Технология диа гностики и ремонта материнской платы ноут бука (пк 230106. 402. 03. 14 00 пз)
 Скачать 0.92 Mb.
|
|
Северный мост (Northbridge) - микросхема, отвечающая за взаимодей- ствие наиболее производительных компонентов компьютера на х86 плат- форме:процессора (подключенного через шину FSB), оперативной памяти, видеоадаптера. Южный мост (Southbridge) - микросхема с функциями организации взаимодействия устройств ввода-вывода (связанные южным мостом компо- ненты являются «медленными» относительно связки северного моста). Северный и южный мост соединяются друг с другом специально выде- ленной шиной, причем разные производители используют для этого разные шины (с различной пропускной способностью). Память. Быстродействие системы ноутбука обеспечивается посред- ством использования мощного и надежного ОЗУ, характеристиками которого являются: - тип памяти: DDR-2 или DDR-3; - объем памяти (Гb);. Жесткий диск – основное хранилище данных на ноутбуке. Характери- зуется объемом (Gb), интерфейсом, как правило, SATA, чипсетом, например, SiS Real256E. Сеть. Благодаря встроенным устройствам ноутбук способен выходить в сеть как проводных, так и беспроводных способом. При этом у пользовате- Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 15 ПК.230106.402.03.14.00 ПЗ ля будет возможность не только вербального общения посредством чувстви- тельного микрофона и качественных динамиков, но и возможность создания видео-моста с использованием встроенной веб-камеры. Wi-Fi. Автоматически находит сеть и подключается к ней при разре- шенном доступе. LAN - платформа, благодаря которой ноутбук всегда может стать ча- стью локальной вычислительной сети (как правило, при работе в офисе). Bluetooth позволяет устанавливать связь между устройствами, поддер- живающими данную технологию в радиусе до 10 метров. Так модуль беспро- водной связи может работать как для обмена медиафайлами, так и в качестве средства передачи сообщений. Картридер. Тип карт: SD, MMC. Картридер существенно упрощает работу с такими гаджетами, как со- товые телефоны, коммуникаторы, фото и видеокамеры, навигаторы. Картри- дер позволят быстро передать информацию с носителя на диск ноутбука или переместить данные в обратном направлении. Порты и разъемыпозволяют подключить к ноутбуку разнообразное оборудование.Материнская плата ноутбука, как правило, оснащается такими портами и разъемами, как: - VGA – подключение внешнего монитора или проектора; - RJ45 - подключение кабеля локальной сети; - USB 2.0 - подключение дополнительных устройств USB; - выход для наушников - воспроизведение звука при подключении дополнительныхстереодинамиков с внешним питанием, обычных или встав- ных наушников, гарнитуры или телевизионной акустической системы; - микрофон – позволяет подключать дополнительную компьютер- ную гарнитуру с микрофоном, стереофонический или монофонический мик- рофон; - порт HDMI – предназначен для подключения к компьютеру до- полнительного видео- или аудиоустройства, например, телевизора высокой Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 16 ПК.230106.402.03.14.00 ПЗ четкости или любых других совместимых цифровых или звуковых устройств; - порт еSATA/USB - подключение дополнительного высокопроиз- водительного компонента eSATA, например внешнего жесткого диска eSATA, или подключение дополнительного устройства USB; - порт 1394 - подключение дополнительных устройств стандарта IEEE1394 или 1394a, например видеокамеры; - Гнездо Express Card - поддерживает дополнительные карты Express Card. Сокет - в переводе с английского этот термин означает "разъем" или "гнездо". Он служит для подключения к плате процессора. Сокеты, как и си- стемные платы различают по их форм-фактору, т.е. установочному размеру, количеству контактов и типу крепления. Помимо своих модельных различий все существующие сокеты делятся еще и по производителю процессора, т.е. на две категории: сокеты для процессоров Intel и сокеты для процессоров AMD. Производители системных плат: ASUS, Gigabyte, ASRock, Micro Star (MSI), ABIT, Intel, Foxconn, Elite Group. 