显卡供电电路和工作原理.docx
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显卡供电电路和工作原理
虽然显卡的工作原理非常复杂，但是它的原理和部件倒是很容易理解。
数据离开CPU，必须经过4个步骤，才会到达显示屏上。
1.从PCIbus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。
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0.9~1.6V，显存供电是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。
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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。
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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：
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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。
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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.VDD
EEPROM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：
SDISDOSCKCS。
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，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。
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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。
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DVI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。
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上图这个是DVI—D接口，它只支持数字信号。
下图这个是DVI—I接口，它同时支持数字和模拟信号。
（两张图我盗来的。
）
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2011-11-2316:
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HDMI能够高品质的传输未经压缩的高清视频和多声道音频数据，它的最高数据传输速度为5GB/秒，同时无需在信号传输之前进行数模转换，可以保证最高质量的影音信号传送。
HDMI不仅可以满足目前最高画质1080P的分辨率，还能支持DVDAudio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，XX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SeparateVideo，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。
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S端子是日本在AV端子的基础上改进而来的。
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。
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：
15625X283.5=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端子有提高图象清晰度以及色纯度的作用。
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