显卡供电电路和工作原理

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1、显卡供电电路和工作原理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，而是由显卡上的金手指 通过主板的插槽和电源的+12V6pin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。P

2、CIE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：B10PCIE显卡没有+5V供电。显卡的供电无论是通 过主板进入，还会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的核心供电是 0、91、6V,显存供电是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

3、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；场效应管线性降压和开关电源 稳压方式。他们的工作模式都是采取降压工作模式，即输出电压 总是低于输入电压。1、三端稳压供电方式这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，但是提供的电流很小。一般DAC电路和接口部分的电路供电 采用这种方式。下载 (94、46 KB)xx-ll-2316：55图上这玩意儿就是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

4、卡的显存供电采用M0S 管线性降压供电方式。N沟道M0S管特性：G极电压越髙，DS导通 程度越强。不同M0S管的具体引脚数据可以通过型号查阅相关PDF 得到。下载 (80、92 KB)xx-ll-2316：55最右边的芯片APW7067N发出信号 驱动两个M0S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和高端显卡的显存供电采用 开关电源方式。对于GPU来说，由于耗电量和性能不断提升，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。开关电源是利用现代电子技 术，控制开关管开通和关断的时间和比率，维持稳定输出电压的 一种

5、电源。开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM) IC和场效应管 构成。传统的PWM+MOS+电感+电容组成的开关电源供电图：下载 (112、91 KB)xx-11-2316：56 下载(87、07 KB)xx-11-2316:56找张图来冒充一下，实际原理一 样。看下面那张图：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C1724，C2532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

6、电容对GPU供电对说简单点，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。不是因为它们容量大，也不是 因为它们不会爆炸，而是因为它们的高频 特性好，至少短时间充 放电几万次不成问题。同时这也是为什么有的显卡的供电也要加 散热的原因。下载 (87、93 KB)xx-ll-2316：56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、SDO3、WP#4、VSS5、SDI6、SCLK7、HOLD#8、

7、VDDEEPROM采用SPI与GPU通信。SPI的中文意思是串行 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，数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI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 设备和多个从设备，至少也要4根线。(事实上3根也可以)这 四根线也是所有基于SPI的设备共有的，它们就是：SDI SDO SCK CS。SDO：主设备数据输出SDI：

8、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，数据是串行通信方式传输的， 也就是说数据室一位一位传输的。这就是SCLK时钟线存在的原 因。由SCLK提供时钟脉冲，SDI和SDO则基于 此脉冲完成数据传 输。数据输出通过SD0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 入的原理也是一样的。要注意的是，SCLK信号只能由主设备控 制，从设备不能控制该信号。GPU和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, V

9、GA, 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，但是很多液晶为了与老式VGA相 匹配，也有VGA接口。VGA接口曾经是显卡上应用最广泛的接口类 型。下载 (272、19 KB)xx-ll-2316：56这一坨电阻电容三极管就是VGA的 阻抗匹配和低通滤波电路。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

10、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色泽和文字的锐度，使人在长时间注视 屏幕之后不疲劳。显卡的行场同步信号经过门电路74HCT08到VGA 接口。下载 (294、98 KB)xx-ll-2316：56DVI接口的信号无需经过数模转 换，信号没有衰减或者失真。它可以把数字信号原封不动的传给 显示器，从而避免了传输过程中的信号损失。下载 (12、33 KB)xx-11-2316：56上图这个是DVII接口，它同时支 持数字和模拟信号。(两张图我盗来的。)下载 (81、54 KB)xx-11-2316：56H

11、DMI能够髙品质的传输未经压缩的 髙清视频和多声道音频数据，它的最髙数据传输速度为5GB/秒， 同时无需在信号传输之前进行数模转换，可以保证最髙质量的影 音信号传送。HDMI不仅可以满足目前最髙画质1080P的分辨率， 还能支持DVD Audio等数字音频格式，支持八声道96kHz或立体 声192kHz数码音频传送。HDMI 支持 EDID、DDC2B，因此具有HDMI的设备具有“即插即用”的特 点，信号源和显示设备之间会自动进行“协商”，自动选择最合 适的视频/音频格式。不过，N黑们继续黑啊。Nvidia的GPU并没 有集成音频处理单元，所以各个HDMI显卡厂商都“曲线救国”在 显卡上设置音

12、频输入接口，使用前要手动连接一下主板和显卡之 前的数据线。而ATI的GPU则没有这种问题。最后一个S端子实 在懒得手动写了，百度一下复制粘贴来这些。S端子也是非常常 见的端子，其全称是Separate Video，也称为SUPER VIDEO。S-Video连接规格是由日本人开发的一种规格，S指的是 “SEPARATE（分离）”，它将亮度和色度分离输出，避免了混合视 讯讯号输出时亮度和色度的相互干扰。S端子实际上是一种五芯接 口，由两路视频亮度信号、两路视频色度信号和一路公共屏蔽地 线共五条芯线组成。下载 （9、92 KB）xx-ll-2316：56S端子是日本在AV端子的基础上改 进而来的。

13、从硬件结构来说，S端子实际上是一种五芯接口，由两 路视亮度信号、两路视频颜色度信号和一路公共屏蔽地线共五条芯线组成（实际上还有与其配套的亮度、色度分离器）。 从其结构不难看出，它是用来将亮度和色度分离输出的设备。这 种设计主要是为了视频节目复合输出时的 亮度和色度的相互干 扰。构成图象至少需要3个信号（一般是亮度信号与两个色差信 号，既Y/C/R）。但广播电视信号是需要远程传输的，而且收端不 可能用3个接收机来分别解调这3个信号。因此，必须将这些信 号“复合”在一起，调制到一个高频载波上发送，故接收要使用高 频头。S端子视频处理由于日本的视频为NTSC制式，所以S端子的最初研发也是 基于此制式

14、。以下就用NTSC制式为例介绍一下S端子的视频处 理。1：首先用“正交平衡调幅”的方法将两个色差信号调制到同 一个载波上（色度副载波）2：用“频谱交错”技术将色度副载波压进亮度信号中。实际 上是其中一个色差信号的相位延迟/或超前 90 度，然后用平衡调 幅发调制到同一个载波上（因此，NTSC制式又叫“正交平衡调幅 制式”。简单来讲，亮度信号由于可看作行频的周期信号，可知道它 在频域中并不是连续的，而是集中在各次谐波中的，因此只要色 度副载波和它错开半个行频就可以象两个梳子户相插在一起，而 又互不干扰（理论上来讲）。如 NTSC4、43，就用行频的第283次谐波再错开半个行频：15625X283

15、、5=4、43MHz。最后，由于电脑、游戏机电脑等不需要象广播电视信号一样 考虑远程传输的问题，因此它可以不必将亮/色（Y/C）信号混 合，因此采用Y/C分离输出的S端子由于减少了色度副载波对亮 度信号的干扰（亮度信号是清晰度的最重要表现）的清晰度必然 比 RF 或 AV 有所提高。虽然色度信号利用“频谱交错”技术尽量与亮度信号互不干 扰，但实际上色度信号对亮度信号是有很大的影响的，特别在 Y/C 分离的时候。早期电视的 Y/C 分离的方法主要是用一个中心频率 与色度副载波中心频率一致（带宽约2、6MHz），很明显，这样就会连亮度信号都一起挖出来，使 亮度信号的带宽下降，清晰度就下降了。这种Y/C分离法叫“一 次元分离”。再次可见因此采用Y/C分离输出的S端子有提髙图 象清晰度以及色纯度的作用。