлетворять спецификации 11.0.

Существует два типа регуляторов: линейный и импульсный. Применявшийся в более старых платах линейный регулятор напряжения представлял собой микросхему, понижающую напряжение за счет рассеяния его избытка в виде тепла. С уменьшением требуемого напряжения росла тепловая мощность, рассеиваемая такими регуляторами, поэтому они снабжались массивными радиаторами, по которым их легко было найти на материнской плате. При установке в материнскую плату процессора, потребляющего большую мощность, регулятор (а с ним и материнская плата) мог выйти из строя из-за перегрева. Поэтому в современных материнских платах применяется импульсный регулятор, содержащий сглаживающий фильтр низких частот, на который подается последовательность коротких импульсов полного напряжения.

Импульсный стабилизатор содержит реактивно-индуктивный LC-фильтр, на который короткими импульсами подается полное напряжение питания, и за счет инерции емкости и индуктивности выравнивается до требуемой величины, причем бесполезных потерь энергии практически не происходит. Стабильность напряжения поддерживается путем управления частотой и шириной импульсов (широтно-импульсная модуляция, ШИМ). При широтно-импульсной модуляции в качестве несущего колебания используется периодическая последовательность прямоугольных импульсов, а информационным параметром, связанным с дискретным модулирующим сигналом, является длительность этих импульсов. Периодическая последовательность прямоугольных импульсов одинаковой длительности имеет постоянную составляющую, обратно пропорциональную скважности импульсов, то есть прямо пропорциональную их длительности. Пропустив импульсы через ФНЧ с частотой среза, значительно меньшей, чем частота следования импульсов, эту постоянную составляющую можно легко выделить, получив стабильное постоянное напряжение.

Применение импульсных стабилизаторов позволяет значительно сократить тепловыделение, однако создает дополнительный источник помех, который может влиять на работу видео- и звуковых адаптеров.

За счет инерционности фильтра импульсы сглаживаются в требуемое постоянное напряжение. КПД такого преобразователя весьма высок, поэтому паразитного нагрева почти не происходит. Узнать импульсный регулятор напряжения на плате можно по катушкам индуктивности. Во всех новых платах применяется многоканальный (многофазный) преобразователь напряжения, который понижает напряжение питания до необходимых 0,8—1,7 В на ядре процессора (в зависимости от модели).

Трехканальный VRM на плате K8NS (Socket-939)

Таким образом, VRM – это по сути ШИМ-регулятор на микросхеме с преобразователями на MOSFET и фильтром. Как правило, напряжение на системной плате выше, чем на ядре процессора.

Традиционно основные регуляторы напряжения расположены вокруг процессорного разъема. Учитывая высокие значения потребляемых токов, они создаются многоканальными (многофазными). Обычно их число три-четыре, но на топовых платах их число может достигать 8. Отказ от одноканального питания снижает нагрузку на регулирующие транзисторы. С целью улучшения температурных режимов их работы, а также повышения надежности, силовые транзисторы нередко снабжаются средствами охлаждения (радиаторами).

В дополнение к многоканальному VRM, индивидуальными системами энергопитания снабжены цепи видеоадаптера и модулей оперативной памяти. Они обеспечивают необходимые уровни напряжений и токов, а также снижают взаимное влияние, передаваемое по силовым шинам.

Большое количество вентиляторов, сосредоточенных в небольшом объеме, создает сравнительно высокий уровень акустического шума. Уменьшить его можно специальным дизайном материнских плат, предусматривающим использование решений на основе тепловых трубок (heat pipe).

В качестве примера можно привести плату Gigabyte GA-965P-DQ6. На ней радиаторы, установленные на обеих микросхемах чипсета, соединены несколькими тепловыми трубками с радиаторами, установленными на силовых транзисторах VRM.

Такое решение обеспечивает эффективное перераспределение тепловых потоков между несколькими радиаторами. В результате выравниваются температуры элементов, работающих в ключевых режимах, являющихся источниками неравномерного нагрева, как в пространстве, так и во времени. Охлаждению же всей конструкции способствует общий дизайн, предусматривающий использование воздушных потоков, порождаемых вентиляторами процессора и кулера.

Оценивая эффективность данного решения, необходимо отметить, что еще одним фактором, способствующим уменьшению тепловой и электрической нагрузок на транзисторы VRM, является реализация большого количества каналов (фаз) питания. Например, в архитектуре указанной платы их двенадцать. Столь большое количество каналов существенно упрощает конструкцию VRM, улучшает развязку по линиям питания, уменьшает электрические помехи и увеличивает устойчивость работы компьютерных подсистем. Кроме того, описанная конструкция с пассивными кулерами, аналог которой активно используется, кстати, в бесшумных моделях видеоадаптеров этого же производителя, уменьшает акустический шум и от материнской платы.