1.3 Режимы работы материнской платы Материнскаяплата с установленной на неё оперативной памятью может работать в следующих режимах. Одноканальный режим. Простейший режим работы: один контроллер работает сразу со всем объёмом оперативной памяти. Поддерживается всеми материнскими платами и не требует каких-либо усовершенствований по ко- личеству модулей памяти, их совместимости и т.п. Двухканальный режим. В этом режиме с оперативной памятью работа- ют два независимых контроллера, сама память разделяется на два блока и обмен информацией происходит в два потока, что соответственно увеличива- Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 17 ПК.230106.402.03.14.00 ПЗ ет скорость работы. Для работы в двухканальном режиме подходят только специальные модули памяти — парные, с одинаковым объёмом и характери- стиками, изначально поддерживающие двухканальный режим. Двух/трёхканальный режим. Такие материнские платы, как правило, имеют 6 разъёмов под модули памяти и могут работать как в двух-, так и в трёхканальном режиме. Последний полностью аналогичен двухканальному, отличаясь от него лишь количеством каналов и, соответственно, контролле- ров. Трехканальный режим. В нем вся оперативная память разбивается на три блока, с каждым блоком памяти работает отдельный независимый кон- троллер, благодаря чему эффективная пропускная способность увеличивает- ся. Четырехканальный режим. В этом режиме вся оперативная память разбивается на четыре блока, с каждым блоком памяти работает отдельный независимый контроллер, благодаря чему эффективная пропускная способ- ность увеличивается в четыре раза. Для работы в четырехканальном режиме необходимо использовать модули памяти одинакового объема с одинаковы- ми характеристиками, установленные группами по четыре штуки. 1.4 Принцип работы по структурной схеме Рассмотрим структурную схему материнской платы на рисунке 3. Микропроцессор или CPU, совместно с операционной системой осу- ществляет управление компьютером. Микропроцессор выделяет много тепла, поэтому в настольных компьютерах используются для его охлаждения цир- кулирующий воздух, вентилятор и радиатор – система пластин, каналов и охлаждающих ребер, отбирающих тепло у процессора. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 18 ПК.230106.402.03.14.00 ПЗ Рисунок 3 - Структурная схема типовой материнской платы Intel Поскольку в ноутбуке значительно меньше места для применения каж- дого из этих методов охлаждения, используемый в нем процессор, как прави- ло: - работает при пониженном напряжении питания и более низкой тактовой частоте. Это позволяет уменьшить выделение тепла и потребление энергии, но вместе с тем и уменьшает быстродействие процессора. Большин- ство ноутбуков также работают при более высоком напряжении питания и тактовой частоте процессора, когда питаются от сети, и при меньших их зна- чениях, когда работают от батарей. - устанавливается на материнской плате без использования выво- дов – в настольных компьютерах выводы и сокеты занимают много места. Некоторые процессоры устанавливаются непосредственно на материнской плате без использования сокета. В других вместо обычных игольчатых выво- Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 19 ПК.230106.402.03.14.00 ПЗ дов используется система монтажа с применением шарообразных выводов (Micro-FCBGA (Flip Chip Ball Grid Array)). Эти устройства экономят место, однако в некоторых случаях оказывается, что процессор нельзя извлечь из материнской платы для замены или модернизации. - имеет режим ожидания или замедления работы – компьютер и операционная система совместными действиями сокращают тактовую часто- ту процессора в то время, когда компьютер не используется или когда про- цессору нет необходимости работать с высоким быстродействием. В процес- соре Apple G4 для минимизации расхода заряда батареи устанавливаются приоритеты данных. В ноутбуках для отвода тепла от процессора обычно устанавливаются небольшие вентиляторы, радиаторы, рассеиватели тепла или тепловые тру- бы. В некоторых моделях ноутбуков более высокого класса выделяющееся тепло с использованием жидкого теплоносителя, помещенного в каналы, ко- торые размещаются вдоль тепловой трубы. Кроме того, большинство