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文檔簡介
qiuml筆記本電腦硬件原理概述筆記本電腦概述
膝上型(Laptop)電腦,英文又可以稱之為“Notebook”,俗稱筆記本電腦。筆記本電腦是桌面電腦(Desktop)的微縮與延伸產品,也是電腦使用者對電腦產品更高需求的必然產物。其主要優點:體積小、重量輕、攜帶方便,超輕超薄是其的主要發展方向之一,它的性能會越來越高,功能會更加豐富。筆記本電腦憑借其便攜性的特點,自誕生起,就在PC(PersonalComputer)市場上占有一席之地。盡管早期的筆記本電腦“厚度”如磚頭,跟今天的超輕、超薄的“本本”不可同日而語,但它畢竟可以讓使用者方便的抱著走了,使得“移動辦公”成為可能,這是桌面電腦無法做到的。前期的筆記本電腦,由于本地化生產規模較小、生產工藝較為精細等因素,導致其價格一直高高在上,難以走近普通大眾,普及率較桌面電腦并不是很高。隨著IT技術的不斷發展,英特爾(Intel)公司在2003年推出第一代“迅馳”平臺,其由855芯片組、Banias為核心的PentiumM處理器和IntelPro/Wireless2100Mini無線模塊三個部分組成,打破了計算機傳統有線網絡的束縛,實現了“無線”上網,使得筆記本電腦實現了真正意義上的移動辦公,徹底擺脫了固定辦公桌面的束縛,開創了一個新的時代。不僅如此,其之前推出的SpeedStep系統節能技術,可以聰明地調節計算機系統CPU的工作電壓和頻率,使得筆記本電腦電池的續航時間在原有基礎上得以延長,使用者可以更好的享受移動辦公的樂趣。此外,伴隨PC業界的競爭逐漸加劇,從2004年跨入2005年間,筆記本電腦的價格可謂一落千丈,機器的性能卻越來越高,其已不再是身份和地位的象征,它更是一個工具,幫助我們從紛繁的事務中解脫出來。不久的將來,擁有一臺屬于自己的“本本”,必定就像如今購買手機這么簡單、便捷。小知識:什么是計算機主板?主板的英文名字叫做:“MotherBoard”,簡稱M/B。與此相對應,部分筆記本電腦機型為了滿足外置功能模塊的布局,會通過排線或轉接口轉接相應的功能小板,英文名稱:“DaughterBoard”,簡稱D/B。我們通常會以此功能小板的包含的主要功能為此小板命名,如果此功能小板上主要包含USB接口,我們就可以稱這塊小板為:“USB板”。主板是計算機主機中最大的一塊線路板,它包含了整個系統芯片組平臺,是整個計算機的中樞,所有內置部件及外圍設備都是通過它與主機處理器(CentralProcessUnit,簡稱CPU)連接在一起,然后由處理器發出相應的操作指令來執行相應的操作。主板芯片組平臺的優劣,和CPU一樣,決定了整個計算機系統的檔次,計算機的整體運行速度和穩定性在相當程度上取決于主板的性能;如下圖所示是典型的筆記本電腦主板視圖:
為了配合不同筆記本電腦整體機構設計的需要,不同機型電腦主機的主板通常會有不同的外形,有別于桌面電腦的主板通用性,這也給DIY愛好者攢機造成相當的困難!
桌面電腦需要將主機的視頻信號通過VGA(VideoGraphicsArray)模擬信號端口輸出到外接的CRT(CathodeRayTube)顯示設備,整個顯示系統也會因此顯得厚重。近期桌面電腦制造商為了滿足電腦用戶對顯示設備的進一步需求,亦逐步推出了基于傳統VGA接口界面的液晶顯示屏,使得視頻顯示畫面得以改善。
筆記本電腦采用的是基于LVDS(LowVoltageDifferentialSignal)數字視頻傳輸界面的液晶顯示屏模組(LiquidCrystalDisplay,簡稱LCD)。該視頻界面具有工作電壓低、差分信號抗干擾能力強和數據傳輸帶寬高等VGA接口無法比擬的特點。此外,LCD顯示面板具有體積小、驅動電壓低、功耗小的特點;其自身不發光的被動顯示方式,使人的眼睛觀看不易產生疲勞,有利于人眼的健康保護。同時,主板還預留VGA視屏輸出端口,以保證在有同屏外接顯示需求時的視屏輸出。顯示模塊小知識:什么是LCD屏?LCD屏,即液晶顯示屏。液晶得名于其物理特性,大多數液晶分子都是以液態方式存在的有機化合物。一般可分為單色與彩色液晶顯示屏兩種,單色的LCD屏已經退出筆記本電腦市場,而彩色的LCD屏仍在持續發展。屏的每個液晶像素點都是由集成在像素點后面的薄膜晶體管來驅動,正如傳統的陰極射線管顯示器一樣,紅、綠、藍三色液晶混合,形成一個象素(圖元)??刂萍t、綠、藍三個色點的電壓,讓不同濃度的三色混合,就形成所需的各種顏色。目前筆記本電腦主流LCD屏為薄膜晶體管(ThinFilmTransistor,簡稱TFT)顯示屏,也就是被很多人俗稱的真彩液晶顯示屏。LCD屏具有平、薄、輕的特點,并且容易實現大面積顯示的要求,因此特別適合用于做筆記本電腦的顯示器。LCD屏同時還擁有許多傳統的CRT顯示技術所不具備的優勢,能夠提供更加清晰的畫面顯示,而且屏幕無閃爍,能夠有效降低長時間注視屏幕所產生的視覺疲勞。
隨著筆記本電腦的日益普及,越來越多對筆記本硬件感興趣的朋友并不滿足于電腦的日常應用和簡單維護,但苦于筆記本硬件技術相關的資料匱乏,只能扮演簡單的DIY(DoItYourself)的角色,他們升級了所有能升級的硬件,從MMC2(MobileModuleConnector2)接口的Intel奔騰2代的CPU升級到奔騰3,已經不再是新聞;而自己為電腦主機擴展USB端口也不是什么新鮮事;為無藍牙功能的機器打造內置的藍牙模塊也一直在論壇上看到……可是各位知道不知道,為什么筆記本電腦主板只需要外接適配器的單一供電源,就能夠實現系統的正常開機運行了呢?難道筆記本電腦主板芯片都是工作在同一個工作電壓下?如果不是,那它們又是如何實現芯片工作電壓的分配與管理的呢?系統電池又是如何實現對主板供電的?電池究竟什么時候該充電?各位千萬別急,我們會在后續的內容為大家道來……在學習筆記本電腦硬件知識之前,我們首先還是揭開”本本“的神秘面紗吧,同時也會對構成筆記本電腦的主要部件用途、規格做個簡要的介紹,俗話說的好:“磨刀不誤砍柴工”么!呵呵……切入正題,下圖是我們去掉主機上蓋和LCD屏框機器視圖,讓我們了解一下機器內部都有一些什么東東組成?
