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膝上型(Laptop)电脑,英文又可以称之为“Notebook”,俗称笔记本电脑。笔记本电脑是桌面电脑(Desktop)的微缩与延伸产品,也是电脑使用者对电脑产品更高需求的必然产物。其主要优点:体积小、重量轻、携带方便,超轻超薄是其的主要发展方向之一,它的性能会越来越高,功能会更加丰富。笔记本电脑凭借其便携性的特点,自诞生起,就在PC(PersonalComputer)市场上占有一席之地。尽管早期的笔记本电脑“厚度”如砖头,跟今天的超轻、超薄的“本本”不可同日而语,但它毕竟可以让使用者方便的抱着走了,使得“移动办公”成为可能,这是桌面电脑无法做到的。前期的笔记本电脑,由于本地化生产规模较小、生产工艺较为精细等因素,导致其价格一直高高在上,难以走近普通大众,普及率较桌面电脑并不是很高。随着IT技术的不断发展,英特尔(Intel)公司在2003年推出第一代“迅驰”平台,其由855芯片组、Banias为核心的PentiumM处理器和IntelPro/Wireless2100Mini无线模块三个部分组成,打破了计算机传统有线网络的束缚,实现了“无线”上网,使得笔记本电脑实现了真正意义上的移动办公,彻底摆脱了固定办公桌面的束缚,开创了一个新的时代。不仅如此,其之前推出的SpeedStep系统节能技术,可以聪明地调节计算机系统CPU的工作电压和频率,使得笔记本电脑电池的续航时间在原有基础上得以延长,使用者可以更好的享受移动办公的乐趣。此外,伴随PC业界的竞争逐渐加剧,从2004年跨入2005年间,笔记本电脑的价格可谓一落千丈,机器的性能却越来越高,其已不再是身份和地位的象征,它更是一个工具,帮助我们从纷繁的事务中解脱出来。不久的将来,拥有一台属于自己的“本本”,必定就像如今购买手机这么简单、便捷。小知识:什么是计算机主板?主板的英文名字叫做:“MotherBoard”,简称M/B。与此相对应,部分笔记本电脑机型为了满足外置功能模块的布局,会通过排线或转接口转接相应的功能小板,英文名称:“DaughterBoard”,简称D/B。我们通常会以此功能小板的包含的主要功能为此小板命名,如果此功能小板上主要包含USB接口,我们就可以称这块小板为:“USB板”。主板是计算机主机中最大的一块线路板,它包含了整个系统芯片组平台,是整个计算机的中枢,所有内置部件及外围设备都是通过它与主机处理器(CentralProcessUnit,简称CPU)连接在一起,然后由处理器发出相应的操作指令来执行相应的操作。主板芯片组平台的优劣,和CPU一样,决定了整个计算机系统的档次,计算机的整体运行速度和稳定性在相当程度上取决于主板的性能;如下图所示是典型的笔记本电脑主板视图:
为了配合不同笔记本电脑整体机构设计的需要,不同机型电脑主机的主板通常会有不同的外形,有别于桌面电脑的主板通用性,这也给DIY爱好者攒机造成相当的困难!
桌面电脑需要将主机的视频信号通过VGA(VideoGraphicsArray)模拟信号端口输出到外接的CRT(CathodeRayTube)显示设备,整个显示系统也会因此显得厚重。近期桌面电脑制造商为了满足电脑用户对显示设备的进一步需求,亦逐步推出了基于传统VGA接口界面的液晶显示屏,使得视频显示画面得以改善。
笔记本电脑采用的是基于LVDS(LowVoltageDifferentialSignal)数字视频传输界面的液晶显示屏模组(LiquidCrystalDisplay,简称LCD)。该视频界面具有工作电压低、差分信号抗干扰能力强和数据传输带宽高等VGA接口无法比拟的特点。此外,LCD显示面板具有体积小、驱动电压低、功耗小的特点;其自身不发光的被动显示方式,使人的眼睛观看不易产生疲劳,有利于人眼的健康保护。同时,主板还预留VGA视屏输出端口,以保证在有同屏外接显示需求时的视屏输出。显示模块小知识:什么是LCD屏?LCD屏,即液晶显示屏。液晶得名于其物理特性,大多数液晶分子都是以液态方式存在的有机化合物。一般可分为单色与彩色液晶显示屏两种,单色的LCD屏已经退出笔记本电脑市场,而彩色的LCD屏仍在持续发展。屏的每个液晶像素点都是由集成在像素点后面的薄膜晶体管来驱动,正如传统的阴极射线管显示器一样,红、绿、蓝三色液晶混合,形成一个象素(图元)。控制红、绿、蓝三个色点的电压,让不同浓度的三色混合,就形成所需的各种颜色。目前笔记本电脑主流LCD屏为薄膜晶体管(ThinFilmTransistor,简称TFT)显示屏,也就是被很多人俗称的真彩液晶显示屏。LCD屏具有平、薄、轻的特点,并且容易实现大面积显示的要求,因此特别适合用于做笔记本电脑的显示器。LCD屏同时还拥有许多传统的CRT显示技术所不具备的优势,能够提供更加清晰的画面显示,而且屏幕无闪烁,能够有效降低长时间注视屏幕所产生的视觉疲劳。
随着笔记本电脑的日益普及,越来越多对笔记本硬件感兴趣的朋友并不满足于电脑的日常应用和简单维护,但苦于笔记本硬件技术相关的资料匮乏,只能扮演简单的DIY(DoItYourself)的角色,他们升级了所有能升级的硬件,从MMC2(MobileModuleConnector2)接口的Intel奔腾2代的CPU升级到奔腾3,已经不再是新闻;而自己为电脑主机扩展USB端口也不是什么新鲜事;为无蓝牙功能的机器打造内置的蓝牙模块也一直在论坛上看到……可是各位知道不知道,为什么笔记本电脑主板只需要外接适配器的单一供电源,就能够实现系统的正常开机运行了呢?难道笔记本电脑主板芯片都是工作在同一个工作电压下?如果不是,那它们又是如何实现芯片工作电压的分配与管理的呢?系统电池又是如何实现对主板供电的?电池究竟什么时候该充电?各位千万别急,我们会在后续的内容为大家道来……在学习笔记本电脑硬件知识之前,我们首先还是揭开”本本“的神秘面纱吧,同时也会对构成笔记本电脑的主要部件用途、规格做个简要的介绍,俗话说的好:“磨刀不误砍柴工”么!呵呵……切入正题,下图是我们去掉主机上盖和LCD屏框机器视图,让我们了解一下机器内部都有一些什么东东组成?