Конструкция регулятора напряжения позволяет подавать на него 5 или 12 В (на выходе – напряжение питания процессора). В системе в основном используется напряжение 5 В, но многие компоненты в настоящее время переходят на 12 В, что связано с их энергопотреблением. Кроме того, напряжение 12 В используется, как правило, приводным электродвигателем, а все другие устройства потребляют напряжение 5 В. Величина напряжения, потребляемого VRM (5 или 12 В), зависит от параметров используемой системной платы или конструкции регулятора. Современные интегральные схемы регуляторов напряжения предназначены для работы при входном напряжении от 4 до 36 В, поэтому их конфигурация всецело зависит от разработчика системной платы.

Как правило, в системных платах, предназначенных для процессоров Pentium III и Athlon/Duron, использовались 5-вольтные регуляторы напряжения. В последние годы возникла тенденция к переходу на регуляторы, потребляющие напряжение 12 В. Это связано с тем, что использование более высокого напряжения позволяет значительно уменьшить текущую нагрузку. Например, если использовать тот же 65-ваттный процессор AMD Athlon с рабочей частотой 1 ГГц, можно получить несколько уровней нагрузки при различных величинах потребляемого напряжения

При использовании напряжения 12 В сила потребляемого тока достигает только 5,4 А или, с учетом 75% эффективности регулятора напряжения, 7,2 А. Таким образом, модификация схемы VRM системной платы, позволяющая использовать напряжение 12 В, представляется достаточно простой. К сожалению, стандартный блок питания ATX 2.03 содержит в основном силовом разъеме только один вывод +12 В. Дополнительный разъем вообще не содержит выводов +12 В, поэтому толку от него немного. Подача тока силой 8 А и более на системную плату, осуществляемая при напряжении +12 В через стандартный провод, может привести к повреждению разъема.

Для повышения энергообеспечения системных плат в Intel была создана новая спецификация блоков питания ATX12V. Результатом этого стал новый силовой разъем, предназначенный для подачи дополнительного напряжения +12 В на системную плату.

В плате ASUS P5B-E Plus, основанной на чипсете Intel P965 Express, VRM используется 4-канальный, а значит, более приспособленный к надежной поддержке мощных (или сильно разогнанных) процессоров. Дизайном предусмотрено охлаждение половины из ключевых транзисторов, но на данной модели радиатор не установлен. Разъем подачи питания на VRM сделан 8-контактным, чтобы уменьшить вдвое ток, проходящий по линиям +12 В. Впрочем, если у вашего блока питания нет такого разъема, можно подключить плату и через 4-контактный разъем.

Питание процессора и чипсета осуществляется одним VRM, питание модулей памяти и видеоадаптера – чаще всего другими. Это обеспечивает необходимые уровни напряжений и токов, отсутствие просадок по питанию, а также снижает взаимное влияние, передаваемое по силовым шинам.

Схемотехника стабилизаторов питания

Практически все современные стабилизаторы строятся на базе того или иного интегрированного ШИМ-контроллера (PWM) — довольно сложной микросхемы с кучей выводов по краям. Одна группа выводов «заведует» выходным напряжением, которое выбирается комбинацией логических «1» и «0», подаваемых на эти ноги. В зависимости от конструктивной реализации эти выводы могут либо сразу идти на перемычки или быть мультиплексированы еще с чем-то другим.

Пару слов о ключевых элементах. Стабилизатор может быть собран либо на двух n-канальных МОП-транзисторах, в этом случае сток (drain) одного транзистора соединен в точке выхода (Vout) с истоком (source) другого. Оставшийся исток идет на массу, а сток — на стабилизируемое напряжение. Это облегчает поиск делителей на неизвестных микросхемах. Находим два мощных транзистора, смотрим — где они соединяются (там еще дроссель будет) и ищем резистор, ведущий к той же точке. Если с другим концом резистора соединен резистор, идущий на массу — делитель найден!

Большинство схем построено именно по такому принципу, однако вместо второго транзистора может использоваться и диод. Внешне он похож на транзистор, только на нем (как правило) написано MOSPEC, а два крайних вывода замкнуты накоротко. Такая схема проще в исполнении, содержит меньше деталей, однако за счет падения на прядения на n-p переходе (~0,6 В) снижается КПД и увеличивается рассеиваемая тепловая мощность, то есть, попросту говоря, нагрев.

В одних случаях каждый узел питается своим собственным стабилизатором (и вся плата тогда в стабилизаторах), в других — производители путем хитроумных извращений запитывают несколько узлов от одного стабилизатора. В частности, на ASUS P5AD2/P5GD2 один и тот же стабилизатор питает и северный мост, и память, используя кремниевый диод для зарядки обвязывающего конденсатора до нужного напряжения. Поэтому напряжение на выходе стабилизатора будет отличаться от напряжения на чипсете. Увеличивая напряжение на памяти, мы неизбежно увеличиваем напряжение и чипсете, спалить который гораздо страшнее, да и греется он сильно.