下圖所示,是針對上述視圖機型的完全拆解后的部件排列位圖,可以看到一臺完整的筆記本電腦機器,其實是由若干部件設備組合而成,不同的部件設備廠商、不同的功能模塊,最終通過主板這個平臺組合成我們能夠看到的筆記本電腦的模樣,呵呵,“人不可貌相”呀。筆記本電腦拆卸和安裝本身也是一門學問,需要適合的拆裝工具和一定的實踐技巧,如果您從未在專業人士指導下操作過,建議不要輕易嘗試。筆記本電腦部件設備的安裝,相對于桌面電腦要精密的多,其部件結構亦較脆弱,很容易在不恰當的拆裝過程當中造成無法挽回的損壞;關于筆記本電腦的拆裝作業指導,限于本書篇幅,這里將不做說明,有需要的朋友可以通過PC硬件提供商等相關渠道尋求技術支持信息。1.硬盤介紹:硬盤全稱為,硬盤驅動器(HardDiskDrive,簡稱HDD),其作為電腦主機的核心存儲設備,肩負著硬件操作系統、用戶資料等數據的存儲提供物理空間。筆記本和桌面電腦硬盤,從產品結構和工作原理上來看,并沒有本質上的區別,筆記本硬盤通過相應的硬盤轉接口轉接后,亦可使用在桌面電腦平臺上;考慮到筆記本電腦便攜性和移動性的需要,其硬盤必須在體積、穩定性、功耗上達到很高的要求,而且防震性能要好,部分電腦硬件廠商還專為主機硬盤設計了震動保護系統,在主機遇到震動時硬盤能夠暫時停止運轉,以便保護硬盤不受損壞。目前筆記本硬盤標準產品的盤片直徑有2.5和1.8英寸兩種,前者是當今筆記本電腦的主流產品,盤體厚度通常為9.5mm,遠低于3.5英寸的桌面電腦硬盤;從硬盤接口的傳輸界面上區分,通常又可以分為:IDE(IntegratedDriveElectronics)和SATA(SerialATA)傳輸界面兩種;2.5英寸IDE界面硬盤工作電壓為5V,采用16位并行數據的傳輸方式;SATA界面硬盤工作電壓為5V和3.3V,以其串行數據傳輸抗干擾能力強、針腳數少和支持熱插拔等特點,已逐步取代IDE接口硬盤,成為市場主流產品。1.8英寸的硬盤主要應用在某些超輕、超薄的機型上,其接口信號本身兼容2.5英寸的硬盤,接口界面亦分為IDE和SATA兩種型號,盤體工作電壓通常為3.3V。主要性能參數:◆轉速:目前筆記本硬盤轉速有4200r/min、5400r/min和7200r/min等幾種,市場主流產品硬盤轉速為5400r/min;由于受到筆記本主機空間狹小、采用高速電機必然會帶來更大的功率功耗和發熱量等因素影響,其轉速較桌面電腦硬盤10000r/min的轉速還有一定的差距。◆容量:硬盤產業界較早推出的20GB~40GB容量空間,近期60GB~120GB甚至更大容量空間;硬盤容量大小是定位硬盤檔次高低最重要的指標之一。◆緩存:為了平衡硬盤內部與主機數據傳輸的延遲,需要將讀取過的數據暫時保存在其緩沖區域中,如果主機再次需要時,可直接從緩沖區域區提取,加快讀寫速度;緩存(Cache)作為硬盤性能一項重要指標,其容量的大小,一定程度上影響著硬盤性能的發揮。目前最常見硬盤緩存容量為8MB?!羲俾剩汗P記本電腦目前IDE(UltraATA-100)接口界面的并行硬盤數據傳輸速率理論上可以達到100MB/Sec;SATA-1(SATA1.0標準)接口界面的串口硬盤傳輸速率理論上可達到150MB/Sec;SATA-2(SATA2.0標準)傳輸速率為300MB/Sec。典型產品型號外觀:2.光驅介紹:筆記本電腦較桌面電腦光驅來講,通常會省略左右聲道和音量調節相關音頻接口信號。由于筆記本光驅的面板外形、接口尺寸標準通常不統一,在做光驅替換時需要考慮待替換光驅的面板、光驅的固定支架與主機是否匹配等因素。從光驅傳輸接口界面來看,目前市場主流產品仍然采用傳統的IDE界面16位的并行數據傳輸方式,設備工作電壓為5V,兼容于IDE界面的硬盤接口信號;部分輕薄型的筆記本,為了進一步減小主機尺寸,可能會采用外置光驅方式,目前筆記本外置光驅一般是通過USB接口作為設備接口界面和主機相連接。目前吸入式盤(Slot)較傳統托(Tray)光驅接口界面一樣,但其不支持直徑為8厘米小尺寸光盤的讀取。主要行能參數:傳輸速率:光驅的數據傳輸率是指每秒鐘之內光驅能讀取的數據流的大小。在CD-ROM的規范當中,通常會以150KB/sec的傳輸速率為基準速率,稱之為1X,即所謂1倍速;在DVD-ROM的規范當中1X=1350KB/sec的數據傳輸速率。光驅數據傳輸的倍速,從理論講是越高越好,意味著光驅的存取速度相對來說就會越快,但同時也要考慮讀盤噪音、功率消耗和讀盤誤碼等負面因素。CD各種倍速的傳輸速率:1x(1倍速)基本傳輸速率為150KB/sec
4x(4倍速)基本傳輸速率為600KB/sec
8x(8倍速)基本傳輸速率為1200KB/sec
……依次類推注意:只有在高速光驅(24速以上CD-ROM)才能讀出CD-RW光盤的數據DVD各種倍速的傳輸速率:1x:(1倍速)基本傳輸速率為1350KB/sec
4x:(4倍速)基本傳輸速率為5400KB/sec
8x:(8倍速)基本傳輸速率為10800KB/sec……依次類推主要性能參數:緩存:緩存是集成在光驅控制器上的數據緩沖區,以RAM(RandomAccessMemory)形式存在的物理存儲器,主要用于存放系統讀出的臨時數據,與高速緩沖存儲器能提高系統的速度原理相似,硬盤驅動器上也有類似的數據緩沖區。緩存能有效地減少光驅讀光盤的次數,提高數據傳輸速率。它的容量大小直接影響光驅的數據讀取的速度。目前筆記本光驅常見緩存容量有2MB、8MB。LCD種類:當前筆記本電腦標準的XGA(ExtendedGraphicsArray)液晶屏多采用1024x768的分辨率(顯示屏長寬比例為4:3),其面板尺寸可以為8.9~15英寸,算得上真正的主流產品。早期分辨率為640x480的VGA(VideoGraphicsArray)和分辨為800x600的SVGA(SuperVideoGraphicsArray)LCD屏基本上已退出筆記本電腦市場。