下图所示,是针对上述视图机型的完全拆解后的部件排列位图,可以看到一台完整的笔记本电脑机器,其实是由若干部件设备组合而成,不同的部件设备厂商、不同的功能模块,最终通过主板这个平台组合成我们能够看到的笔记本电脑的模样,呵呵,“人不可貌相”呀。笔记本电脑拆卸和安装本身也是一门学问,需要适合的拆装工具和一定的实践技巧,如果您从未在专业人士指导下操作过,建议不要轻易尝试。笔记本电脑部件设备的安装,相对于桌面电脑要精密的多,其部件结构亦较脆弱,很容易在不恰当的拆装过程当中造成无法挽回的损坏;关于笔记本电脑的拆装作业指导,限于本书篇幅,这里将不做说明,有需要的朋友可以通过PC硬件提供商等相关渠道寻求技术支持信息。1.硬盘介绍:硬盘全称为,硬盘驱动器(HardDiskDrive,简称HDD),其作为电脑主机的核心存储设备,肩负着硬件操作系统、用户资料等数据的存储提供物理空间。笔记本和桌面电脑硬盘,从产品结构和工作原理上来看,并没有本质上的区别,笔记本硬盘通过相应的硬盘转接口转接后,亦可使用在桌面电脑平台上;考虑到笔记本电脑便携性和移动性的需要,其硬盘必须在体积、稳定性、功耗上达到很高的要求,而且防震性能要好,部分电脑硬件厂商还专为主机硬盘设计了震动保护系统,在主机遇到震动时硬盘能够暂时停止运转,以便保护硬盘不受损坏。目前笔记本硬盘标准产品的盘片直径有2.5和1.8英寸两种,前者是当今笔记本电脑的主流产品,盘体厚度通常为9.5mm,远低于3.5英寸的桌面电脑硬盘;从硬盘接口的传输界面上区分,通常又可以分为:IDE(IntegratedDriveElectronics)和SATA(SerialATA)传输界面两种;2.5英寸IDE界面硬盘工作电压为5V,采用16位并行数据的传输方式;SATA界面硬盘工作电压为5V和3.3V,以其串行数据传输抗干扰能力强、针脚数少和支持热插拔等特点,已逐步取代IDE接口硬盘,成为市场主流产品。1.8英寸的硬盘主要应用在某些超轻、超薄的机型上,其接口信号本身兼容2.5英寸的硬盘,接口界面亦分为IDE和SATA两种型号,盘体工作电压通常为3.3V。主要性能参数:◆转速:目前笔记本硬盘转速有4200r/min、5400r/min和7200r/min等几种,市场主流产品硬盘转速为5400r/min;由于受到笔记本主机空间狭小、采用高速电机必然会带来更大的功率功耗和发热量等因素影响,其转速较桌面电脑硬盘10000r/min的转速还有一定的差距。◆容量:硬盘产业界较早推出的20GB~40GB容量空间,近期60GB~120GB甚至更大容量空间;硬盘容量大小是定位硬盘档次高低最重要的指标之一。◆缓存:为了平衡硬盘内部与主机数据传输的延迟,需要将读取过的数据暂时保存在其缓冲区域中,如果主机再次需要时,可直接从缓冲区域区提取,加快读写速度;缓存(Cache)作为硬盘性能一项重要指标,其容量的大小,一定程度上影响着硬盘性能的发挥。目前最常见硬盘缓存容量为8MB。◆速率:笔记本电脑目前IDE(UltraATA-100)接口界面的并行硬盘数据传输速率理论上可以达到100MB/Sec;SATA-1(SATA1.0标准)接口界面的串口硬盘传输速率理论上可达到150MB/Sec;SATA-2(SATA2.0标准)传输速率为300MB/Sec。典型产品型号外观:2.光驱介绍:笔记本电脑较桌面电脑光驱来讲,通常会省略左右声道和音量调节相关音频接口信号。由于笔记本光驱的面板外形、接口尺寸标准通常不统一,在做光驱替换时需要考虑待替换光驱的面板、光驱的固定支架与主机是否匹配等因素。从光驱传输接口界面来看,目前市场主流产品仍然采用传统的IDE界面16位的并行数据传输方式,设备工作电压为5V,兼容于IDE界面的硬盘接口信号;部分轻薄型的笔记本,为了进一步减小主机尺寸,可能会采用外置光驱方式,目前笔记本外置光驱一般是通过USB接口作为设备接口界面和主机相连接。目前吸入式盘(Slot)较传统托(Tray)光驱接口界面一样,但其不支持直径为8厘米小尺寸光盘的读取。主要行能参数:传输速率:光驱的数据传输率是指每秒钟之内光驱能读取的数据流的大小。在CD-ROM的规范当中,通常会以150KB/sec的传输速率为基准速率,称之为1X,即所谓1倍速;在DVD-ROM的规范当中1X=1350KB/sec的数据传输速率。光驱数据传输的倍速,从理论讲是越高越好,意味着光驱的存取速度相对来说就会越快,但同时也要考虑读盘噪音、功率消耗和读盘误码等负面因素。CD各种倍速的传输速率:1x(1倍速)基本传输速率为150KB/sec
4x(4倍速)基本传输速率为600KB/sec
8x(8倍速)基本传输速率为1200KB/sec
……依次类推注意:只有在高速光驱(24速以上CD-ROM)才能读出CD-RW光盘的数据DVD各种倍速的传输速率:1x:(1倍速)基本传输速率为1350KB/sec
4x:(4倍速)基本传输速率为5400KB/sec
8x:(8倍速)基本传输速率为10800KB/sec……依次类推主要性能参数:缓存:缓存是集成在光驱控制器上的数据缓冲区,以RAM(RandomAccessMemory)形式存在的物理存储器,主要用于存放系统读出的临时数据,与高速缓冲存储器能提高系统的速度原理相似,硬盘驱动器上也有类似的数据缓冲区。缓存能有效地减少光驱读光盘的次数,提高数据传输速率。它的容量大小直接影响光驱的数据读取的速度。目前笔记本光驱常见缓存容量有2MB、8MB。LCD种类:当前笔记本电脑标准的XGA(ExtendedGraphicsArray)液晶屏多采用1024x768的分辨率(显示屏长宽比例为4:3),其面板尺寸可以为8.9~15英寸,算得上真正的主流产品。早期分辨率为640x480的VGA(VideoGraphicsArray)和分辨为800x600的SVGA(SuperVideoGraphicsArray)LCD屏基本上已退出笔记本电脑市场。