Стабилизатор может собираться и на операционном усилителе, и на преобразователе постоянного тока или даже на микроконтроллере. Усилители/преобразователи обычно имеют прямоугольный корпус и небольшое количество ног (порядка 8), а рядом с ними расположены электролитические конденсаторы, дроссели и мощные ключевые транзисторы, иногда подключаемые к микросхеме напрямую, иногда — через дополнительный крохотный транзистор. Микроконтроллеры — это такие небольшие микросхемы в прямоугольном корпусе с кучей ног (от 16 и больше), рядом с которым торчат конденсаторы/дроссели/транзисторы (впрочем, на дешевых платах дроссели часто выкидывают, а количество конденсаторов сводят к минимуму, оставляя в нераспаянных элементах букву L).

Как выделить стабилизаторы среди прочих микросхем? Проще всего действовать так: выписываем маркировку всех мелких тараканов и лезем в сеть за datasheet’ами, в которых указывается их назначение и, как правило, типовая схема включения, на которой где-то должен быть делитель, подключенный к одному из выводов. Делитель — это два резистора, один из которых всегда подключен к выходу стабилизатора (Vout), а другой — к массе (GROUND или, сокращенно, GND). Выход найти легко, во-первых — вольтметром, во-вторых — чаще всего он расположен в точке соединения двух ключевых транзисторов от которой отходит дроссель (если он есть).

Изменяя сопротивление резисторов делителя, мы пропорционально изменяем и выходное напряжение стабилизатора. Уменьшение сопротивление резистора, подключенного в массе, вызывает увеличение выходного напряжения и наоборот. «Выходной» резистор при уменьшении своего сопротивления уменьшает выходное напряжение.

Современные мощные ключевые транзисторы IGBT, MOSFET имеют довольно высокую емкость затвора (>100 пФ) которая не позволяет «быстро» (десятки кГц) переключать ключевой транзистор. Поэтому для быстрого заряда/разряда емкости затвора применяются спец. схемы или готовые ИМС, называемые «драйверами» которые обеспечивают быстрый перезаряд емкости затвора. В нашем случае, драйвером могут быть как сами микросхемы ШИМ-контроллеров, так и внешние каскады — внешние драйверы (обычно в многофазных преобразователях). Формально любой управляющий (например, предоконечный) каскад может быть драйвером.

Микросхема VRM на платах Gigabyte

На картинке выше представлен новый подход с исполнению ШИМ: вместо 3 микросхем — драйвера и двух мосфетов используется одна интегральная микросхема, включающая в себя все эти компоненты. Такие микросхемы с некоторых пор стали использоваться на дорогих платах Gigabyte и других ведущих производителей.

Дизайн подобных решений разработан и расписан в спецификацииIntel DrMOS V4.0, которая описывает требования к драйверам по питанию Intel CPU.

Именно в этой спецификации приведены все основные типовые сигналы для такой микросхемы:

Basic Input-Output Signal Definition for a typical DrMOS

Микросхемы памяти в зависимости от своих конструктивных особенностей могут требовать большего или меньшего количества питающих напряжений. Как минимум, необходимо запитать ядро — VDD. Вслед за ним идут входные буфера VDDQ, напряжение питания которых не должно превышать напряжения ядра и обычно равно ему. Термирующие (VTT) и референсные (Vref) напряжения равны половине VDDQ. (Некоторые микросхемы имеют встроенные термирующие цепи и подавать на них VTT не нужно).

Применяемые микросхемы

Рассмотрим старую добрую ASUS P4800-E на базе чипсета i865PE. Внимательно рассматривая плату, выделяем все микросхемы с не очень большим количеством ног. Возле северного моста мы видим кварц, а рядом с ним — серый прямоугольник ICS CA332435. Это — клокер, то есть тактовый генератор. Процессор, как обычно, окружен кучей конденсаторов, дросселей и других элементов, выдающих близость стабилизатора питания. Остается только найти ШИМ-контроллер, управляющий стабилизатором. Маленькая микросхема с надписью ADP3180 фирмы Analog Devices. Согласно спецификации (http://www.digchip.com/datasheets/download_datasheet.php?id=121932&part-number=ADP3180) это 6-битный программируемый 2- , 3- , 4-фазный контроллер, разработанный специально для питания Pentium-4. Процессор Pentium 4 жрет слишком большой ток и для поддержания напряжения в норме основному контроллеру требуется три вспомогательных стабилизатора ADP3418. Китайцы славятся своим мастерством собирать устройства с минимумом запчастей, но наш ASUS не принадлежит к числу пройдох и все детали присутствуют на плате — такие маленькие квадратные микросхемы, затерявшиеся среди дросселей и ключевых транзисторов.