此外,有些機型可能會配置面板尺寸更大、分辨率更高的高端LCD屏,譬如,分辨率為1400x1050的SXGA(SuperExtendedGraphicsArray)和分辨率為1600x1200的UXGA(UltraExtendedGraphicsArray)的液晶屏等等。如此高的分辨率,會讓視屏顯示畫面更細膩、逼真,當然,如果在面板尺寸不是很大LCD屏,采用如此高的分辨率,會使得系統顯示畫面圖標很小。同時高分辨率LCD屏,由于對制造工藝要求較高,價格也是比較昂貴,目前只有少部分高端機型配備了這些類型的LCD屏。下圖為各類液晶屏型號的參數表:LCD屏主要性能參數:LCD尺寸:從筆記本電腦液晶屏的尺寸(液晶屏面板的對角線長度尺寸)上分,目前最主流的產品有12.1、13.1、14.1和15.4英寸的寬屏,以及最常見的14.1英寸的普通液晶顯示屏。顯示分辨率:分辨率即指LCD屏的最小顯示單元組成的有效顯示點數,通常由若干物理像素組成,例如標稱分辨率為1024×768的LCD屏,就是指在該LCD面板的橫向上劃分了1024×3(一個顯示單元有水平方向排列的R、G、B三個像素構成,以便搭配不同的顏色深度)個像素,豎向上劃分了768個像素;LCD屏標稱分辨率往往也是視屏畫面顯示的最佳顯示分辨率設置。同時根據標稱分辨率,我們還能得出該型號LCD屏的長寬顯示比例為1024/768=4:3的規格,其他型號的液晶屏的算法依此類推即可。典型產品型號外觀:內置無線網卡介紹:無線局域網是計算機網絡與無線通信技術相結合的產物。它利用射頻(RF)技術,取代舊式的雙絞銅線構成局域網絡,提供傳統有線局域網的所有功能,網絡所需的基礎設施不需再埋在地下或隱藏在墻里,也能夠隨需移動或變化。使得無線局域網絡能利用簡單的存取構架讓用戶透過它,達到“信息隨身化、便利走天下”的理想境界。筆記本內置無線網卡的作用、功能跟普通網卡一樣,就是用來連接到局域網絡環境,是實現“無線上網”方式之一。WLAN(WirelessLocalAreaNet)是20世紀90年代計算機與無線通信技術相結合的產物,它使用無線信道來接入網絡,為通信的移動化,個人化和多媒體應用提供了潛在的手段,并成為寬帶接入的有效手段之一。為了讓WLAN技術能夠被廣為接受和使用,確保各廠商生產的設備都能具有兼容性與穩定性,標準的建立是必不可少的。內置無線網卡介紹:WLAN標準由IEEE(電機電子工程師協會)制定,最早在1997年推出的IEEE802.11規格標準,在1999年9月又推出了IEEE802.11a和IEEE802.11b。相比而言,802.11a要比802.11b更具有速度優勢,但由于成本問題制約了其發展,因此其并沒有得到廣泛的推廣。802.11b曾經為無線網絡的主流標準,但802.11b仍存在傳輸速度較慢的問題,802.11g應運而生。早期的無線規格制定了在射頻頻段2.4GHz上的運用,并且提供了1Mbps、2Mbps和許多基礎信號傳輸方式與服務的傳輸速率規格。IEEE802.11a和IEEE802.11b標準則分別為5.8GHz和2.4GHz頻段做定義。這兩組新的標準也定義了IEEE802.11a中5Mbps、11Mbps到54Mbps速率的新物理層。兩種不同接口界面的無線網卡內置鍵盤介紹鍵盤按照代碼轉換方式可以分為編碼式和非編碼式兩種。編碼式鍵盤是通過數字電路直接產生對應于按鍵的ASCII碼,這種方式目前很少使用。非編碼式鍵盤將按鍵排列成矩陣的形式,由硬件或軟件隨時對矩陣進行掃描,一旦某一或組合鍵被按下,該鍵的行列信息即被轉換為位置碼并送入主板的控制芯片,再由鍵盤驅動程序查表,從而得到按鍵的ASCII碼,最后送入內存中的鍵盤緩沖區供主機分析執行。筆記本電腦鍵盤按鍵信息控制模塊通常和其電源管理模塊整合成一個功能芯片,我們可以稱之為嵌入式控制器(EmbeddedController,簡稱EC),后續章節將會較詳細介紹。非編碼式鍵盤由于其結構簡單、按鍵重定義方便而成為最常采用的鍵盤類型,也因此應運而生多姿多彩的多媒體鍵盤,為了實現鍵盤或電腦主機上的某些快捷按鈕定義的功能,還需要PC硬件商事先在ECBIOS或相應的快捷鍵驅動程序里定義好相應按鍵功能。此外,由于此類鍵盤不需要單獨的控制芯片,鍵盤本身可以省略控制線路,可以做的很輕薄。目前筆記本電腦內置鍵盤幾乎都是采用非編碼鍵盤編碼方式。
內置鍵盤介紹
非編碼式矩陣鍵盤接口通常由若干根輸入、輸出按鍵信號偵測腳組成,筆記本電內置鍵盤接口通常由8根輸入和16根輸出,共計24根信號偵測腳組成。內置鍵盤實際上就是一個矩陣開關,通常由八十幾個鍵盤按鍵組成,當我們按下某個鍵盤按鍵時,就相當于將鍵盤接口的某兩根輸入、輸出信號腳進行短接,主板鍵盤控制芯片依此得出鍵盤的輸入信息。有興趣的各位可以取下機器內置鍵盤,直接短接主板鍵盤接口的某兩個PIN腳,同樣可以實現鍵盤字符的輸入。當然,非編碼式矩陣鍵盤也有其局限性,如果同時按下三個或以上鍵盤按鍵時,有可能會導致所謂的“鍵位沖突”的問題,即同時按下若干按鍵時,主機可能只能實現部分按鍵的輸入,喜歡打游戲的朋友在自定義組合按鍵的時候可能會有體會。關于內置鍵盤鍵位沖突問題具體原因,限于本文篇幅,不再詳細說明,有興趣的各位可以通過網絡等資源獲取相關資訊。典型筆記本電腦內置鍵盤電源適配器介紹:
電源適配器(Adapter)主要為便攜式電子、電器設備供電電源變換設備,一般由外殼、電源變壓器和整流電路組成,按其輸出類型可分為交流輸出型和直流輸出型;在電源適配器上通常都會有一個銘牌,上面標示著輸入電壓、電流的范圍和輸出電壓、電流值等性能指標。多數筆記本電腦的電源適配器可以滿足100~240V(頻率:50~60Hz)交流市電輸入,15~20V直流電壓輸出,輸出的電流大小也因機器的最大功率設計消耗不同而不同,通常可以在2~5A之間,甚至更高。適配器的輸出功率算法很簡單,就是其輸出直流電壓和電流值的乘積,我們可以得出性能參數為20V、5A輸出的電源適配器的額定功率為100W。下圖為適配器內部模塊剖析圖,各位可以對其內部構造可見一斑。注意:適配器廠商出于對使用者人身及其他安全之考慮,通常不會給用戶提供拆卸界面,不允許私自拆裝!