процес- соров ноутбуков располагаются на краю устройства. Это позволяет вентиля- тору сразу же удалять нагретый воздух из корпуса, а не обдувать им другие компоненты. В большинстве ноутбуков имеются звуковые карты или интегрирован- ные средства обработки звука на материнской плате, а также небольшие встроенные динамики. В то же время, в ноутбуке, как правило, не хватает ме- ста для высококачественной звуковой карты или высококачественного дина- мика. Пользователи могут дополнять возможности воспроизведения звука ноутбуком, используя внешние устройства обработки звука, подключаемые к ноутбуку с помощью портов USB или Fire Wire. Память ноутбука может в определенной степени компенсировать по- ниженное быстродействие, являющееся следствием низкой тактовой частоты процессора. В некоторых ноутбуках кэш-память находится в процессоре или в непосредственной близости от него, что обеспечивает большую скорость доступа к данным. В некоторых устройствах имеются большие шины, уско- Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 20 ПК.230106.402.03.14.00 ПЗ ряющие прохождение данных между процессором, материнской платой и памятью. В ноутбуках используют следующие типы памяти: - малогабаритные модули памяти с двухрядным расположением выводов Small Outline Dual Inline Memory Module (SODIMM) - синхронные динамические ОЗУ с удвоением тактовой частоты шины данных Dual Data Rate Synchronous RAM (DDR SDRAM) - синхронные динамические ОЗУ без удвоения тактовой частоты шины данных Single Data Rate Synchronous RAM (SDRAM) В некоторых ноутбуках имеется модифицируемая память и предусмот- рены съемные панели для облегчения доступа к модулям памяти. Графический процессор (Graphics Processing Unit, GPU) представляет собой микропроцессор, производящий подсчеты для рендеринга (визуализа- ции) трехмерной графики. Так же, как и центральный процессор, графиче- ский процессор в процессе работы сильно греется. В большинстве ноутбуков средства обработки графики встроены в материнскую плату или имеются ви- деокарты меньшего размера с графическим процессором, специально предна- значенным для использования в ноутбуках. Если же внутри ноутбука имеется съемная графическая плата, слот PCI Mini или слот модернизированного стандарта PCI Express, тогда можно уста- новить новую плату, отключить интегрированную и пользоваться обновлен- ным устройством. Одним из основным компонентов материнской платы ноутбука явля- ется Северный мост (англ. Northbridge; в отдельных чипсетах Intel, также — контроллер-концентратор памяти (Memory Control ler Hub). MCH является системным контроллером чипсета на материнской плате платформы x86, к которому в рамках организации взаимодействия подклю- чено следующие оборудование: Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 21 ПК.230106.402.03.14.00 ПЗ - через Front Side Bus — микропроцессор, если в составе процессо- ра нет контроллера памяти, тогда через шину контроллера памяти подключе- на— оперативная память. - через шину графического контроллера — видеоадаптер (в мате- ринских платах нижнего ценового диапазона), видеоадаптер часто встроен- ный. В таком случае северный мост, произведенный Intel, называется GMCH (от англ. Chipset Graphicsand Memory Controller Hub). Во многих случаях именно параметры и быстродействие северного мо- ста определяют выбор реализованных на материнской плате шин расширения (PCI, PCI Express) системы. Последнее поколение процессоров фирмы Intel CORE i7 использует встроенный в процессор контроллер памяти и специальную высокопроизво- дительную шину для связи процессора с оперативной памятью, поэтому Се- верный мост больше не влияет на скорость обмена данными между ОЗУ и ЦП. В свою очередь, северный мост соединён с остальной частью материн- ской платы через согласующий интерфейс и южный мост. Южный мост также известен как контроллер-концентратор вво- да/вывода (Input/Output Controller Hub — ICH). Это микросхема, которая реа- лизует относительно медленные взаимодействия на материнской плате меж- ду чипсетом материнской платы и ее компонентами. В Южный мост входит контроллер прямого доступа и контроллер прерываний, контроллеры шин IDE, USB и SATA. Эта микросхема также реализует функции памяти CMOS, часов и т.