Комбинация логических уровней на первых четырех ногах основного контроллера задает выходное напряжение (грубо), точная подстройка которого осуществляется резистором, подключенным к 9 выводу (FB). Чем меньше сопротивление — тем ниже напряжение и наоборот. Следовательно, мы должны выпаять резистор с платы и включить в разрыв цепи дополнительный резистор. Тогда мы сможем не только повысить напряжение сверх предельно допустимого, но и плавно его изменять, что очень хорошо!

Материнская плата ASUS P5K-E/WiFi-AP оснащена 8-фазным стабилизатором питания, собранным на дросселях с ферромагнитным сердечником и транзисторах MOSFET NIKOS P0903BDG (25 В, 9,5 мОм, 50 А) и SSM85T03GH (30 В; 6 мОм; 75 А). Четыре канала стабилизатора питания накрыты радиатором, который по большому счету служит для охлаждения северного моста, от которого тепло передается по тепловой трубке.

У ASUS фирменная микросхема управления питанием называется EPU (Energy Processing Unit):

Контроллер EPU на платах ASUS

Из картинки выше понятно, что микросхема EPU не только генерирует правильное напряжение питания ядра процессора Vcore согласно сигналам VID, но также и общается с чипсетом по шине SM Bus, позволяя через управляющие сигналы такового генератора задавать частоту процессора согласно текущему профилю энергопотребления.

А вот фотография уникальной платы Gigabyte с 10-канальный VRM, который они называли фирменным термином PowerMOS! В нем используется микросхемы фирмы International Rectifier (IR) IR3550, каждая из которых в себя включает мощный синхронный драйвер затвора, упакованный в одном корпусе с управляющим MOSFET и синхронным MOSFET с диодом Шоттки. Максимальный ток — 60 А. Эта микросхема походит как для управления питанием мощных CPU, так и GPU, и многоканальных контроллеров памяти. Эта микросхема, как и аналогичные удовлетворяет спецификации Intel DrMOS V4.0.

Типовая схема включения IR3550 выглядит следующим образом:

Сигналы микросхемы IR3550

Типовая схема включения IR3550

Из картинки поднятно, что напряжение питания самой микросхемы Vcc от 4,5 до 7 V (подается с шины 5V), а выходнйо каскад — Vout.

Если вам пробуется найти схему включения любой микросхему. то это легко сделать в интернете по названию микросхемы и слову datasheet.

DrMOS также поддерживается компаниями MSI, Asrock и некоторыми другими. Более бюджетные производители по прежнему используют стандартный дизайн — отдельная микросхема ШИМ-контроллера и набор силовых мосфетов. Например, на свежей плате ECS X79R-AX на чипсете Intel X79 Express используется VRM-контроллер Intersil ISL6366 для управления 6+1 фазным питанием:

VRM контроллер ISL6366

Из документации микросхема ISL6366 подддерживает стандарт Intel VR12/IMVP7 и имеет два выхода: одна на 6 фаз питания ядра или памяти, второй — на одну дополнительную фазу питания графики, микросхем мониторинга и отдельно линий I/O процессора. Более того, она имеет встроенные функции термомониторинга и термокмопенсации. Также микросхема непрерывно мониторит выходной ток через отдельный резистор и подстраивает напряжение питания. Сама микросхема используется в паре с драйверами ISL6627, подключаемыми к транзисторам:

Typical Application: 6-Phase Coupled-Inductor VR and 1-Phase VR

6+1 фаз питания платы ECS

По фото видно, что транзисторы здесь тоже упакованы в микросхемы, поэтому занимают очень мало место.

Кроме Analog Devices (микросхемы ADP), ШИМ-контроллеры VRM выпускают также Fairchild Semiconductor (FAN), International Rectifier (IR), Intersil (ISL) — очень популярны, Maxim (MAX), ON Semiconductor (NCP), Semtech (SC), STMicroelectronics (L), Analog Integrarion Corp. (AIC, нарисована корона), Richtek (RT) , количество контактов — от 16 до 24 pin.

На данный момент выпускают 33 модели микросхем, поддерживающие спецификацию VRM 10.1 и только 5 микросхем с поддержкой стандарта VRM 11.0.:

Как видно, многие, но далеко не все из этих микросхем импульсных регуляторов имеют 4 фазы стабилизации.

Питание памяти

В окрестностях DIMM-слот быстро обнаруживается несколько ключевых транзисторов, электролитических конденсатора и всего одна микросхема с маркировкой LM 358. Такую микросхему производят все кому только не лень: Fairchild Semiconductor, Philips, ST Microelectronics, Texas Instruments, National Semiconductor и другие.

Это типичный операционный усилитель, причем — двойной. Распиновка приведена на , а схема типового включения — , из которой все становится ясно и типовая схема включения уже не нужна. Нужный нам резистор подключен к выходу операционного усилителя (ноги 1 и 7). Да не введет нас в заблуждение делитель на отрицательном входе. Он не имеет обратной связи по стабилизируемому напряжению и потому нас не интересует.