此外,有些机型可能会配置面板尺寸更大、分辨率更高的高端LCD屏,譬如,分辨率为1400x1050的SXGA(SuperExtendedGraphicsArray)和分辨率为1600x1200的UXGA(UltraExtendedGraphicsArray)的液晶屏等等。如此高的分辨率,会让视屏显示画面更细腻、逼真,当然,如果在面板尺寸不是很大LCD屏,采用如此高的分辨率,会使得系统显示画面图标很小。同时高分辨率LCD屏,由于对制造工艺要求较高,价格也是比较昂贵,目前只有少部分高端机型配备了这些类型的LCD屏。下图为各类液晶屏型号的参数表:LCD屏主要性能参数:LCD尺寸:从笔记本电脑液晶屏的尺寸(液晶屏面板的对角线长度尺寸)上分,目前最主流的产品有12.1、13.1、14.1和15.4英寸的宽屏,以及最常见的14.1英寸的普通液晶显示屏。显示分辨率:分辨率即指LCD屏的最小显示单元组成的有效显示点数,通常由若干物理像素组成,例如标称分辨率为1024×768的LCD屏,就是指在该LCD面板的横向上划分了1024×3(一个显示单元有水平方向排列的R、G、B三个像素构成,以便搭配不同的颜色深度)个像素,竖向上划分了768个像素;LCD屏标称分辨率往往也是视屏画面显示的最佳显示分辨率设置。同时根据标称分辨率,我们还能得出该型号LCD屏的长宽显示比例为1024/768=4:3的规格,其他型号的液晶屏的算法依此类推即可。典型产品型号外观:内置无线网卡介绍:无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。它利用射频(RF)技术,取代旧式的双绞铜线构成局域网络,提供传统有线局域网的所有功能,网络所需的基础设施不需再埋在地下或隐藏在墙里,也能够随需移动或变化。使得无线局域网络能利用简单的存取构架让用户透过它,达到“信息随身化、便利走天下”的理想境界。笔记本内置无线网卡的作用、功能跟普通网卡一样,就是用来连接到局域网络环境,是实现“无线上网”方式之一。WLAN(WirelessLocalAreaNet)是20世纪90年代计算机与无线通信技术相结合的产物,它使用无线信道来接入网络,为通信的移动化,个人化和多媒体应用提供了潜在的手段,并成为宽带接入的有效手段之一。为了让WLAN技术能够被广为接受和使用,确保各厂商生产的设备都能具有兼容性与稳定性,标准的建立是必不可少的。内置无线网卡介绍:WLAN标准由IEEE(电机电子工程师协会)制定,最早在1997年推出的IEEE802.11规格标准,在1999年9月又推出了IEEE802.11a和IEEE802.11b。相比而言,802.11a要比802.11b更具有速度优势,但由于成本问题制约了其发展,因此其并没有得到广泛的推广。802.11b曾经为无线网络的主流标准,但802.11b仍存在传输速度较慢的问题,802.11g应运而生。早期的无线规格制定了在射频频段2.4GHz上的运用,并且提供了1Mbps、2Mbps和许多基础信号传输方式与服务的传输速率规格。IEEE802.11a和IEEE802.11b标准则分别为5.8GHz和2.4GHz频段做定义。这两组新的标准也定义了IEEE802.11a中5Mbps、11Mbps到54Mbps速率的新物理层。两种不同接口界面的无线网卡内置键盘介绍键盘按照代码转换方式可以分为编码式和非编码式两种。编码式键盘是通过数字电路直接产生对应于按键的ASCII码,这种方式目前很少使用。非编码式键盘将按键排列成矩阵的形式,由硬件或软件随时对矩阵进行扫描,一旦某一或组合键被按下,该键的行列信息即被转换为位置码并送入主板的控制芯片,再由键盘驱动程序查表,从而得到按键的ASCII码,最后送入内存中的键盘缓冲区供主机分析执行。笔记本电脑键盘按键信息控制模块通常和其电源管理模块整合成一个功能芯片,我们可以称之为嵌入式控制器(EmbeddedController,简称EC),后续章节将会较详细介绍。非编码式键盘由于其结构简单、按键重定义方便而成为最常采用的键盘类型,也因此应运而生多姿多彩的多媒体键盘,为了实现键盘或电脑主机上的某些快捷按钮定义的功能,还需要PC硬件商事先在ECBIOS或相应的快捷键驱动程序里定义好相应按键功能。此外,由于此类键盘不需要单独的控制芯片,键盘本身可以省略控制线路,可以做的很轻薄。目前笔记本电脑内置键盘几乎都是采用非编码键盘编码方式。
内置键盘介绍
非编码式矩阵键盘接口通常由若干根输入、输出按键信号侦测脚组成,笔记本电内置键盘接口通常由8根输入和16根输出,共计24根信号侦测脚组成。内置键盘实际上就是一个矩阵开关,通常由八十几个键盘按键组成,当我们按下某个键盘按键时,就相当于将键盘接口的某两根输入、输出信号脚进行短接,主板键盘控制芯片依此得出键盘的输入信息。有兴趣的各位可以取下机器内置键盘,直接短接主板键盘接口的某两个PIN脚,同样可以实现键盘字符的输入。当然,非编码式矩阵键盘也有其局限性,如果同时按下三个或以上键盘按键时,有可能会导致所谓的“键位冲突”的问题,即同时按下若干按键时,主机可能只能实现部分按键的输入,喜欢打游戏的朋友在自定义组合按键的时候可能会有体会。关于内置键盘键位冲突问题具体原因,限于本文篇幅,不再详细说明,有兴趣的各位可以通过网络等资源获取相关资讯。典型笔记本电脑内置键盘电源适配器介绍:
电源适配器(Adapter)主要为便携式电子、电器设备供电电源变换设备,一般由外壳、电源变压器和整流电路组成,按其输出类型可分为交流输出型和直流输出型;在电源适配器上通常都会有一个铭牌,上面标示着输入电压、电流的范围和输出电压、电流值等性能指标。多数笔记本电脑的电源适配器可以满足100~240V(频率:50~60Hz)交流市电输入,15~20V直流电压输出,输出的电流大小也因机器的最大功率设计消耗不同而不同,通常可以在2~5A之间,甚至更高。适配器的输出功率算法很简单,就是其输出直流电压和电流值的乘积,我们可以得出性能参数为20V、5A输出的电源适配器的额定功率为100W。下图为适配器内部模块剖析图,各位可以对其内部构造可见一斑。注意:适配器厂商出于对使用者人身及其他安全之考虑,通常不会给用户提供拆卸界面,不允许私自拆装!