電源適配器介紹:
電源適配器通常不能通用,主要有三個方面因素導致:首先,各個PC廠商機型設計額定外接工作電壓值可能不相同,相應的適配器輸出電壓值也不相同,有些是16V電壓輸出,或者其他大部分機型的19V電壓輸出等,如果將較高電壓輸出的適配器使用在較低電壓設計的筆記本電腦上,可能會導致PC主機的元器件燒毀。其次,不同的筆記本電腦設計的最大功率消耗通常不相同,所以需要的適配器的電流輸出大小也不相同,小功率機器需要的電流較小,大功率機器則較大,筆記本電源適配器不僅擔負著為主機系統提供電源能量的重任,而且也在系統電池需要充電時為其提供充電電源能量,所以,如果適配器輸出功率小于機器消耗最大功率的話,則有可能導致系統無法正常開機加電、或系統電池正常充電等故障。再次,不同機型的筆記本電腦主機電源供電接口形狀可能也不相同,最常見的有2腳,即電壓和接地腳。此外,還有不同PIN腳數的,如4腳的電源口,除了電壓和接地腳,另外兩PIN是用來加強電源接觸的可靠性,或者為主板系統提供外接電源適配器功率等身份(ID)信息,以便系統自動調節自身功率消耗。不同的電源口,分別如下圖所示:電源適配器介紹:
正因為如此,目前還沒有能通用于所有筆記本電腦的電源適配器。在做電腦故障診斷的時候,我們可以通過專用的電源供電設備,調節適合的電壓、電流輸出,來為主機供電。后續章節亦會有介紹。典型筆記本電腦電源適配器系統電池介紹電池作為筆記本電腦實現移動辦公的主要支持部件之一,它的作用各位應該已經非常清楚,其能夠在沒有外接適配器供電的情況下,為系統提供供電電源。電池本身就好比一個存儲能量的池子,在有外接適配器電源對其充電的時候,電能就會被轉換為化學能量存儲起來,直到充滿為止;在沒有外接電源且需要提供電源的時候,再將先前存儲的化學能量轉換為電能來對主機系統提供工作電源。筆記本電池的發展從鎳鎘(Ni-Cd)、鎳氫(Ni-MH)到現在最主流的鋰離子(Li-ion)及未來可以預見的燃料電池,經歷了幾代的發展,無論其體積、容量和安全性都發生了很大的變化。最早的筆記本電腦電池電芯幾乎都采用鎳鎘材料,由于當時電池技術不夠先進,因此鎳鎘電池有了很多令人頭疼的缺點,如:體積大、份量重、容量小、壽命短、有記憶效應等因素,目前鎳鎘電池基本上已經被淘汰。系統電池介紹接下來筆記本電腦開始采用鎳氫電池,這種電池具有較好的性價比和較大的功率輸出,同時鎳氫也是一種較為環保的電池材料,易于回收再利用,對環境的造成的負面因素也較小。不過與鋰離子電池相比,有充電時間長、重量較重、容量較小等缺點。此外,還有一定的記憶效應,通常認為需要使用者必須用盡電池電量后才能進行充電動作。鎳氫電池很快被鋰離子電池替代。鋰離子電池具有體積小、重量輕、自放電率低、無記憶效應、儲能密度大和可隨時充電并且持續放電時間長等優點,目前筆記本電腦普遍采用這種材料電池。盡管如此,鋰離子電池在使用一段時間后,仍然會有電池容量降低、供電時間變短的情況,通常認為是由于電池正負極材料活性的鈍化及在電池充放電過程中,出現的化學反應而生成的其他化合物。鋰離子電池的使用壽命也受電池的使用時間和充放電次數的限制。由此看來,目前PC業界還沒有十全十美的筆記本電池。系統電池主要參數:電池電芯數:打開筆記本電腦電池的外殼,我們可以一睹電池內部的“廬山真面目”,其通常由若干圓柱型電池芯串并聯后組成的供電電芯組。電池電芯很像我們常見到的5號干電池;電芯本身輸出電壓、容量的大小和電芯數量的多少,將直接影響筆記本電池的輸出電壓高低與容量大小。除此之外,我們還能看到電池的相關控制電路模塊,后續章節將會較詳細介紹。下圖為典型型號電池的剖析圖,供各位參考。注意:電池廠商出于對使用者人身及其他安全之考慮,通常不會給用戶提供拆卸界面,非專業維修人員不允許拆裝!系統電池主要參數:輸出電壓/電流:常見的筆記本電池電壓輸出范圍在10~18V之間。若以鋰離子電池為例,一節鋰離子電池電芯的電壓為3.6V左右,為了達到筆記本主機工作所需要的電壓,通常采用電芯串聯的方式,如果電池額定電壓是10V左右,可以采用3節電芯串聯的方式。同理,為了滿足系統電池電流的輸出規格,可以采用電池電芯并聯的方式來滿足。其他規格的電池組成方式,以此類推即可。電池容量:電池容量作為同類電池性能參數最重要的性能指標之一,通常以放電的能力,即毫安小時(mAh)來衡量。如標稱4800mAh等,數值越大,電池的容量就越大。電池標稱容量的大小直接關系到筆記本電腦的使用時間,但也不能一概而論,電池的續航時間還與筆記本的硬件配置及使用環境有很大關系。筆記本鋰離子電池,通常采用3組電芯并聯的方式,來提高電池容量,通常可以達到4500~6000mAh。CPU介紹CPU是中央處理器(CentralProcessingUnit)的英文縮寫,它是計算機中系統最重要的部件之一,是計算機技術的核心。如果把計算機比作人,那么CPU就是人的大腦,主要功能是對系統操作指令進行算術和邏輯運算。其內部結構大致可以分為控制單元、算術邏輯單元和存儲單元等若干功能模塊。按照處理信息的字長可以分為:八位微處理器、十六位微處理器、三十二位微處理器以及六十四位微處理器等等。
CPU介紹:CPU的發展非常迅速,1978年Intel從真正意義上的16位8086CPU發展到2006年底推出的64位酷睿雙核2代(代號Merom)移動CPU,只用了不到三十年的時間。期間CPU的性能、制造工藝發生了翻天覆地的變化,隨著CPU的不斷更新換代,其總體是朝著集成化程度越來越高、標稱工作電壓越來越低、工作頻率越來越高及數據處理能力越來越強等發展趨勢。Intel憑借其強大的研發能力,目前在PC中央處理器及芯片組產業上成為名副其實的巨頭,能與之一爭高低的只有AMD,而全美達(Transmeta)避開了在處理器性能技術上的不足,在功耗上下功夫,2004年初推出了功耗極低的Efficeon系列處理器,使得移動處理器領域形成了三足鼎立之勢,近來Intel為了應對AMD64位雙核CPU技術的挑戰,也開發了屬于自己的雙核CPU,而不是之前的一味追求高CPU的工作頻率做法,個人電腦市場CPU產業競爭有愈演愈烈之勢,這是電腦愛好者所樂見的,因為可以體驗到更好、更新的IT產品了。CPU介紹早期的筆記本和桌面電腦采用相同制程的CPU,但隨著CPU主頻和集成度的提高,普通桌面電腦CPU的較高發熱量已不再適合在筆記本電腦主機較小的散熱空間內使用。此外,依賴于電池供電的筆記本電腦如果采用高功率消耗的桌面CPU會使的電池的續航時間變得很短,所以開始出現專門為筆記本設計的移動(Mobile)CPU,它除了追求卓越的性能以外,也要求其具有低發熱量和低耗功耗的特點。制造工藝往往比同時代的桌面CPU更加先進,MobileCPU中會集成桌面電腦CPU中不具備的電源管理模塊,移動CPU價格通常較桌面電腦高很多。CPU主要參數:處理器主頻:主頻也叫時鐘頻率,單位是MHz,主要用來表示CPU的運算速度。CPU的主頻由外頻和倍頻來確定,兩者的乘積就是主頻。CPU的主頻與外頻之間存在著一個比值關系,這個比值就是倍頻系數,簡稱倍頻。倍頻可以為1.5~23范圍之間,甚至更高,以0.5為一個間隔單位。外頻和倍頻其中任何一項提高,都可以使CPU的主頻上升。由于主頻并不直接代表運算速度,所以在特定的情況下,很可能會出現主頻較高的CPU實際運算速度較低的現象,因此主頻僅僅是CPU性能表現的一個方面,而不代表CPU的整體性能。