Смотрим на плату — 7-я нога зашунтирована через конденсатор и дальше никуда не идет, а вот за 1-й тянется дорожка печатного проводника. Значит, это и есть тот вывод, который нам нужен! Чтобы увеличить напряжение на памяти, необходимо включить в разрыв между 1-й ногой и резистором RF дополнительный резистор. Чем больше его сопротивление — тем выше выходное напряжение. Как вариант, можно подпаять между 2-й и 4-й ногами свой резистор (4-я нога — масса), чем меньше его сопротивление — тем выше напряжение и ничего разрывать не придется.

Для контроля напряжения можно использовать либо встроенную систему мониторинга напряжения (если она есть), либо мультиметр. Мультиметр надежнее и ему больше веры, встроенный мониторинг — удобнее, тем более что контролировать напряжение после вольтмода приходится постоянно. На холостых оборотах оно одно, под нагрузкой — другое. Весь вопрос в том, куда его подключать? Один из контактов — на массу, другой — на точку соединения двух ключевых транзисторов или транзистора с диодом. Если найти точку соединения не удалось (ничего смешного здесь нет — на вставленной в компьютер печатной плате разводку разглядеть довольно проблематично), можно подключаться к стоку каждого из транзисторов. У одного из них он идет к входному напряжению, у другого — к уже стабилизированному. Сток обычно расположен посередине и «продублирован» на корпус. Внешне он выглядит как «обрезанный» вывод. Соответственно, в схеме «транзистор плюс диод» сток всегда подключен к входному напряжению и тогда нам нужен исток — крайний правый вывод (если смотреть на транзистор в положении «ноги вниз»). Втыкаем сюда щуп вольтметра, медленно вращаем построечный резистор и смотрим. Если напряжение не меняется, значит мы подключили резистор не туда и все необходимо тщательно перепроверить.

Генераторы тактовой частоты

Обычно производители оставляют довольно солидный запас, и материнская плата сваливается в глюки задолго до его исчерпания, однако в некоторых случаях наши возможности очень даже ограничены. Некоторые платы не гонятся вообще! Что тогда? Тактовый генератор (он же «клокер») может быть собран на разных микросхемах (обычно это ICS или RTM), которые можно программировать путем перебора комбинацией логических «0» и «1» на специальных выводах. Внешне это прямоугольная ИМС в корпусе SOP с кол-вом пинов от 20 до 56 в районе кварца. Таблицу частот можно найти в datasheet’е на микросхему. В древние времена, когда конфигурирование осуществлялось через перемычки, производителю было очень сложно «заблокировать» верхние частоты, но при настройке через BIOS setup — это легко! Придется пойти на довольно рискованный и радикальный шаг — отрезаем «комбинаторную» группу выводов от печатной платы и напаиваем на них jumper’ы с резисторами, схему соединения которых можно взять из того же datasheet’а. И тогда все будет в наших руках! Естественно, настраивать частоту через BIOS уже не удастся.

Микросхема тактового генератора ICS и кварца 14,318 МГц

А вот другой путь — замена кварца. В большинстве материнских плат стоит кварц, рассчитанный на частоту 14,318 МГц, если его заменить на более быстрый, то все частоты пропорционально подскочат, однако при этом, возможно, начнется полный глюкодром. Вообще говоря, замена кварца — неисследованная область, еще ждущая своих энтузиастов.

Клокеров на плате несколько — каждый отвечает за генерацию своего диапазона частот — один на процессор, другие на периферийные шины, GPU. Еще больше на плате кварцев — отдельный, например, стоит рядом с микросхемой сетевой карты и генерирует тактирование для передаче по локальной сети.

Кварц сетевой карты Realtek

Кварц контроллера USB 3.0

Выводы

Собственно, выход из строя ИМС ШИМ-контроллера VRM, выход из строя транзисторов преобразователя или вздутие (и как следствие потеря ёмкости) электролитических конденсаторов («бочек») в цепях питания VRM – это чаще всего встречающийся отказ материнских плат. Проявляется в виде того, что плата не стартует, не подавая признаков жизни или же стартует и выключается.

Применяемые в большинстве системных плат алюминиевые электролитические конденсаторы емкостью 1200 мкФ, 16 В или 1500 мкФ, 6,3 и 10 В обладают рядом недостатков, один из которых это высыхание по истечении времени. Следствием этого является потеря ими емкости, выход компонента из строя, появление аппаратных ошибок в цепях. Риск увеличивается при использовании подобных конденсаторов в тяжелых температурных условиях, например, в корпусе системного блока компьютера температура может доходить до 50-60° С.

Танталовые конденсаторы обладают большей надежностью, чем электролитические (нет эффекта высыхания), они более компактны и имеют меньшее значение параметра ESR, увеличивающее эффективность их применения в цепях фильтрации источников питания.