电源适配器介绍:
电源适配器通常不能通用,主要有三个方面因素导致:首先,各个PC厂商机型设计额定外接工作电压值可能不相同,相应的适配器输出电压值也不相同,有些是16V电压输出,或者其他大部分机型的19V电压输出等,如果将较高电压输出的适配器使用在较低电压设计的笔记本电脑上,可能会导致PC主机的元器件烧毁。其次,不同的笔记本电脑设计的最大功率消耗通常不相同,所以需要的适配器的电流输出大小也不相同,小功率机器需要的电流较小,大功率机器则较大,笔记本电源适配器不仅担负着为主机系统提供电源能量的重任,而且也在系统电池需要充电时为其提供充电电源能量,所以,如果适配器输出功率小于机器消耗最大功率的话,则有可能导致系统无法正常开机加电、或系统电池正常充电等故障。再次,不同机型的笔记本电脑主机电源供电接口形状可能也不相同,最常见的有2脚,即电压和接地脚。此外,还有不同PIN脚数的,如4脚的电源口,除了电压和接地脚,另外两PIN是用来加强电源接触的可靠性,或者为主板系统提供外接电源适配器功率等身份(ID)信息,以便系统自动调节自身功率消耗。不同的电源口,分别如下图所示:电源适配器介绍:
正因为如此,目前还没有能通用于所有笔记本电脑的电源适配器。在做电脑故障诊断的时候,我们可以通过专用的电源供电设备,调节适合的电压、电流输出,来为主机供电。后续章节亦会有介绍。典型笔记本电脑电源适配器系统电池介绍电池作为笔记本电脑实现移动办公的主要支持部件之一,它的作用各位应该已经非常清楚,其能够在没有外接适配器供电的情况下,为系统提供供电电源。电池本身就好比一个存储能量的池子,在有外接适配器电源对其充电的时候,电能就会被转换为化学能量存储起来,直到充满为止;在没有外接电源且需要提供电源的时候,再将先前存储的化学能量转换为电能来对主机系统提供工作电源。笔记本电池的发展从镍镉(Ni-Cd)、镍氢(Ni-MH)到现在最主流的锂离子(Li-ion)及未来可以预见的燃料电池,经历了几代的发展,无论其体积、容量和安全性都发生了很大的变化。最早的笔记本电脑电池电芯几乎都采用镍镉材料,由于当时电池技术不够先进,因此镍镉电池有了很多令人头疼的缺点,如:体积大、份量重、容量小、寿命短、有记忆效应等因素,目前镍镉电池基本上已经被淘汰。系统电池介绍接下来笔记本电脑开始采用镍氢电池,这种电池具有较好的性价比和较大的功率输出,同时镍氢也是一种较为环保的电池材料,易于回收再利用,对环境的造成的负面因素也较小。不过与锂离子电池相比,有充电时间长、重量较重、容量较小等缺点。此外,还有一定的记忆效应,通常认为需要使用者必须用尽电池电量后才能进行充电动作。镍氢电池很快被锂离子电池替代。锂离子电池具有体积小、重量轻、自放电率低、无记忆效应、储能密度大和可随时充电并且持续放电时间长等优点,目前笔记本电脑普遍采用这种材料电池。尽管如此,锂离子电池在使用一段时间后,仍然会有电池容量降低、供电时间变短的情况,通常认为是由于电池正负极材料活性的钝化及在电池充放电过程中,出现的化学反应而生成的其他化合物。锂离子电池的使用寿命也受电池的使用时间和充放电次数的限制。由此看来,目前PC业界还没有十全十美的笔记本电池。系统电池主要参数:电池电芯数:打开笔记本电脑电池的外壳,我们可以一睹电池内部的“庐山真面目”,其通常由若干圆柱型电池芯串并联后组成的供电电芯组。电池电芯很像我们常见到的5号干电池;电芯本身输出电压、容量的大小和电芯数量的多少,将直接影响笔记本电池的输出电压高低与容量大小。除此之外,我们还能看到电池的相关控制电路模块,后续章节将会较详细介绍。下图为典型型号电池的剖析图,供各位参考。注意:电池厂商出于对使用者人身及其他安全之考虑,通常不会给用户提供拆卸界面,非专业维修人员不允许拆装!系统电池主要参数:输出电压/电流:常见的笔记本电池电压输出范围在10~18V之间。若以锂离子电池为例,一节锂离子电池电芯的电压为3.6V左右,为了达到笔记本主机工作所需要的电压,通常采用电芯串联的方式,如果电池额定电压是10V左右,可以采用3节电芯串联的方式。同理,为了满足系统电池电流的输出规格,可以采用电池电芯并联的方式来满足。其他规格的电池组成方式,以此类推即可。电池容量:电池容量作为同类电池性能参数最重要的性能指标之一,通常以放电的能力,即毫安小时(mAh)来衡量。如标称4800mAh等,数值越大,电池的容量就越大。电池标称容量的大小直接关系到笔记本电脑的使用时间,但也不能一概而论,电池的续航时间还与笔记本的硬件配置及使用环境有很大关系。笔记本锂离子电池,通常采用3组电芯并联的方式,来提高电池容量,通常可以达到4500~6000mAh。CPU介绍CPU是中央处理器(CentralProcessingUnit)的英文缩写,它是计算机中系统最重要的部件之一,是计算机技术的核心。如果把计算机比作人,那么CPU就是人的大脑,主要功能是对系统操作指令进行算术和逻辑运算。其内部结构大致可以分为控制单元、算术逻辑单元和存储单元等若干功能模块。按照处理信息的字长可以分为:八位微处理器、十六位微处理器、三十二位微处理器以及六十四位微处理器等等。
CPU介绍:CPU的发展非常迅速,1978年Intel从真正意义上的16位8086CPU发展到2006年底推出的64位酷睿双核2代(代号Merom)移动CPU,只用了不到三十年的时间。期间CPU的性能、制造工艺发生了翻天覆地的变化,随着CPU的不断更新换代,其总体是朝着集成化程度越来越高、标称工作电压越来越低、工作频率越来越高及数据处理能力越来越强等发展趋势。Intel凭借其强大的研发能力,目前在PC中央处理器及芯片组产业上成为名副其实的巨头,能与之一争高低的只有AMD,而全美达(Transmeta)避开了在处理器性能技术上的不足,在功耗上下功夫,2004年初推出了功耗极低的Efficeon系列处理器,使得移动处理器领域形成了三足鼎立之势,近来Intel为了应对AMD64位双核CPU技术的挑战,也开发了属于自己的双核CPU,而不是之前的一味追求高CPU的工作频率做法,个人电脑市场CPU产业竞争有愈演愈烈之势,这是电脑爱好者所乐见的,因为可以体验到更好、更新的IT产品了。CPU介绍早期的笔记本和桌面电脑采用相同制程的CPU,但随着CPU主频和集成度的提高,普通桌面电脑CPU的较高发热量已不再适合在笔记本电脑主机较小的散热空间内使用。此外,依赖于电池供电的笔记本电脑如果采用高功率消耗的桌面CPU会使的电池的续航时间变得很短,所以开始出现专门为笔记本设计的移动(Mobile)CPU,它除了追求卓越的性能以外,也要求其具有低发热量和低耗功耗的特点。制造工艺往往比同时代的桌面CPU更加先进,MobileCPU中会集成桌面电脑CPU中不具备的电源管理模块,移动CPU价格通常较桌面电脑高很多。CPU主要参数:处理器主频:主频也叫时钟频率,单位是MHz,主要用来表示CPU的运算速度。CPU的主频由外频和倍频来确定,两者的乘积就是主频。CPU的主频与外频之间存在着一个比值关系,这个比值就是倍频系数,简称倍频。倍频可以为1.5~23范围之间,甚至更高,以0.5为一个间隔单位。外频和倍频其中任何一项提高,都可以使CPU的主频上升。由于主频并不直接代表运算速度,所以在特定的情况下,很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象,因此主频仅仅是CPU性能表现的一个方面,而不代表CPU的整体性能。