д. Как показано на структурной схеме (см.рис. 3), южный мост обычно не подключен напрямую к процессору в отличие от Северного моста, т.е. связь всех устройств, подключенных к Южному мосту, с процессором осуществля- ется только через Северный мост. Функционально Южный мост включает в себя: Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 22 ПК.230106.402.03.14.00 ПЗ - шину PCI; - DMA-контроллер; - SMBus (SM шина) или интерфейс I2C; - контроллер прерываний (IRQ); - IDE (SАТА)-контроллеры; - часы реального времени (Real Time Clock); - управление питанием (Power Management АРМ и ACPI); - энергонезависимую память BIOS (CMOS); - контроллер сетевой платы Ethernet; - контроллер USB; - звуковой контроллер. Опционально Южный мост также может включать в себя поддержку, WI-FI, Raid, FireWire (IEEE1394) контроллера. Реже Южный мост содержит в себе поддержку клавиатуры, мыши, последовательных портов. Обычно эти устройства подключаются с помощью другого устройства — Super I/O (кон- троллера ввода/вывода. Функции Южного моста постоянно расширяются и в него регулярно добавляются новые контроллеры, разрабатываемые по новым технологиям. Контроллер DMA позволяет устройствам получать прямой доступ к оперативной памяти, обходясь без помощи центрального процессора. Контроллер прерываний обеспечивает механизм информирования ПО, исполняющегося на CPU, о событиях в периферийных устройствах. IDE ин- терфейс позволяет «увидеть» системе жёсткие диски. Шина LPC обеспечива- ет передачу данных и управление SIO (это такие устройства, как клавиатура, мышь, параллельный, последовательный порт, инфракрасный порт) и BIOS ROM (флэш). APM или ACPI функции позволяют перевести компьютер в «спящий режим» или выключить его. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 23 ПК.230106.402.03.14.00 ПЗ Системная память CMOS, поддерживаемая питанием от батареи, поз- воляет создать ограниченную по объему область памяти для хранения си- стемных настроек (настроек BIOS). 1.5 Описание микросхемы ШИМ-контроллера Широтно-импульсная модуляция применяется обычно в импульсных источниках питания, стабилизаторах и преобразователях напряжения. Формировать ШИМ сигнал довольно сложно. Однако промышлен- ность выпускает отличные специализированные микросхемы - ШИМ кон- троллеры, которые решают проблему формирования широтно-импульсного сигнала. Рассмотрим структурную схему такого ШИМ-контроллера. Рисунок 4 – Структурная схема ШИМ-контроллера Типичная микросхема контроллера широтно-импульсной модуляции имеет следующие выводы. Общий вывод (GND) - подключается к общему проводу схемы питания контролера. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 24 ПК.230106.402.03.14.00 ПЗ Вывод питания (VC). Через этот вывод к микросхеме подводится пита- ние. Вывод контроля питания (V CC ). Если напряжение на этом выводе пада- ет ниже заданного для данного контроллера, то контроллер выключается. Обычно эту ножку соединяют с VC. Инвертирующий и неинвертирующий входы усилителя ошибки (IN1, NONIN1). На входе ШИМ контроллера стоит обычный операционный усили- тель. Это его инвертирующий и неинвертирующий входы. Увеличение напряжения на неинвертирующем входе приводит к увеличению длительно- сти импульсов, уменьшение - к уменьшению. С инвертирующим входом все наоборот. Обычно неинвертирующий вход подключают к ножке опорного напряжения, а на инвертирующий вывод подают выходное напряжение через делитель и цепь обратной связи.; Вывод FB- вход обратной связи; Вывод DTC - вход регулировки «мертвого времени» (время, в течение которого закрыты оба выходных транзистора, причем независимо от величи- ны тока нагрузки); Выводы Rt, Ct. - для подключения внешних элементов к встроенному генератору пилообразного напряжения. Резистор и конденсаторзадают часто- ту работы контроллера Контроллер работает на определенной частоте. Им- пульсы следуют с этой частотой. Выводы С1 и Е1 - коллектор и эмиттер первого транзистора; Выводы С2 и Е2 - коллектор и эмиттер второго транзистора; Вывод ОТС - выбор режима работы (возможна работа в одно- или двухтактном