В последнее время вместо часто вздувающихся электролитических конденсаторов именитые производители плат стали использовать твердотельные конденсаторы. В схемах питания новой платы ASUS M3A79-T DELUXE на чипсете AMD 790FX используются высококачественные детали, в частности, транзисторы с низким сопротивлением в открытом состоянии (RDS(on)) для уменьшения потерь при переключении и снижения тепловыделения, дроссели с ферритовыми сердечниками, и, что очень важно, твердотельные полимерные конденсаторы от ведущих японских производителей (гарантийный срок службы модуля VRM – 5000 часов). Благодаря применению таких компонентов достигается максимальная эффективность энергопотребления, низкое тепловыделение и высокая стабильность работы системы. Это позволяет получить высокие результаты разгона и увеличить срок эксплуатации оборудования.

Твердотельные конденсаторы на плате MSI 880GMA-E45

Такие же элементы используются например в материнской плате Gigabyte GA-P35T на чипсете P35. Правда, и твердотельные конденсаторы взрываются, как правильно, в следствие повышенного напряжения или просто некачественных элементов (да, такое тоже встречается!):

Взорвавшиеся конденсаторы

VRM на обычных электролитических конденсаторах имеет MTBF всего около 3000 часов.

По возможности необходимо выбирать те материнские платы, которые используются 4-фазный импульсный регулятор. В цепях фильтра VRM предпочтительно должны стоять твердотельные, а не алюминиевые электролитические конденсаторы, дроссели должны иметь ферритовый сердечник. Кроме того, на грамотно спроектированной плате, конденсаторы фильтра не должны стоять вплотную к кулеру процессора и к дросселям, чтобы не происходило их перегрева.

В идеальном варианте, необходимо выбирать те платы, которые имеют отдельный независимый регулятор напряжения для CPU, памяти и шины видеокарты. В этом случае, вы сможете отдельно регулировать напряжение на каждом из компонентов, не вызывая роста напряжения на других!

Поделиться в соц. сетях

(Посещений: 1 861, из них сегодня: 25) Платформа, РемонтMOSFET, VRD, VRM, видеокарт, генератор, кварц, ключи, конденсаторы, контроллер, материнские платы, напряжение, оперативной памяти, преобразование, стабилизация, схемотехника, транзисторы, фильтр, ШИМ, ядро

Принцип работы

Описываемая функция предназначена для ручной установки напряжения расширенного контроллера памяти (Integrated Memory Controller), находящегося внутри ЦП и непосредственно обращающегося к оперативной памяти при помощи системной шины (FSB). Этот параметр также часто называется дополнительным напряжением процессора (основным считается напряжение ядра процессора Vcore). Штатное значение напряжения контроллера памяти зависит от модели процессора, в частности, от технологического процесса, по которому изготавливается процессор, но обычно колеблется в пределах 1,1 – 1,4 В. Опция VTT в некоторых случаях может позволять пользователю устанавливать и значение параметра больше штатного.

Установка данной опции довольно часто используется в качестве вспомогательной меры при разгоне центрального процессора. Правильное применение данного параметра вместе с другим важным параметром – напряжением ядра процессора Vcore может значительно увеличить стабильность системы при разгоне. Принцип стабилизации работы процессора основан на том, что повышение напряжения уменьшает количество ложных электрических сигналов в системной шине. Однако если повысить напряжение выше штатного на слишком большую величину, то может увеличиться риск выхода из строя ЦП, а также повыситься степень его нагрева. Поэтому при установке повышенного напряжения процессора есть смысл задуматься об улучшении его охлаждения.

Обычно пользователь может устанавливать в данной опции конкретную величину напряжения, которая ему необходима. Для этого можно использовать несколько способов – или установка необходимого числа напрямую или выбор из ряда предварительно установленных чисел. Однако обычно в BIOS существует предел (как правило, это 1,5 В), выше которого установка величины параметра невозможна.

Также опция может иметь вариант Auto(Default). Данный вариант подразумевает, что BIOS самостоятельно установит необходимое значение параметра. Кроме того, опция может иметь и другие названия, в зависимости от BIOS, например, IMC Voltage, CPU VTT, QPI/VTT Voltage или FSB Termination Voltage. Опцию обычно можно найти в разделе BIOS, посвященном рабочим параметрам процессора и памяти, обычно использующимся при разгоне, например, в разделе AI Tweaker или Voltage Control.

Регулирование напряжения питания процессоров Intel

ВНИМАНИЕ! Автор статьи не несет никакой ответственности за любой вред, нанесенный компьютеру вследствие применения описанных здесь действий

Одним пользователям везет больше, другим меньше. Бывают счастливчики, которым достаются процессоры, легко разгоняющиеся до следующей «стандартной» частоты FSB: Celeron до 100, а Рentium III «Е»-модификации до 133 МГц соответственно. Однако подобный процессор не так-то просто раздобыть: на рынках они есть, но продавцы за «гарантировано» разгоняемый камень чаще всего хотят столько, что можно купить процессор с примерно такой же, но «родной» частотой, гарантированной производителем. Но нередко попадаются процессоры, работающие на повышенной частоте, но нестабильно. То есть появляются неожиданные сбои, программы «выполняют недопустимые операции» и закрываются, взгляд радуют «синие экраны» и тому подобные прелести.