前端總線頻率:前端總線(FrontSideBus,簡稱FSB)頻率也即CPU的外部時鐘頻率,它是CPU和北橋之間數據總線傳輸時鐘頻率。前端總線頻率越高,就意味著單位時間內傳輸的數據量也就越大。目前常見筆記本電腦CPU的前端總線頻率范圍在400MHz~800MHz之間。CPU主要參數:內部緩存(L1Cache):封閉在CPU芯片內部的高速緩存,用于暫時存儲CPU運算時的部分指令和數據,存取速度與CPU主頻一致。高速緩沖存儲器均由靜態RAM組成,結構較復雜,一般L1緩存的容量通常在32~256KB之間。L1緩存越大,CPU工作時與存取速度較慢的L2緩存和內存間交換數據的次數就越少,相對CPU的運算速度可以提高。外部緩存(L2Cache):CPU二級高速緩存,分內部和外部兩種模塊。內部的芯片二級緩存運行速度與主頻相同,而外部的二級緩存則只有主頻的一半。L2高速緩存容量也會影響CPU的性能,原則是越大越好,目前筆記本電腦IntelCPU的L2緩存容量一般在1MB~4MB之間。同時代AMD的CPUL2緩存容量相對較小。地址總線寬度:地址總線寬度決定了CPU可以訪問的物理地址空間,簡單地說就是CPU到底能夠使用多大容量的內存。當前32位地址總線的CPU理論上可以訪問4GB的存儲空間,同時具備64位數據位寬的傳輸能力。CPU主要參數:封裝形式:傳統意義上的封裝形式對于芯片僅僅是一個外殼,是機械結構性的保護,現階段芯片的封裝除了結構特性外,還包含了散熱機制,并成為了電性能上芯片與主板連接的平臺。CPU封裝的意義在于最大限度的發揮它的最佳性能和提供一個與主板的連接平臺,是實現筆記本專用CPU體積小、散熱快、功耗低等各項特性的保證。一般而言,移動處理器采用的封裝形式取決于各個時代CPU的工藝技術和成本等因素,封裝技術對于筆記本電腦CPU而言,是一種很重要的技術體現。CPU主要參數:下面列舉幾種常見的移動處理器封裝形式,以表格的方式Pentium及Pentium-MMX:TCP、MMC1。PentiumII:MMC1、MMC2、BGA-1、μPGA-1、Mini-cartridge。PentiumIII:MMC2,BGA-2、μPGA-2。PentiumIII-M,PentiumIV-M,Pentium-M:Micro-FCPGA、Micro-FCBGA。通過對CPU封裝的分析可以看到,早期TCP封裝的CPU是焊接在主板上的,因此不可升級;MMC1、MMC2、Mini-cartridge封裝的CPU從理論上來說是可更換的;BGA(包括BGA-1和BGA-2)、Micro-FCBGA封裝的CPU由于是直接焊接在主板上,因此個人用戶無法升級;μPGA(包括μPGA-1和μPGA-2)、Micro-FCPGA封裝是所有封裝中升級最為方便的。小知識:什么是迅馳技術?提到移動CPU,就不能不提到Intel迅馳技術,迅馳技術是因特爾2003年3月12日,面向筆記本電腦推出的無線移動計算技術的品牌名稱。迅馳(Centrino)是中心(Centre)與中微子(Neutrino)兩個單詞的縮寫。迅馳移動計算技術是英特爾最出色的筆記本電腦技術之一,它不僅僅包含一枚處理器,同時還具備集成的無線局域網能力,卓越的移動計算性能,并在便于攜帶的輕、薄筆記本電腦中提供了耐久的電池續航時間。迅馳平臺通常認為有三部分組成:移動式CPU、相應的芯片組(Chipset)以及基于802.11x標準的無線網絡功能模塊。小知識:什么是迅馳技術?小知識:什么是迅馳技術?小知識:什么是迅馳技術?CPU風扇介紹筆記本電腦的輕、薄特點使其更具便攜性,但同時系統主機散熱的問題,也成為PC硬件商設計難點之一。為了保證計算機系統的穩定性,需要要讓CPU、顯示芯片等部件工作溫度保持在合理的范圍內,除了讓計算機工作在適合的溫度環境外,主要就是給CPU進行散熱處理了。CPU通常被設計在-25~90℃的溫度范圍下工作的,某些型號CPU,如IntelTJ85CPU,理論最高工作溫度為85℃,當實際溫度高于85℃時,系統溫度偵測模塊會自動切斷CPU及系統工作電壓,保證CPU不被損壞。普通CPU正常工作溫度可以維持在50℃左右,以便保證系統的穩定運行。CPU的散熱方式主要分為主動式散熱和被動式散熱兩種。主動式散熱結構簡單,就是通過散熱片將CPU工作產生的熱量自然散發到空氣中,散熱效率較低,無法滿足普通計算機系統的散熱需求。目前筆記本電腦幾乎都采用風冷被動式散熱方式,通過風扇旋轉的氣流強迫性地將散熱片發出的熱量帶走,其具有體積小、散熱效率高等特點。CPU風扇介紹風冷散熱模組兩個部分組成,即散熱片和CPU風扇。和CPU直接接觸的部分為散熱片,它負責將CPU發出的熱量傳導至散熱口,CPU風扇用來給散熱片強制降溫。CPU風扇介紹影響散熱效果的因素很多,風扇轉速、散熱片材質及CPU和散熱片之間結合的緊密程度等都會導致系統散熱不良故障?!麸L扇轉速:筆記本電腦系統能夠通過主板上的溫控線路,自動偵測到CPU的實時溫度,然后根據ECBIOS原先設定好的溫度范圍,自動調節風扇的轉速,如低速、高速和停止等狀態?!羯崞馁|:熱傳遞的方式主要有傳導、對流和輻射三種。當熱量被傳遞到散熱片之后,散熱片的工作就是將熱量從散熱片的底部傳遞到主機通風口處的葉片表面來和周圍的空氣進行熱交換,散熱片的導熱率導熱率越好,熱量傳遞的速度也就越快。銀和銅是最好的導熱材料,其次是金和鋁,但是金、銀太過昂貴,所以目前散熱片主要由鋁或銅材料制成。CPU風扇介紹CPU風扇介紹
◆散熱片安裝:CPU和散熱片接觸的緊密程度,主要取決于接觸面積大小和之間的間隙。接觸面積很好理解,面積越大,就能使熱量越快地散發出去,但由于CPU散熱核心面積通常是一定的,所以接觸間隙的大小對散熱效果的影響顯得尤為重要。為了較好的彌補由于接觸間隙而導致熱傳導不良的因素,常常采用導熱性能較好的硅脂或散熱膠帶來填充CPU和散熱片之間的間隙。此外,CPU和散熱片之間的緊密、平行貼合的安裝要求,也是必不可少的。◆風扇的噪音:CPU風扇運轉時產生的噪音問題無法避免的給電腦使用者帶來了一定的困擾,其運轉時產生噪音高低,已成為風扇性能性能的好壞重要指標。正因為如此,筆記本電腦的設計者應該考慮這兩方面因素的平衡,即一方面要保證CPU等功能模組溫度控制在一定的范圍之內,以保證系統的穩定性。另一方面,也要考慮到風扇運轉時所產生的噪聲及額外電流消耗。內存介紹內存正式的叫法是內存儲器,之所以叫做內存儲器,是因為在物理空間上它位于計算機主機內部,安裝在主板的內存插槽上。根據內存存儲介質的特性,又可以稱之為隨機存取存儲器(RandomAccessMemory,簡稱RAM),斷開工作電壓后暫存數據信息將會自動清除;順便提一下,只讀存儲器(ReadOnlyMemory,簡稱ROM)實際上也是可以實現隨機存儲功能的,只不過其內部存儲信息不會隨著電源的斷開而丟失。內存主要用來暫時存儲處理器運行的程序和數據,以及處理器計算后的結果等信息。由于受到筆記本電腦內部空間狹小的限制,幾乎所有機型最多只有兩個內存插槽。為了進一步節約主機空間,筆記本電腦使用了專用的SO-DIMM(SmallOutlineDIMM)封裝形式內存,較桌面系統DIMM封裝形式的內存尺寸小很多。內存的傳輸速率是指其在單位時間內數據的傳輸量,可以通過數據傳輸的位寬和數據傳輸時鐘頻率之積得出。例如DDR200內存數據傳輸速率為:200MHz×64Bit/8=1600MB/Sec,其他型號內存標稱算法依此類推即可。