режиме: если на этом выводе присутствует логическая "1", то транзисторы открываются поочередно (двухтактный режим работы); если на выводе будет "0" , то это однотактный режим, при этом транзисторы могут быть включены параллельно для увеличения выходного тока; Опорное напряжение (VREF). Для удобства контроллер обычно допол- нен функцией формирования стабильно опорного напряжения. Производите- Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 25 ПК.230106.402.03.14.00 ПЗ ли обычно рекомендуют соединять этот вывод с общим проводом конденса- тором 1 мкФ. Это повышает качество и стабильность опорного напряжения.; Выводы IN2, NONIN2–инвертирующий и неинвертирующий входы усилителя ошибки 2. Модуляция ширины импульсов достигается сравнением положительно- го напряжения, полученного на конденсаторе Ct с двумя управляющими сиг- налами (один из них поступает на вход регулировки "мертвого времени", второй получается из выходных сигналов усилителей ошибок и сигнала об- ратной связи). Логический элемент ИЛИ-НЕ возбуждает выходные транзи- сторы только тогда, когда амплитуда пилообразного напряжения выше ам- плитуды управляющих сигналов, при этом линия тактирования встроенного триггера находится в НИЗКОМ логическом состоянии. Это происходит толь- ко в течение того времени, когда амплитуда пилообразного напряжения вы- ше амплитуды управляющих сигналов. Таким образом, повышение амплиту- ды управляющих сигналов вызывает уменьшение ширины выходных им- пульсов. Под управляющими сигналами понимаются напряжения, произво- димые схемой регулировки мёртвого времени (вывод 4), усилители ошибки (выводы 1, 2, 15, 16) и цепью обратной связи (вывод 3). Вход компаратора регулировки мертвого времени имеет смещение 120мВ, что ограничивает минимальное мертвое время на выходе первыми 4% длительности цикла пилообразно напряжения. В результате максимальная длительность рабочего цикла составляет 96% в том случае, если вывод 13 за- землен, и 48% в том случае, если на вывод 13 подано опорное напряжение. Увеличить длительность мертвого времени на выходе можно подавая на вход регулировки мертвого времени (вывод 4) постоянное напряжение в диапазоне 0..3,3В. ШИМ-компаратор регулирует ширину выходных импульсов от макси- мального значения, определяемого входом регулировки мертвого времени, до нуля, когда напряжение обратной связи изменяется от 0,5 до 3,5В. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 26 ПК.230106.402.03.14.00 ПЗ Оба усилителя ошибки имеют входной диапазон синфазного сигнала от –0,3 до (Vcc-2,0) В и могут использоваться для считывания значений напря- жения или тока с выхода источника питания. Выходы усилителей ошибки имеют активный ВЫСОКИЙ уровень напряжения и объединены функцией ИЛИ на неинвертирующем входе ШИМ-компаратора. В такой конфигурации усилитель, требующий мини- мального времени для включения выхода, является доминирующим в петле управления. Во время разряда конденсатора С на выходе компаратора регу- лировки мертвого времени генерируется положительный импульс, который тактирует триггер и блокирует выходные транзисторы VT1 и VT2. Если на вход выбора режима работы подается опорное напряжение (вывод 13), триг- гер непосредственно управляет двумя выходными транзисторами в противо- фазе (двухтактный режим), а выходная частота равна половине частоты гене- ратора. Выходной формирователь может также работать в однотактном режи- ме, когда оба транзистора открываются и закрываются одновременно, и ко- гда требуется максимальный рабочий цикл не превышающий 50%. Это жела- тельно, когда трансформатор имеет звенящую обмотку с ограничительным диодом, используемым для подавления переходных процессов. Если в одно- тактном режиме требуются большие токи, выходные транзисторы могут ра- ботать параллельно. Для этого требуется замкнуть на землю вход выбора ре- жима работы ОТС, что блокирует выходной сигнал от триггера. Выходная частота в этом случае будет равна частоте генератора. Микросхема имеет встроенный источник опорного напряжения на 5,0В, способный обеспечить вытекающий ток до 10мА для смещения внеш- них компонентов схемы. Опорное напряжение имеет погрешность 5% в диа- пазоне рабочих температур от 0 до 70С. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 27 ПК.230106.402.03.14.00 ПЗ 2 Диагностика и ремонт материнской платы ноутбука 2.1 Основные неисправности материнской платы ноутбука Неисправности материнской платы ноутбука можно подразделить на три основных вида: - аппаратные; - программные; - программно-аппаратные. К аппаратным неисправностям можно отнести нарушение контакта в многослойной печатной плате или в одном из разъемов расширения систем- ной платы. Нарушение контакта в печатной плате составляет 50% всех неис- правностей. К программным неисправностям можно отнестипереполнение ОЗУ ре- зидентными программами, подключение программного драйвера, несовме- стимого с подключенным периферийным устройством. Программно-аппаратные неисправности - это выход из строя ПЗУ BIOS, потеря или искажение информации о конфигурации, хранимой в энер- гонезависимом ОЗУ (CMOS) на системной плате. Диагностика неисправностей осуществляется двумя способами: 1. Программным. 2. С помощью приборов (осциллографа, логического пробник и анализатора). Программный способ реализуется с помощью встроенной программы POST, специальных диагностических программ (Checkit, Norton Disk Doctor), а также с использованием диагностических плат. Неисправность системной платы может быть обнаружена при первона- чальном запуске ПК (самотестировании, загрузке операционной системы), при прогоне программ и в процессе работы (спустя 20...30 мин после вклю- чения). Прежде всего, следует воспользоваться визуальной и звуковой сигна- лизацией, которая предусмотрена в ПК. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 28 ПК.230106.402.03.14.00 ПЗ Для облегчения работы на первом шаге диагностики существует POST- карта. Основной функцией данных диагностических карт является фиксация и отображение POST-кодов, автоматически формируемых процедурой POST в процессе проверки состояния всех подсистем компьютера при включении питания или нажатии кнопки RESET. Применение диагностической платы существенно повышает вероят- ность верной локализации неисправности. Большинство "зашитых" в платы диагностических программ написаны в расчете на то, что микропроцессор работает правильно. Такой подход вполне оправдан, поскольку микропроцессор выходит из строя очень редко. Необходимо отметить, что наличие листинга с исходным текстом BIOS на ассемблере намного увеличивает шансы самостоятельно разобраться со своими проблемами. При выходе из строя ПЗУ BIOS выполнение тестовой программы POST становится проблематичным, и ошибки на дисплее не высвечиваются. Для диагностики аппаратным способом требуются определенные зна- ния в области электроники и вычислительной техники и навыки работы с те- стовым оборудованием. Методика поиска неисправностей с помощью приборов состоит в по- следовательной проверке: - правильности установки всех переключателей режимов работы системной платы и интерфейсных разъемов; - напряжений питания системной платы; - вторичных источников питания; - всех кварцевых генераторов, тактовых генераторов и линий за- держки; - работы микропроцессора (наличие штатных сигналов на выво- дах); - функционирования шин адресов, данных и управления; Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 29 ПК.230106.402.03.14.00 ПЗ - сигналов на контактах микросхем ПЗУ и ОЗУ; - сигналов на контактах разъемов расширения системной платы; - временной диаграммы работы набора СБИС и схем малой степе- ни интеграции. Чаще всего причинами неисправности материнской платы являются некачественная разводка платы, низкий уровень технологии производства и плохая сборка. Раньше из строя выходили в основном буферные микросхемы и периферийные БИС (Большие Интегральные Схемы), в настоящее время наиболее слабое звено - микросхемы из набора СБИС. Темпы разработки и внедрения новых наборов СБИС для системной платы возросли настолько, что в производство иногда идут изделия, которые характеризуются низкой надежностью. Локальные перегревы системной платы стали сегодня довольно частым явлением, хотя качество сборки становится лучше. Рассмотрим типовые неисправности системной платы. |