Часто от этого можно избавиться поднятием напряжения питания процессора. У классического Celeron (на ядре Mendocino; т.е. модели 300A-533) стандартное напряжение ядра составляет 2 В. В принципе, без особого риска его можно поднять на 5-10% (до 2.1 — 2.2 В). Абсолютно то же самое касается и процессоров с ядром Coppermine (Celeron 533A-766 и Pentium III): меняются лишь абсолютные цифры.

Однако хорошо, если при помощи BIOS или джамперов на материнской плате можно выставить нужный уровень напряжения, а что делать, если такая возможность отсутствует (что обычно и бывает, если говорить о недорогих материнских платах)? Фактически пропадает основная идея разгона: на недорогом «железе» получить большую производительность. На платах с разъемом Slot 1 можно применять специальные переходники, однако пользователям сокетных плат от этого не легче (к тому же, иногда и 5-7 долларов разницы в цене переходника с регулировкой напряжения и простенькой моделью без оной критичны). Разница же в цене между платами, рассчитанными на оверклокинг и дешевыми сокетными моделями составляет до 30 долларов (к тому же большинство таких плат имеют АТХ-формат, так что при апгрейде компьютера приходится менять и корпус), а ради экономии такой суммы иногда стоит воспользоваться несколько нестандартными методами.

В последнее время тема изменения напряжения питания стала актуальной не только для оверклокеров. Дело в том, что имеющиеся в наличии платы на старых чипсетах (LX, EX, BX, ZX, Apollo Pro) зачастую способны работать с, как минимум, новыми Celeron (иногда сразу, иногда после некоторой модификации), а иногда и Pentium III, и единственным препятствием является преобразователь напряжения на плате, неспособный обеспечить менее 1.8 В. Вполне логичным решением данной проблемы является принудительный перевод процессора на данное напряжение.

Предупреждение. Не стоит забывать о том, что при увеличении напряжения, увеличивается и рассеиваемая процессором мощность. Особенно это касается разгона: дополнительное тепловыделение будет наблюдаться и из-за увеличения частоты процессора. Поэтому стоит заранее задуматься о хорошем охлаждение процессора (впрочем, сделать это стоит в любом случае, независимо от того, будет увеличиваться напряжение или нет)

Для питания процессоров класса Pentium II и Celeron требуются довольно мощные источники питания, поэтому питание вторичного кэша (на рисунке обозначен Vccs) отделено от питания ядра (Vccp) причем при совпадающих номиналах значения напряжения линии Vccs не используются. То есть в зависимости от типа процессора (от того какой уровень напряжения на соответствующей ножке процессора), стабилизатор на материнской плате выставляет нужное напряжение.

Таблица №1. Идентификация напряжения питания
VID Напряжение, В VID Напряжение, В
01111 1.30 11111 нет процессора
01110 1.35 11110 2.1
01101 1.40 11101 2.2
01100 1.45 11100 2.3
01011 1.50 11011 2.4
01010 1.55 11010 2.5
01001 1.60 11001 2.6
01000 1.65 11000 2.7
00111 1.70 10111 2.8
00110 1.75 10110 2.9
00101 1.80 10101 3.0
00100 1.85 10100 3.1
00011 1.90 10011 3.2
00010 1.95 10010 3.3
00001 2.00 10001 3.4
00000 2.05 10000 3.5

VID используется только в SEPP/SECC-исполнении (Slot1), поэтому увеличить напряжение на платах для Socket 370 можно только до 2.05 В. Для работы со всеми процессорами Intel необходима поддержка значений, выделенных жирным шрифтом; подчеркиванием выделены напряжения питания для процессоров FCPGA.

Таблица №2. Питание некоторых процессоров
Процессор Vccp, ядро, В Vccs, Кэш, В
Pentium II 233-300 (Klamath) 2.8 3.3
Pentium II 266-450 (Dechutes) 2.0 2.0
Pentium III 450-550 (Katmai) 2.0 3.3
Pentium III 600 (Katmai) 2.05 3.3
Celeron 266-533 (Covington, Mendocino) 2.0
Celeron 533A-600

Celeron 633-766

(Celeron 533А -766 имеют две модификации, рассчитанные на разное напряжение)

Физически (0) означает что ножка подключена к земле (GND или Vss), а (1) что вывод свободен, то есть ни к чему не подключен (на ножке должен быть потенциал логической единицы).

Таким образом, можно сделать так, чтобы стабилизатор выдавал не стандартные 2 В для Celeron (дальше пойдет речь именно о них), а больше или меньше (что интересно, в некоторых случаях наблюдалось улучшение стабильности работы при пониженном напряжении).