前端总线频率:前端总线(FrontSideBus,简称FSB)频率也即CPU的外部时钟频率,它是CPU和北桥之间数据总线传输时钟频率。前端总线频率越高,就意味着单位时间内传输的数据量也就越大。目前常见笔记本电脑CPU的前端总线频率范围在400MHz~800MHz之间。CPU主要参数:内部缓存(L1Cache):封闭在CPU芯片内部的高速缓存,用于暂时存储CPU运算时的部分指令和数据,存取速度与CPU主频一致。高速缓冲存储器均由静态RAM组成,结构较复杂,一般L1缓存的容量通常在32~256KB之间。L1缓存越大,CPU工作时与存取速度较慢的L2缓存和内存间交换数据的次数就越少,相对CPU的运算速度可以提高。外部缓存(L2Cache):CPU二级高速缓存,分内部和外部两种模块。内部的芯片二级缓存运行速度与主频相同,而外部的二级缓存则只有主频的一半。L2高速缓存容量也会影响CPU的性能,原则是越大越好,目前笔记本电脑IntelCPU的L2缓存容量一般在1MB~4MB之间。同时代AMD的CPUL2缓存容量相对较小。地址总线宽度:地址总线宽度决定了CPU可以访问的物理地址空间,简单地说就是CPU到底能够使用多大容量的内存。当前32位地址总线的CPU理论上可以访问4GB的存储空间,同时具备64位数据位宽的传输能力。CPU主要参数:封装形式:传统意义上的封装形式对于芯片仅仅是一个外壳,是机械结构性的保护,现阶段芯片的封装除了结构特性外,还包含了散热机制,并成为了电性能上芯片与主板连接的平台。CPU封装的意义在于最大限度的发挥它的最佳性能和提供一个与主板的连接平台,是实现笔记本专用CPU体积小、散热快、功耗低等各项特性的保证。一般而言,移动处理器采用的封装形式取决于各个时代CPU的工艺技术和成本等因素,封装技术对于笔记本电脑CPU而言,是一种很重要的技术体现。CPU主要参数:下面列举几种常见的移动处理器封装形式,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。通过对CPU封装的分析可以看到,早期TCP封装的CPU是焊接在主板上的,因此不可升级;MMC1、MMC2、Mini-cartridge封装的CPU从理论上来说是可更换的;BGA(包括BGA-1和BGA-2)、Micro-FCBGA封装的CPU由于是直接焊接在主板上,因此个人用户无法升级;μPGA(包括μPGA-1和μPGA-2)、Micro-FCPGA封装是所有封装中升级最为方便的。小知识:什么是迅驰技术?提到移动CPU,就不能不提到Intel迅驰技术,迅驰技术是因特尔2003年3月12日,面向笔记本电脑推出的无线移动计算技术的品牌名称。迅驰(Centrino)是中心(Centre)与中微子(Neutrino)两个单词的缩写。迅驰移动计算技术是英特尔最出色的笔记本电脑技术之一,它不仅仅包含一枚处理器,同时还具备集成的无线局域网能力,卓越的移动计算性能,并在便于携带的轻、薄笔记本电脑中提供了耐久的电池续航时间。迅驰平台通常认为有三部分组成:移动式CPU、相应的芯片组(Chipset)以及基于802.11x标准的无线网络功能模块。小知识:什么是迅驰技术?小知识:什么是迅驰技术?小知识:什么是迅驰技术?CPU风扇介绍笔记本电脑的轻、薄特点使其更具便携性,但同时系统主机散热的问题,也成为PC硬件商设计难点之一。为了保证计算机系统的稳定性,需要要让CPU、显示芯片等部件工作温度保持在合理的范围内,除了让计算机工作在适合的温度环境外,主要就是给CPU进行散热处理了。CPU通常被设计在-25~90℃的温度范围下工作的,某些型号CPU,如IntelTJ85CPU,理论最高工作温度为85℃,当实际温度高于85℃时,系统温度侦测模块会自动切断CPU及系统工作电压,保证CPU不被损坏。普通CPU正常工作温度可以维持在50℃左右,以便保证系统的稳定运行。CPU的散热方式主要分为主动式散热和被动式散热两种。主动式散热结构简单,就是通过散热片将CPU工作产生的热量自然散发到空气中,散热效率较低,无法满足普通计算机系统的散热需求。目前笔记本电脑几乎都采用风冷被动式散热方式,通过风扇旋转的气流强迫性地将散热片发出的热量带走,其具有体积小、散热效率高等特点。CPU风扇介绍风冷散热模组两个部分组成,即散热片和CPU风扇。和CPU直接接触的部分为散热片,它负责将CPU发出的热量传导至散热口,CPU风扇用来给散热片强制降温。CPU风扇介绍影响散热效果的因素很多,风扇转速、散热片材质及CPU和散热片之间结合的紧密程度等都会导致系统散热不良故障。◆风扇转速:笔记本电脑系统能够通过主板上的温控线路,自动侦测到CPU的实时温度,然后根据ECBIOS原先设定好的温度范围,自动调节风扇的转速,如低速、高速和停止等状态。◆散热片材质:热传递的方式主要有传导、对流和辐射三种。当热量被传递到散热片之后,散热片的工作就是将热量从散热片的底部传递到主机通风口处的叶片表面来和周围的空气进行热交换,散热片的导热率导热率越好,热量传递的速度也就越快。银和铜是最好的导热材料,其次是金和铝,但是金、银太过昂贵,所以目前散热片主要由铝或铜材料制成。CPU风扇介绍CPU风扇介绍
◆散热片安装:CPU和散热片接触的紧密程度,主要取决于接触面积大小和之间的间隙。接触面积很好理解,面积越大,就能使热量越快地散发出去,但由于CPU散热核心面积通常是一定的,所以接触间隙的大小对散热效果的影响显得尤为重要。为了较好的弥补由于接触间隙而导致热传导不良的因素,常常采用导热性能较好的硅脂或散热胶带来填充CPU和散热片之间的间隙。此外,CPU和散热片之间的紧密、平行贴合的安装要求,也是必不可少的。◆风扇的噪音:CPU风扇运转时产生的噪音问题无法避免的给电脑使用者带来了一定的困扰,其运转时产生噪音高低,已成为风扇性能性能的好坏重要指标。正因为如此,笔记本电脑的设计者应该考虑这两方面因素的平衡,即一方面要保证CPU等功能模组温度控制在一定的范围之内,以保证系统的稳定性。另一方面,也要考虑到风扇运转时所产生的噪声及额外电流消耗。内存介绍内存正式的叫法是内存储器,之所以叫做内存储器,是因为在物理空间上它位于计算机主机内部,安装在主板的内存插槽上。根据内存存储介质的特性,又可以称之为随机存取存储器(RandomAccessMemory,简称RAM),断开工作电压后暂存数据信息将会自动清除;顺便提一下,只读存储器(ReadOnlyMemory,简称ROM)实际上也是可以实现随机存储功能的,只不过其内部存储信息不会随着电源的断开而丢失。内存主要用来暂时存储处理器运行的程序和数据,以及处理器计算后的结果等信息。由于受到笔记本电脑内部空间狭小的限制,几乎所有机型最多只有两个内存插槽。为了进一步节约主机空间,笔记本电脑使用了专用的SO-DIMM(SmallOutlineDIMM)封装形式内存,较桌面系统DIMM封装形式的内存尺寸小很多。内存的传输速率是指其在单位时间内数据的传输量,可以通过数据传输的位宽和数据传输时钟频率之积得出。例如DDR200内存数据传输速率为:200MHz×64Bit/8=1600MB/Sec,其他型号内存标称算法依此类推即可。
内存介绍DDR内存颗粒通常采用TSOP芯片封装形式,当工作频率超过200MHz之后,过长的芯片脚就会产生很高的阻抗和寄生电容,这会影响它的稳定性和频率提升的难度。这也就是DDR的核心频率很难突破275MHZ的原因。而DDR2内存均采用FBGA封装形式。不同于目前广泛应用的TSOP封装形式,FBGA封装提供了更好的电气性能与散热性,为DDR2内存的稳定工作与未来频率的发展提供了良好的保障。
笔记本电脑现有内存大体可以分为EDO、SDRAM、DDR和DDR2等几种类型。
◆EDO内存:字面意思为扩充数据输出(ExtendDataOut)模式,这种内存主要用于古老的IntelMMX和486机型上面,也有部分PC厂家商在IntelPII时代的笔记本电脑中仍然使用EDO内存,这种EDO单条最高容量只有64MB,内存接口引脚数为?。此外,由于EDO内存的工作电压为5V,相比较于SDRAM的3.3V工作电压消耗的功率更高一些,由于上述限制因素,EDO内存很快就被SDRAM内存所取代。DDR2规格传输标准核心频率总线频率等效传输频率数据传输率DDR2400PC23200100MHz200MHz400MHz3200MB/sDDR2533PC24300133MHz266MHz533MHz4300MB/sDDR2667PC25300166MHz333MHz667MHz5300MB/sDDR2800PC26400200MHz400MHz800MHz6400MB/s◆SDRAM内存:笔记本电脑经历了Pentium时代,CPU的速度已经越来越快,这时Intel公司提出了具有里程碑意义的内存技术-SDRAM。SDRAM的全称为同步动态随机存储器(SynchronousDynamicRAM),就象它的名字所表明的那样,这种RAM可以使所有的输入输出信号保持与系统时钟同步。由于SDRAM的带宽为64位(Bit),因此主机系统只需要一条内存就可以工作,数据传输速度比EDO内存至少快了25%。SDRAM包括PC66(即标称为66MHz的数据传输采样频率,亦可以称之内存的外频,是内存性能指标重要参数之一;对于其它此类标称值,依此算法即可)、PC100和PC133等几种规格。DDR2规格传输标准核心频率总线频率等效传输频率数据传输率DDR2400PC23200100MHz200MHz400MHz3200MB/sDDR2533PC24300133MHz266MHz533MHz4300MB/sDDR2667PC25300166MHz333MHz667MHz5300MB/sDDR2800PC26400200MHz400MHz800MHz6400MB/s小知识:什么是SPD技术?
从PC100开始,内存上加入了SPD(SerialPresenceDetect)芯片,通常为一颗128字节(Byte)容量的EEPROM存储器,纪录了内存容量、性能参数及硬件厂商等信息,后续内存型号都会包含SPD功能模块。◆DDR内存:顾名思义,双倍数据传输率(DoubleDataRate)的SDRAM。主要有DDR266、DDR333、DDR400和DDR533等几种规格。DDR的原理是在原先一个时钟周期读取一次数据的SDRAM的基础上读取两次数据,也就是在时钟脉冲的上升沿和下降沿都采样数据信号,因此理论上数据的传输率可以在原来的基础上翻倍。而且相对于EDO和SDRAM内存,DDR内存2.5V的工作电压可以更加省电,单条内存容量可以更大,已经可以达到1GB的容量。DDR内存引脚数为200PIN。DDR2规格传输标准核心频率总线频率等效传输频率数据传输率DDR2400PC23200100MHz200MHz400MHz3200MB/sDDR2533PC24300133MHz266MHz533MHz4300MB/sDDR2667PC25300166MHz333MHz667MHz5300MB/sDDR2800PC26400200MHz400MHz800MHz6400MB/s◆DDR2内存:DDR2技术是新生代内存技术标准,它与上一代DDR内存技术标准最大的不同就是,虽然同是采用了在时钟的上升、下降沿都进行传输数据采样的基本方式,DDR2内存却拥有两倍于上一代DDR内存预读取能力,即4位外部总线数据的预读取能力,换句话说,DDR2内存每个时钟能够以4倍于内部总线的速度读写数据,并且能够以内部控制总线4倍的速度运行。1.8V的工作电压较DDR内存会更加省电。同时,DDR2技术标准为了寻求更好的兼容性,内存厂商已将内存信号衰减和终端电阻做到内存上,免去不同PC主板厂商在设计主板时考虑到针对不同品牌内存兼容性问题。笔记本电脑DDR2内存和DDR内存一样,引脚数为200PIN。DDR2规格传输标准核心频率总线频率等效传输频率数据传输率DDR2400PC23200100MHz200MHz400MHz3200MB/sDDR2533PC24300133MHz266MHz533MHz4300MB/sDDR2667PC25300166MHz333MHz667MHz5300MB/sDDR2800PC26400200MHz400MHz800MHz6400MB/s指点设备介绍随着MicrosoftWindows操作系统的普及,作为最常用的指点设备鼠标成为了PC最重要的外围配件之一。笔记本电脑的设计考虑到使用者便携性的需求,还在电脑主机的内置键盘附近配置了其他类型的指点设备,其功能如同内置鼠标。常用的指点设备有三类,即指点杆(StickPoint)、触控板(TouchPad)和轨迹球。其中触控板是Apple公司研制的,目前绝大多数笔记本电脑都采用这种指点设备,轨迹球指点设备在Think品牌机型上应用较多。指点设备介绍触控板由一块能够感应手指运行轨迹的压感板和两个按钮组成,两个按钮相当于标准鼠标的左右键。触控板的特点是没有机械磨损,控制精度较高,操作起来很方便,如果配上特定的驱动程序,甚至还能把触控板的功能扩展为手写板,可用于手写汉字的输入。指点设备介绍
触控板的内部结构如上图所示,采用印刷电路板做成行和列的阵列。印刷板与表面塑料覆膜用强力双面胶粘接。它的工作原理就是,当使用者的手指触摸触控板时,就会使其表面的电容量发生改变,内部控制芯片就会检测出电容改变量,转换成相应的坐标,从而探知手指的动作和位置。触控板的接口通常为传统的PS/2传输界面,如果在DOS等操作系统下,加载适合的触控板驱动,同样可以实现相应的功能。笔记本电脑是怎样制造出来的?在给各位介绍笔记本电脑制造流程之前,为了便于大家对其设计、生产过程的理解,我们可以先拿建造房屋来做个例子。房产开发商在建造房屋之前,必须先选好地段,并初步拟定房屋的户型和档次,然后交由相应的房屋承建商设计出待建房屋的图纸。图纸要求满足开发商当初对房屋户型的结构样式、功能的设想,同时也要考虑到后续的房屋造价和功能实现的可行性等因素,以便满足最终房屋使用者的需求。笔记本电脑是怎样制造出来的?笔记本电脑制造其实也一样,电脑制造商,在准备开发出一款新的机型之前,必须要考虑到采用适合的芯片组平台来达成最初产品功能、价位的设想定位。出于成本、机构等因素考虑,通常同一款机器,不会配置所有芯片组及其他芯片可实现功能模块。在和电脑品牌厂商,确定好产品功能模块、价格定位后会交由电脑制造商的笔记本研发部门去设计好产品主板的线路原理图(Schematics);笔记本电脑的主板线路原理图通常分为系统部分和电源部分两大模块,产品系统部分的设计,必须要满足相应功能芯片的引脚定义,必要时,RD(Research&Development)工程师还会得到相应芯片厂商的技术支持,毕竟芯片是他们家造的呀。笔记本主板电源部分,通常会认为给产品主板开发者有很大的发挥空间,往往也是最复杂的,具体细节部分已经超出本节所讨论的范围。不同的笔记本产品制造商,为了保证其电源部分的延续性,会有自己的相应风格。如:一些基本电压的产生方式、开机电压时序等等,这里顺便给各位提一下了。小知识:何谓电脑制造商、品牌商?电脑制造商,又可以称之为电脑原始设备设制造商(OriginalEquipmentManufacture,简称OEM),目前比较有名的笔记本电脑制造商有台湾的广达(Quanta)、仁宝(Compal)等。这些代工厂,为了进一步降低制造成本,已逐渐将其生产基地迁至中国大陆,以期利用内地廉价的劳动力及其他资源。目前笔记本电脑主要的生产基地集中在上海、江苏的苏州一带,可以这么认为,全世界现有的笔记本电脑绝大部分都是由台湾的代工厂制造的,而这些代工厂也基本上在国内设有工厂。现有众多的品牌电脑公司,如著名的惠普(HP)、戴尔(DELL)和联想(Lenovo)等等,也主要是出于成本的考虑,通常直接将整个产品的设计、开发和制造交给了相应的电脑制造商去做,在产品交付时只要满足品牌商当初对产品设计规格和成本要求即可,所有我们也可以将那些制造商称之为设计、制造商(OriginalDesignManufacture,简称ODM)。常常会有这样的情形,制造工厂的生产线一天当中,会有不同的品牌电脑在生产、组装、下线,而且也会有从流水线下来的电脑,不经过品牌商的仓库,就直接由经销商卖到全世界了,因为代工厂在不同的国家,往往会有自己的仓库。品牌电脑商要做的事,主要精力放在了产品的供应链、营销和售后服务上面去了,说白了,卖的就是牌子么。线路原理图纸设计完毕之后,接下来就是要把理论上的原理图付诸实施了。电脑主板上的各种元件在线路图上仅仅是标称有相应规格等信息的一些符号,但该元件的具体布局、尺寸和封装形式,并不能通过线路原理图直观的体现出来。这就需要在主板线路原理图的基础上进一步生成PCB(PrintCircuitBoard)布局(Layout)图纸文件,研发工程师可以借助相关电子辅助设计(ElectricalDesignAided
,简称EDA)软件,如Allegro、Protel和orCAD等软件的某些功能将原先的线路原理图转换为与之相对应的PCB布局图纸。具体如何使用上述提及相关EAD软件操作,建议大家可以参考相关书籍,这里就不再赘述。
PCB布局图纸需要考虑原理图纸上每颗元件的封装尺寸与实际布局的需求,我们所看到的PCB布局文件的形状也就是我们所看到的笔记本主板的实际形状。在做PCB布局的时候,需要考虑的因素很多,从满足笔记本电脑产品机构设计的角度来讲,需要考虑相应的外围设备,如硬盘驱动器、光驱和电池等主要部件和主板配合而构成的整体主机的布局。此外,还要考虑到整个主机的端口的布局,如USB口等。必要的请况下,可以考虑通过转接口或者排线转接不同的功能小板,如前面提到的USB板等,以满足电脑整机机构布局的需要。从系统电性能特性上来讲,在做PCBlayout的时候,还要通盘考虑整个系统阻抗匹配特性,我们会在实际主板上看到“S”形的PCB走线,这样做不是为了主板外观的好看,而是使得同一传输界面的不同走线长度,包括芯片内部走线长度,尽可能一致,以便做到信号阻抗的匹配。一些芯片厂商,如Intel,会给出其芯片组布线的一些参考设计。
同时,考虑到整机对EMI/EMC需求,针对一些高速信号走线时,特别要考虑到信号的串扰等因素,一个布局不合理的PCBlayout是无法通过相关EMI/EMC标准测试、认证的。最后,为了满足实际线路走线的需要,笔记本主板通常采用6层以上的PCB板材料,如果PCB层数太少的话,系统不同的信号线路就无法布开,造成系统信号传输的“交通阻塞”,PCB还需要有相应的电源层、接地层等。下面将分别针对EMI/EMC和笔记本电脑PCB板作个简要的介绍。小知识:何为EMI/EMC?什么是EMI/EMC呢?字面的意思就是电磁干扰(ElectroMagneticInterference,简称EMI)和电磁兼容(ElectroMagneticCompatibility,简称EMC),它们之间是一对相互相关电磁现象。电磁干扰可以通常可以分为传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电气网络上的信号耦合到另一个电气网络上,辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合到另一个电气网络上去。在笔记本电脑主板高速PCB信号布线及系统设计中,高频信号线、集成电路的引脚、各类热插拔器件等,都可能成为具有天线特性的辐射干扰源,能发射电磁波并影响其他系统的稳定性。电磁兼容就是指在同一电磁环境中,电子设备能够不因为其它电子设备的干扰影响正常工作,同时也不对其它电子设备产生影响工作的干扰。如果在一个系统中各种电气设备能够正常工作而不致相互发生电磁干扰,而造成电气性能改变或设备的损坏,就可以称这个系统中的电气设备是相互兼容的。小知识:何为EMI/EMC?随着笔记本电脑主板电子器件功能的多样化、结构的复杂化、功率的增加和工作频率的不断提高,同时它们的灵敏度也越来越高,这种电磁相互兼容的状态越来越难获得。为了使整个电脑主机系统达到电磁兼容的要求,必须要以系统的电磁环境为依据,要求不同的功能模块产生的电磁辐射限制在一定的范围之内,同时又要求模块本身要具备一定的抗干扰能力。只有对每一个功能设备都作出这两个方面的约束和改进,才能保证电脑系统达到完全兼容与运行的稳定。小知识:何为EMI/EMC?
最后,举个例子来讲,我们可以这样认为:笔记本电脑主板的前端总线数据传输信号对其他信号的干扰非常严重,也就EMI现象很严重,而且其本身也比较容易受到干扰,即EMC很弱。很显然,如果前端总线信号受到其他信号的干扰并产生误判的现象,则很有可能导致系统运行异常的故障。EMI/EMC现象,虽然看不见、摸不着,但它们对我们生活的影响是毋庸置疑的。一些电器、电子设备,如手机,在工作时所产生的电磁波,容易对周围的其他电器、电子设备形成电磁干扰,引发故障或者影响信号的传输。同时,过度的电磁干扰会形成电磁污染,危害人们的身体健康,破坏生态平衡等负面影响。小知识:笔记本电脑PCB板介绍印刷电路板(PrintedCircuitBoard,简称PCB)几乎在所有电子设备当中都能见到,设备中的功能模块的不同电子元件都过相应的焊接技术固定在形状各异的电路板上。小知识:笔记本电脑PCB板介绍笔记本电脑的主板,实际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上的数千颗电子元件、集成芯片组成。PCB板包含了所有的主板原理线路图中标注的电子元件间的连接信号(Trace),也就是我们在电脑主板上看到的一根根走线,和元件实际封装尺寸的焊点(Pad),元件封装是指实际元件焊接到PCB板时所指示的外观和焊点位置。同时,PCB板还要满足整机的实际机构设计要求,要做到与主机的机壳和其它功能部件很好连接的匹配。
小知识:笔记本电脑PCB板介绍随着电脑主板的电气复杂程度越来越高,需要电子元件的数目就会越来越多,集成芯片的引脚数也会越来越多,相应的PCB板上布线的数目越来越多,走线越来越密。前面已提到,为了满足笔记本电脑主板的PCB布线和EMI/EMC等相关因素的需求,通常要求PCB板的层数必须达到6层以上,每一PCB都有其存在的依据,我们可以通过下图所示的示意图,做个简要的阐述。小知识:笔记本电脑PCB板介绍原始PCB板在未加工之前,本身的基板是由绝缘隔热、不易弯曲的材质所制作而成,在下图所示绝缘层的表面可以看到的很薄的一层的材料就是铜箔,原本铜箔是覆盖在整个板子上的,而在制造过程中部份被蚀刻处理掉,留下来的部份就是我们实际看到的用来连接各种电子元件的金属导线了。铜箔绝缘层蚀刻后蚀刻前蚀刻(ETCHING):目的:利用药液将显影后露出的铜蚀掉,形成内层线路图形主要原物料:蚀刻药液(CuCl2)前处理(PRETREAT):目的:去除铜面上的污染物,增加铜面粗糙度,以利于后续的压膜制程主要原物料:刷轮
以上我们只是简要的介绍一下PCB的制作原理,实际的生产过程比这要复杂的多。前面有提到,笔记本电脑主板的PCB板是由多层的板材组成,上页所示的第一层PCB制作完毕之后,再制作第二层、第三层……但是,各位有没有想过,不同PCB板层之间是怎么实现电气导通的呢?下面,我们就要提到过孔(Via)的概念了,过孔主要是用来担当不同PCB信号的导通的桥梁。从工艺制程上来说,过孔一般分为盲孔(BlindVia)、埋孔(BuriedVia)和通孔(ThroughVia)三类,通孔有时也用来固定一些主板的接口类(DIP封装)元件,以保证在插拔时不会造成锡裂而导致的接触不良。如下图所示,过孔会对系统传输信号造成一定的反射作用,此外,过孔本身也会产生寄生电感、电容。理论上来讲,过孔的尺寸直径越小,其电气寄生电感、电容就越小,对系统信号的影响也就越小了,但相应的工艺成本就会增加。
如下面左边的示意图所示,PCB有些板层是专门的接地和电源层,如第二、第五和第七层。在布线的时候,尽可能的将电压(VCC)和地(GND)的相同连接特性的PAD和VIA连接在一起,使它们的电位相同,不会产生相互干扰。此外,由于铜箔的导热特性,大面积的铺铜,也可以有利于散热。下图右侧的电源层有5V、2.5V和3.3V组成。笔记本主板上所有金属材质的接口、PCB定位孔都是和接地层相导通的。部分机型为了防止数字信号的地的杂讯对声卡的模拟地产生干扰,通常会把它们隔离开来,即数字地和模拟地不同相互导通。
从主板制程的角度来看,一些尺寸较大的芯片通常需要分布的主板的同一面,这是因为主板在工厂制造的时候,其两面的元件通过SMT技术是分两次安装上去的。尺寸较大的集成芯片通常在第二次才安装,以避免主板在第一次过高温回焊炉的时候会掉下来。某些颗粒较大的“电感”元件需要点“红胶”来固定,此类红胶具有预热冷却后就会固化,即使再次预热也不会融化。总之,笔记本PCB板制造及布局是一项非常复杂的艺术,它的复杂程度不亚于电路原理图的设计。小知识:SMT技术?所谓SMT(SurfaceMountTechnology)技术,其中文意思就是为表面粘贴技术,它的核心部分就是将主板上的元件、芯片直接粘在印制板上,而不是传统的将元件的引脚直接穿过PCB板,针对复杂程度高,元件布局紧密的笔记本电脑主板来讲,后者的做法显然是行不通的,普通的笔记本电脑主板都是两面布局元件的,SMT技术是将元件引脚直接焊接在PCB的PAD点上。表面安装技术主要有如下特点:◆由于印制板大量消除了大导通孔或埋孔互联技术,提高了印制板上的布线密度,减少了印制板面积,同时还可降低印制板的设计层数与成本;◆减轻了重量,提高了抗震性能,采用了胶状锡膏及新的焊接技术,提高了产品质量和可靠性;◆由于布线密度提高和引线长度缩短,减少了寄生电容和电感,更有利于提高印制板的电性能参数;◆比插装式安装更容易实现自动化,提高安装速度与劳动生产率,相应降低了组装成本。从以上的表面安装技术就可以看出,线路板技术的提高是随芯片的封装技术与表面安装技术的提高而提高。
下面简要介绍一下笔记本电脑的主机机构,或称机壳的设计流程。电脑硬件产品开发商会有专门的机构工程师(MechanicalEngineer)开发团队,他们在PCB团队作layout之前,就会相互通力协作,通盘考虑PCB板的板形,包
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