內存介紹DDR內存顆粒通常采用TSOP芯片封裝形式,當工作頻率超過200MHz之后,過長的芯片腳就會產生很高的阻抗和寄生電容,這會影響它的穩定性和頻率提升的難度。這也就是DDR的核心頻率很難突破275MHZ的原因。而DDR2內存均采用FBGA封裝形式。不同于目前廣泛應用的TSOP封裝形式,FBGA封裝提供了更好的電氣性能與散熱性,為DDR2內存的穩定工作與未來頻率的發展提供了良好的保障。
筆記本電腦現有內存大體可以分為EDO、SDRAM、DDR和DDR2等幾種類型。
◆EDO內存:字面意思為擴充數據輸出(ExtendDataOut)模式,這種內存主要用于古老的IntelMMX和486機型上面,也有部分PC廠家商在IntelPII時代的筆記本電腦中仍然使用EDO內存,這種EDO單條最高容量只有64MB,內存接口引腳數為?。此外,由于EDO內存的工作電壓為5V,相比較于SDRAM的3.3V工作電壓消耗的功率更高一些,由于上述限制因素,EDO內存很快就被SDRAM內存所取代。DDR2規格傳輸標準核心頻率總線頻率等效傳輸頻率數據傳輸率DDR2400PC23200100MHz200MHz400MHz3200MB/sDDR2533PC24300133MHz266MHz533MHz4300MB/sDDR2667PC25300166MHz333MHz667MHz5300MB/sDDR2800PC26400200MHz400MHz800MHz6400MB/s◆SDRAM內存:筆記本電腦經歷了Pentium時代,CPU的速度已經越來越快,這時Intel公司提出了具有里程碑意義的內存技術-SDRAM。SDRAM的全稱為同步動態隨機存儲器(SynchronousDynamicRAM),就象它的名字所表明的那樣,這種RAM可以使所有的輸入輸出信號保持與系統時鐘同步。由于SDRAM的帶寬為64位(Bit),因此主機系統只需要一條內存就可以工作,數據傳輸速度比EDO內存至少快了25%。SDRAM包括PC66(即標稱為66MHz的數據傳輸采樣頻率,亦可以稱之內存的外頻,是內存性能指標重要參數之一;對于其它此類標稱值,依此算法即可)、PC100和PC133等幾種規格。DDR2規格傳輸標準核心頻率總線頻率等效傳輸頻率數據傳輸率DDR2400PC23200100MHz200MHz400MHz3200MB/sDDR2533PC24300133MHz266MHz533MHz4300MB/sDDR2667PC25300166MHz333MHz667MHz5300MB/sDDR2800PC26400200MHz400MHz800MHz6400MB/s小知識:什么是SPD技術?
從PC100開始,內存上加入了SPD(SerialPresenceDetect)芯片,通常為一顆128字節(Byte)容量的EEPROM存儲器,紀錄了內存容量、性能參數及硬件廠商等信息,后續內存型號都會包含SPD功能模塊?!鬌DR內存:顧名思義,雙倍數據傳輸率(DoubleDataRate)的SDRAM。主要有DDR266、DDR333、DDR400和DDR533等幾種規格。DDR的原理是在原先一個時鐘周期讀取一次數據的SDRAM的基礎上讀取兩次數據,也就是在時鐘脈沖的上升沿和下降沿都采樣數據信號,因此理論上數據的傳輸率可以在原來的基礎上翻倍。而且相對于EDO和SDRAM內存,DDR內存2.5V的工作電壓可以更加省電,單條內存容量可以更大,已經可以達到1GB的容量。DDR內存引腳數為200PIN。DDR2規格傳輸標準核心頻率總線頻率等效傳輸頻率數據傳輸率DDR2400PC23200100MHz200MHz400MHz3200MB/sDDR2533PC24300133MHz266MHz533MHz4300MB/sDDR2667PC25300166MHz333MHz667MHz5300MB/sDDR2800PC26400200MHz400MHz800MHz6400MB/s◆DDR2內存:DDR2技術是新生代內存技術標準,它與上一代DDR內存技術標準最大的不同就是,雖然同是采用了在時鐘的上升、下降沿都進行傳輸數據采樣的基本方式,DDR2內存卻擁有兩倍于上一代DDR內存預讀取能力,即4位外部總線數據的預讀取能力,換句話說,DDR2內存每個時鐘能夠以4倍于內部總線的速度讀寫數據,并且能夠以內部控制總線4倍的速度運行。1.8V的工作電壓較DDR內存會更加省電。同時,DDR2技術標準為了尋求更好的兼容性,內存廠商已將內存信號衰減和終端電阻做到內存上,免去不同PC主板廠商在設計主板時考慮到針對不同品牌內存兼容性問題。筆記本電腦DDR2內存和DDR內存一樣,引腳數為200PIN。DDR2規格傳輸標準核心頻率總線頻率等效傳輸頻率數據傳輸率DDR2400PC23200100MHz200MHz400MHz3200MB/sDDR2533PC24300133MHz266MHz533MHz4300MB/sDDR2667PC25300166MHz333MHz667MHz5300MB/sDDR2800PC26400200MHz400MHz800MHz6400MB/s指點設備介紹隨著MicrosoftWindows操作系統的普及,作為最常用的指點設備鼠標成為了PC最重要的外圍配件之一。筆記本電腦的設計考慮到使用者便攜性的需求,還在電腦主機的內置鍵盤附近配置了其他類型的指點設備,其功能如同內置鼠標。常用的指點設備有三類,即指點桿(StickPoint)、觸控板(TouchPad)和軌跡球。其中觸控板是Apple公司研制的,目前絕大多數筆記本電腦都采用這種指點設備,軌跡球指點設備在Think品牌機型上應用較多。指點設備介紹觸控板由一塊能夠感應手指運行軌跡的壓感板和兩個按鈕組成,兩個按鈕相當于標準鼠標的左右鍵。觸控板的特點是沒有機械磨損,控制精度較高,操作起來很方便,如果配上特定的驅動程序,甚至還能把觸控板的功能擴展為手寫板,可用于手寫漢字的輸入。指點設備介紹
觸控板的內部結構如上圖所示,采用印刷電路板做成行和列的陣列。印刷板與表面塑料覆膜用強力雙面膠粘接。它的工作原理就是,當使用者的手指觸摸觸控板時,就會使其表面的電容量發生改變,內部控制芯片就會檢測出電容改變量,轉換成相應的坐標,從而探知手指的動作和位置。觸控板的接口通常為傳統的PS/2傳輸界面,如果在DOS等操作系統下,加載適合的觸控板驅動,同樣可以實現相應的功能。筆記本電腦是怎樣制造出來的?在給各位介紹筆記本電腦制造流程之前,為了便于大家對其設計、生產過程的理解,我們可以先拿建造房屋來做個例子。房產開發商在建造房屋之前,必須先選好地段,并初步擬定房屋的戶型和檔次,然后交由相應的房屋承建商設計出待建房屋的圖紙。圖紙要求滿足開發商當初對房屋戶型的結構樣式、功能的設想,同時也要考慮到后續的房屋造價和功能實現的可行性等因素,以便滿足最終房屋使用者的需求。筆記本電腦是怎樣制造出來的?筆記本電腦制造其實也一樣,電腦制造商,在準備開發出一款新的機型之前,必須要考慮到采用適合的芯片組平臺來達成最初產品功能、價位的設想定位。出于成本、機構等因素考慮,通常同一款機器,不會配置所有芯片組及其他芯片可實現功能模塊。在和電腦品牌廠商,確定好產品功能模塊、價格定位后會交由電腦制造商的筆記本研發部門去設計好產品主板的線路原理圖(Schematics);筆記本電腦的主板線路原理圖通常分為系統部分和電源部分兩大模塊,產品系統部分的設計,必須要滿足相應功能芯片的引腳定義,必要時,RD(Research&Development)工程師還會得到相應芯片廠商的技術支持,畢竟芯片是他們家造的呀。筆記本主板電源部分,通常會認為給產品主板開發者有很大的發揮空間,往往也是最復雜的,具體細節部分已經超出本節所討論的范圍。不同的筆記本產品制造商,為了保證其電源部分的延續性,會有自己的相應風格。如:一些基本電壓的產生方式、開機電壓時序等等,這里順便給各位提一下了。小知識:何謂電腦制造商、品牌商?電腦制造商,又可以稱之為電腦原始設備設制造商(OriginalEquipmentManufacture,簡稱OEM),目前比較有名的筆記本電腦制造商有臺灣的廣達(Quanta)、仁寶(Compal)等。這些代工廠,為了進一步降低制造成本,已逐漸將其生產基地遷至中國大陸,以期利用內地廉價的勞動力及其他資源。目前筆記本電腦主要的生產基地集中在上海、江蘇的蘇州一帶,可以這么認為,全世界現有的筆記本電腦絕大部分都是由臺灣的代工廠制造的,而這些代工廠也基本上在國內設有工廠?,F有眾多的品牌電腦公司,如著名的惠普(HP)、戴爾(DELL)和聯想(Lenovo)等等,也主要是出于成本的考慮,通常直接將整個產品的設計、開發和制造交給了相應的電腦制造商去做,在產品交付時只要滿足品牌商當初對產品設計規格和成本要求即可,所有我們也可以將那些制造商稱之為設計、制造商(OriginalDesignManufacture,簡稱ODM)。常常會有這樣的情形,制造工廠的生產線一天當中,會有不同的品牌電腦在生產、組裝、下線,而且也會有從流水線下來的電腦,不經過品牌商的倉庫,就直接由經銷商賣到全世界了,因為代工廠在不同的國家,往往會有自己的倉庫。品牌電腦商要做的事,主要精力放在了產品的供應鏈、營銷和售后服務上面去了,說白了,賣的就是牌子么。線路原理圖紙設計完畢之后,接下來就是要把理論上的原理圖付諸實施了。電腦主板上的各種元件在線路圖上僅僅是標稱有相應規格等信息的一些符號,但該元件的具體布局、尺寸和封裝形式,并不能通過線路原理圖直觀的體現出來。這就需要在主板線路原理圖的基礎上進一步生成PCB(PrintCircuitBoard)布局(Layout)圖紙文件,研發工程師可以借助相關電子輔助設計(ElectricalDesignAided
,簡稱EDA)軟件,如Allegro、Protel和orCAD等軟件的某些功能將原先的線路原理圖轉換為與之相對應的PCB布局圖紙。具體如何使用上述提及相關EAD軟件操作,建議大家可以參考相關書籍,這里就不再贅述。
PCB布局圖紙需要考慮原理圖紙上每顆元件的封裝尺寸與實際布局的需求,我們所看到的PCB布局文件的形狀也就是我們所看到的筆記本主板的實際形狀。在做PCB布局的時候,需要考慮的因素很多,從滿足筆記本電腦產品機構設計的角度來講,需要考慮相應的外圍設備,如硬盤驅動器、光驅和電池等主要部件和主板配合而構成的整體主機的布局。此外,還要考慮到整個主機的端口的布局,如USB口等。必要的請況下,可以考慮通過轉接口或者排線轉接不同的功能小板,如前面提到的USB板等,以滿足電腦整機機構布局的需要。從系統電性能特性上來講,在做PCBlayout的時候,還要通盤考慮整個系統阻抗匹配特性,我們會在實際主板上看到“S”形的PCB走線,這樣做不是為了主板外觀的好看,而是使得同一傳輸界面的不同走線長度,包括芯片內部走線長度,盡可能一致,以便做到信號阻抗的匹配。一些芯片廠商,如Intel,會給出其芯片組布線的一些參考設計。
同時,考慮到整機對EMI/EMC需求,針對一些高速信號走線時,特別要考慮到信號的串擾等因素,一個布局不合理的PCBlayout是無法通過相關EMI/EMC標準測試、認證的。最后,為了滿足實際線路走線的需要,筆記本主板通常采用6層以上的PCB板材料,如果PCB層數太少的話,系統不同的信號線路就無法布開,造成系統信號傳輸的“交通阻塞”,PCB還需要有相應的電源層、接地層等。下面將分別針對EMI/EMC和筆記本電腦PCB板作個簡要的介紹。小知識:何為EMI/EMC?什么是EMI/EMC呢?字面的意思就是電磁干擾(ElectroMagneticInterference,簡稱EMI)和電磁兼容(ElectroMagneticCompatibility,簡稱EMC),它們之間是一對相互相關電磁現象。電磁干擾可以通常可以分為傳導干擾和輻射干擾兩種。傳導干擾是指通過導電介質把一個電氣網絡上的信號耦合到另一個電氣網絡上,輻射干擾是指干擾源通過空間把其信號耦合到另一個電氣網絡上去。在筆記本電腦主板高速PCB信號布線及系統設計中,高頻信號線、集成電路的引腳、各類熱插拔器件等,都可能成為具有天線特性的輻射干擾源,能發射電磁波并影響其他系統的穩定性。電磁兼容就是指在同一電磁環境中,電子設備能夠不因為其它電子設備的干擾影響正常工作,同時也不對其它電子設備產生影響工作的干擾。如果在一個系統中各種電氣設備能夠正常工作而不致相互發生電磁干擾,而造成電氣性能改變或設備的損壞,就可以稱這個系統中的電氣設備是相互兼容的。小知識:何為EMI/EMC?隨著筆記本電腦主板電子器件功能的多樣化、結構的復雜化、功率的增加和工作頻率的不斷提高,同時它們的靈敏度也越來越高,這種電磁相互兼容的狀態越來越難獲得。為了使整個電腦主機系統達到電磁兼容的要求,必須要以系統的電磁環境為依據,要求不同的功能模塊產生的電磁輻射限制在一定的范圍之內,同時又要求模塊本身要具備一定的抗干擾能力。只有對每一個功能設備都作出這兩個方面的約束和改進,才能保證電腦系統達到完全兼容與運行的穩定。小知識:何為EMI/EMC?
最后,舉個例子來講,我們可以這樣認為:筆記本電腦主板的前端總線數據傳輸信號對其他信號的干擾非常嚴重,也就EMI現象很嚴重,而且其本身也比較容易受到干擾,即EMC很弱。很顯然,如果前端總線信號受到其他信號的干擾并產生誤判的現象,則很有可能導致系統運行異常的故障。EMI/EMC現象,雖然看不見、摸不著,但它們對我們生活的影響是毋庸置疑的。一些電器、電子設備,如手機,在工作時所產生的電磁波,容易對周圍的其他電器、電子設備形成電磁干擾,引發故障或者影響信號的傳輸。同時,過度的電磁干擾會形成電磁污染,危害人們的身體健康,破壞生態平衡等負面影響。小知識:筆記本電腦PCB板介紹印刷電路板(PrintedCircuitBoard,簡稱PCB)幾乎在所有電子設備當中都能見到,設備中的功能模塊的不同電子元件都過相應的焊接技術固定在形狀各異的電路板上。小知識:筆記本電腦PCB板介紹筆記本電腦的主板,實際上也是由前面提到的PCBlayout文件按照一定的比例生成的PCB板和焊接在PCB上的數千顆電子元件、集成芯片組成。PCB板包含了所有的主板原理線路圖中標注的電子元件間的連接信號(Trace),也就是我們在電腦主板上看到的一根根走線,和元件實際封裝尺寸的焊點(Pad),元件封裝是指實際元件焊接到PCB板時所指示的外觀和焊點位置。同時,PCB板還要滿足整機的實際機構設計要求,要做到與主機的機殼和其它功能部件很好連接的匹配。
小知識:筆記本電腦PCB板介紹隨著電腦主板的電氣復雜程度越來越高,需要電子元件的數目就會越來越多,集成芯片的引腳數也會越來越多,相應的PCB板上布線的數目越來越多,走線越來越密。前面已提到,為了滿足筆記本電腦主板的PCB布線和EMI/EMC等相關因素的需求,通常要求PCB板的層數必須達到6層以上,每一PCB都有其存在的依據,我們可以通過下圖所示的示意圖,做個簡要的闡述。小知識:筆記本電腦PCB板介紹原始PCB板在未加工之前,本身的基板是由絕緣隔熱、不易彎曲的材質所制作而成,在下圖所示絕緣層的表面可以看到的很薄的一層的材料就是銅箔,原本銅箔是覆蓋在整個板子上的,而在制造過程中部份被蝕刻處理掉,留下來的部份就是我們實際看到的用來連接各種電子元件的金屬導線了。銅箔絕緣層蝕刻后蝕刻前蝕刻(ETCHING):目的:利用藥液將顯影后露出的銅蝕掉,形成內層線路圖形主要原物料:蝕刻藥液(CuCl2)前處理(PRETREAT):目的:去除銅面上的污染物,增加銅面粗糙度,以利于后續的壓膜制程主要原物料:刷輪
以上我們只是簡要的介紹一下PCB的制作原理,實際的生產過程比這要復雜的多。前面有提到,筆記本電腦主板的PCB板是由多層的板材組成,上頁所示的第一層PCB制作完畢之后,再制作第二層、第三層……但是,各位有沒有想過,不同PCB板層之間是怎么實現電氣導通的呢?下面,我們就要提到過孔(Via)的概念了,過孔主要是用來擔當不同PCB信號的導通的橋梁。從工藝制程上來說,過孔一般分為盲孔(BlindVia)、埋孔(BuriedVia)和通孔(ThroughVia)三類,通孔有時也用來固定一些主板的接口類(DIP封裝)元件,以保證在插拔時不會造成錫裂而導致的接觸不良。如下圖所示,過孔會對系統傳輸信號造成一定的反射作用,此外,過孔本身也會產生寄生電感、電容。理論上來講,過孔的尺寸直徑越小,其電氣寄生電感、電容就越小,對系統信號的影響也就越小了,但相應的工藝成本就會增加。
如下面左邊的示意圖所示,PCB有些板層是專門的接地和電源層,如第二、第五和第七層。在布線的時候,盡可能的將電壓(VCC)和地(GND)的相同連接特性的PAD和VIA連接在一起,使它們的電位相同,不會產生相互干擾。此外,由于銅箔的導熱特性,大面積的鋪銅,也可以有利于散熱。下圖右側的電源層有5V、2.5V和3.3V組成。筆記本主板上所有金屬材質的接口、PCB定位孔都是和接地層相導通的。部分機型為了防止數字信號的地的雜訊對聲卡的模擬地產生干擾,通常會把它們隔離開來,即數字地和模擬地不同相互導通。
從主板制程的角度來看,一些尺寸較大的芯片通常需要分布的主板的同一面,這是因為主板在工廠制造的時候,其兩面的元件通過SMT技術是分兩次安裝上去的。尺寸較大的集成芯片通常在第二次才安裝,以避免主板在第一次過高溫回焊爐的時候會掉下來。某些顆粒較大的“電感”元件需要點“紅膠”來固定,此類紅膠具有預熱冷卻后就會固化,即使再次預熱也不會融化。總之,筆記本PCB板制造及布局是一項非常復雜的藝術,它的復雜程度不亞于電路原理圖的設計。小知識:SMT技術?所謂SMT(SurfaceMountTechnology)技術,其中文意思就是為表面粘貼技術,它的核心部分就是將主板上的元件、芯片直接粘在印制板上,而不是傳統的將元件的引腳直接穿過PCB板,針對復雜程度高,元件布局緊密的筆記本電腦主板來講,后者的做法顯然是行不通的,普通的筆記本電腦主板都是兩面布局元件的,SMT技術是將元件引腳直接焊接在PCB的PAD點上。表面安裝技術主要有如下特點:◆由于印制板大量消除了大導通孔或埋孔互聯技術,提高了印制板上的布線密度,減少了印制板面積,同時還可降低印制板的設計層數與成本;◆減輕了重量,提高了抗震性能,采用了膠狀錫膏及新的焊接技術,提高了產品質量和可靠性;◆由于布線密度提高和引線長度縮短,減少了寄生電容和電感,更有利于提高印制板的電性能參數;◆比插裝式安裝更容易實現自動化,提高安裝速度與勞動生產率,相應降低了組裝成本。從以上的表面安裝技術就可以看出,線路板技術的提高是隨芯片的封裝技術與表面安裝技術的提高而提高。
下面簡要介紹一下筆記本電腦的主機機構,或稱機殼的設計流程。電腦硬件產品開發商會有專門的機構工程師(MechanicalEngineer)開發團隊,他們在PCB團隊作layout之前,就會相互通力協作,通盤考慮PCB板的板形,包
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