На рисунке показаны контакты для сокетных процессоров. У процессоров, изготовленных в конструктиве Slot 1, за идентификацию питания отвечают следующие выводы:

VID0 VID1 VID2 VID3 VID4
B120 A120 A119 B119 A121

Например, если заклеить VID, VID, VID, то получим напряжение 2.2 В. Этого должно хватить любому любителю разгона, и, в то же время, вполне приемлемо для того, чтобы при хорошем охлаждении процессор работал достаточно долго 🙂 То есть достаточно легко можно получить некоторые уровни напряжений для чего требуется только заизолировать некоторые ноги. Например, для PPGA и SEPP (Slot1):

Примеры напряжений питания процессоров
Напряжение, В Какие ножки надо заклеить Рекомендации
1.80 VID Если вы не поклонник разгона, то такое напряжение можно использовать для уменьшения температуры процессора во время работы или экономии электроэнергии 🙂 (Celeron потребляет 10-20 Вт в зависимости от штатной частоты, а так получается 10% экономии :))
1.90 VID В общем, верно тоже, что и для напряжения 1.8 В
2.00 Стандартное напряжение Приведено для примера
2.20 VID;VID;VID Процессор должен работать без проблем, разве что будет сильнее греться.
2.40 VID;VID;VID Может работать, а может и не работать 🙂 (но скорее первое), и еще больше греться
2.60 VID;VID Риск довольно большой, но энтузиасты могут пробовать (если уж очень хочется разогнать процессор как можно сильнее).
2.80 VID;VID;VID И не пытайтесь — указано только для примера

Остальные значения получить труднее, так как необходимо более сильное воздействие на процессор — придется соответствующий контакт процессора или разъема соединить с землей (GND). Так, например, соединив с помощью проводка и пайки выводы слота (или сокета) VID и GND на обратной стороне материнской платы, получим напряжение 2.05 В. Однако это рискованная операция так как в случае ошибки или неаккуратной пайки напряжение цепей ввода-вывода (3,3 В) может попасть на ядро, что приведет к печальным последствиям. Зато таким образом, можно получить на ядре процессора любое напряжение из таблицы №1.

Собственно о том, как заклеить ножки. Есть несколько вариантов. Во-первых, можно заизолировать их путем нанесения прочного лака. Этот способ нормально действует только при действительно прочном лаке, так как при установке в гнездо ноги процессора испытывают большое физическое усилие, что может привести к разрушению изолирующего слоя и, соответственно, на ядро может попасть не запланированный уровень напряжения (например 2.6 вместо 2.2 В при нарушении изоляции проводника VID). Во-вторых, у сокетного процессора их можно просто откусить а у слотового — перерезать соответствующие проводники, но это способ не оставляет шансов для отступления (если перерезанный проводник еще можно спаять, то припаять откушенную ногу довольно проблематично).

Самым реальным, по-видимому, является вариант с заклеиванием ног процессора. В случае корпуса типа SEPP/SECC можно воспользоваться скотчем, аккуратно вырезанным по форме контактной площадки. На плате процессора есть надписи, при помощи которых можно сориентироваться, где какой вывод расположен. В случае PPGA и FCPGA можно воспользоваться таким способом. Из фторопластовой или полиэтиленовой пленки (такой, какая применяется для изготовления пакетов) вырезается круг диаметром около 5 мм. Он размещается так, чтобы его центр оказался точно над контактом, который нужно заизолировать. Затем швейной иглой края круга опускаются между выводами.

При установке никаких проблем обычно не возникает, однако проблема может возникнуть при извлечении процессора из сокета: пленка остается внутри, и извлечь ее не такт-то просто (в крайнем случае сокет можно разобрать и вытащить оттуда все лишнее :))

На фотографии «подготовлена» ножка VID

При должной аккуратности и внимательности произвести необходимые операции довольно легко.

Те же способы пригодны и для повышения или понижения напряжения питания в Pentium II и Pentium III, как в исполнении под Slot 1, так и под FCPGA (разумеется, с соответствующими изменениями касательно уровней напряжения). Следует правда учесть, что, в случае процессоров с ядрами Klamath и Coppermine, для повышения напряжения питания браться за паяльник придется обязательно: без замыкания части контактов на «землю» в данном случае обойтись не удастся (в отличие от ядер, рассчитанных на напряжение 2,0 В).

Также не стоит забывать о том, что не все регуляторы напряжения, устанавливаемые на материнских платах, поддерживают абсолютно все уровни. Соответствующая микросхема обычно расположена около процессорного гнезда. По ее маркировке можно узнать фирму-производителя чипа, а, следовательно, и ее характеристики. Вот адреса некоторых фирм производящих регуляторы напряжения:

В статье были использованы материалы из книги Михаила Гука «Процессоры Pentium II, Pentium Pro и просто Pentium» издательства «Питер», а такжеофициальная документацияфирмы Intel по процессорам Celeron

Рубрики: IT

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *