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主板CMOS电路的原理和维修

发布日期:2017-12-03 21:36:23 浏览:963次

CMOS电路主要用来保存主板的CMOS设置信息以及为主板提供一个32.768kHz的实时时钟信号。


CMOS电路主要由南桥芯片、CMOS电池、实时时钟晶振、CMOS跳线等几部分组成。


实时时钟晶振用来为南桥芯片提供32.768kHz的时钟信号,实时时钟晶振和南桥以及谐振电容共同工作才会产生32.768kHz的时钟信号,实时时钟晶振如图1所示。


主板中的CMOS电路形式有很多种,但其工作原理基本相同。CMOS电路主要可分为下列三种:经过两个二极管到CMOS跳线的电路、经过一个双二极管到CMOS跳线的电路和具有电池电压检测功能的CMOS电路。


在有些老式主板中,还采用一种没有经过二极管隔离的电路,由于这种电路目前很少应用,因此,就不再介绍其工作原理。


一.经过两个二极管到CMOS跳线的CMOS电路


经过两个二极管到CMOS跳线的CMOS电路如图2所示(以VIA 694主板CMOS电路为例)。


晶振X1是32.768kHz的实时时钟晶振,C7、C8是晶振的谐振电容,X1、C7、C8和南桥芯片内部的振荡器同时工作,产生32.768kHz的实时时钟信号,这个信号除了为南桥芯片提供待机时的时钟信号外,还是南桥芯片内部时钟电路的时钟信号,确保时钟(电脑中的钟表功能即由此而得)时间的准确。


在ATX电源没有插上电源时,CMOS电池(锂电池)输出的3.0V电压经过电阻R104、二极管D2加到南桥芯片的VBAT引脚,为南桥芯片提供待机工作电压,由于南桥芯片在待机时的工作电流很小(只有几十微安),因此一块CMOS电池中存储的电能可以连续使用好几年。


当ATX电源接上电源之后,ATX电源插座的9脚立即就会输出+5V的待机电压,这个待机电压经过三端稳压器Q9(AMSlll7-3.3)稳压后,输出+3.3V的待机电压。


+3.3V的待机电压除了为南桥芯片供电外,还经过二极管D1加到南桥芯片的VBAT引脚。由于+3.3V的待机电压高于CMOS电池所提供的3.OV电压,因此二极管D2负极的电压高于正极电压,所以二极管D2截止,切断CMOS电池对南桥芯片的供电电路,使得主板在接入ATX电源后直接由ATX电源供电。


当ATX电源断电后,D2负极电压消失,D2随即就会导通,恢复锂电池南桥芯片供电,保持南桥芯片内部的时钟电路供电的连续性,确保内部的CMOS随机存储器永不掉电(直到锂电池的电能用完为止)。


跳线JBAT1是C。MOS跳线,当跳线帽连接在1-2端时,锂电池的供电可以正常连接到南桥芯片的VBAT引脚,此时主板工作在正常状态;当跳线帽连接在2—3端时,锂电池的供电端与南桥芯片的VBAT引脚之间的连接断开,且此时南桥芯片的VBAT引脚通过CMOS跳线的2—3连接端一电阻R107与接地端相连,使南桥芯片内部的CMOS随机存储器因无供电电压而将数据恢复到出厂状态(即CMOS数据清除)。有些主板南桥芯片的VBAT引脚连接有一个大容量的电解电容,因此只有将CMOS跳线帽放在清除位置上一段时间之后才能使南桥芯片的VBAT引脚供电电压彻底消失,达到清除CMOS数据的目的。


经过两个二极管到CM0S跳线的CMC)S电路在实物中很好识别:CMOS跳线附近一般有两个二极管,连接锂电池的一个电阻和连接CMOS跳线的一个电阻分别是限流电阻和放电电阻,这两个电阻的阻值一般都是1kΩ(贴片电阻上的标注字符是“102”)。


二、经过一个双=极管到CMOS跳线的CMOS电路


经过一个双二极管到CMOS跳线的CMOS电路如图3所示(以富士康915A主板的CMOS电路为例)。经过一个双二极管到CMOS跳线的CM()S电路一般应用在Intel 845以上芯片组的主板中,这个双二极管一般是BAT54A(封装上的代码为“LD3”或者“KL3”或者“L43”)。


晶振X5是32.768kHz的实时时钟晶振,BC429、BC433是晶振的谐振电容,X5、BC429、BC433和南桥芯片内部的振荡器同时工作,产生32.768kHz的实时时钟信号,这个信号除了为南桥芯片提供待机时的时钟信号外,还是南桥芯片内部时钟电路的时钟信号,确保时钟(电脑中的钟表功能即由此而得)时间的准确。


在ATX电源没有插上电源时,锂电池输出的3.0V电压经过电阻R206、二极管BAT54A的1、3脚分成两路输出:一路直接加到南桥芯片的VCCRTC功能引脚,为南桥芯片提供待机工作电压。由于南桥芯片在待机时的工作电流很小(只有几十微安),因此一块锂电池中存储的电能可以连续使用好几年;另一路经过电阻R474加到南桥芯片的数据保持控制端RTCRST#端,使南桥芯片工作在数据保持状态,保持CMOS随机存储器工作在数据保存状态,使CMOS设置信息不变。


当ATX电源接上电源之后,ATX电源插座的9脚立即就会输出+5V的待机电压,这个待机电压经过三端稳压器Q48(AMSI117—3.3)稳压后,输出+3.3V的待机电压。


+3.3V的待机电压经过二极管D15的2—3端加到南桥芯片的VCCRTC功能引脚。由于+3.3V的待机电压高于锂电池所提供的3.0V电压,因此二极管BAT54A中的1,3脚内部二极管负极的电压高于正极电压,所以这个二极管截止,切断锂电池对南桥芯片的供电电路,使得主板在接入ATX电源后直接由ATX电源供电。


当ATX电源断电后,二极管BAT54A中的l、3脚内部二极管负极电压消失,这个管子随即就会导通,恢复锂电池南桥芯片的供电,保持南桥芯片内部的时钟电路供电的连续性,确保内部的CMOS随机存储器永不掉电(直到锂电池的电能用完为止)。


跳线JP5是CMOS跳线,当跳线帽连接在2—3端时,锂电池的供电可以正常连接到南桥芯片的数据保持控制端RTCRST#端,使南桥芯片工作在数据保持状态;当跳线帽连接在卜2连接端时,南桥芯片的数据保持控制端R17CRST#端通过二极管D31和接地端相连,使南桥芯片内部的CMOS随机存储器因无供电电压而将数据恢复到出厂状态(即CMOS数据清除)。这类电路南桥芯片的数据保持控制端RTCRST#端一般连接有一个0.1μF的电容,因此只有将CMOS跳线帽放在清除位置上一段时间之后才能使数据保持控制端RTCRST#端供电电压彻底消失,达到清除CMOS数据的目的。


经过一个双二极管到CMOS跳线的CMOS电路在实物中很好识别:


CMOS跳线附近一般有一个T0~23封装(与小功率贴片三极管一样)的二极管。


三、具有电池电压检测功能的CMOS电路


具有电池电压检测功能的CMOS电路如图4所示。晶振X2是32.768kHz的实时时钟晶振,C174、C170是晶振的谐振电容,X2、C174、C170和南桥芯片内部的振荡器同时工作,产生32.768kHz的实时时钟信号,这个信号除了为南桥芯片提供待机时的时钟信号外,还是南桥芯片内部时钟电路的时钟信号,确保时钟(电脑中的钟表功能即由此而得)时间的准确。


在ATX电源没有插上电源时,锂电池输出的3.0V电压经过电阻R288分成两路输出:一路经D21加到I/O芯片上,为I/O芯片提供电压检测信号,若电池电压低于2.5V,则会在开机时,通过屏幕提示用户锂电池电压低,提醒用户及时更换电池另一路经过二极管D20、电阻R446送到南桥芯片的RTC—VCC供电引脚,为南桥芯片提供待机工作电压,由于南桥芯片在待机时的工作电流很小(只有几十微安),因此一块锂电池中存储的电能可以连续使用好几年。二极管负极的电压还经过电阻R474加到南桥芯片的数据保持控制端R11'CRST#端,使南桥芯片工作在数据保持状态,保持CMOS随机存储器工作在数据保存状态,使CMOS设置信息不变。


当ATX电源接上电源之后,ATX电源插座的9脚立即就会输出+5V的待机电压,这个待机电压经过电阻R331、R340分压后,再经过二极管D19送到南桥芯片的RTC_VCC供电引脚,为南桥芯片提供待机工作电压。此时二极管D20负极的电压高于正极电压,所以这个二极管截止,切断锂电池对南桥芯片的供电电路,使得主板在接入ATX电源后直接由ATX电源供电。


跳线JBATl是CMOS跳线,当跳线帽连接在1-2连接端时,锂电池的供电可以正常连接到南桥芯片的数据保持控制端RTCRST#端,使南桥芯片工作在数据保持状态;当跳线帽连接在2—3连接端时,南桥芯片的数据保持控制端RTCRST#:端通过电阻R410和接地端相连,使南桥芯片内部的CMOS随机存储器因无供电电压而将数据恢复到出厂状态(即CMOS数据清除)。


维修提示:D19与D20起电压转换的作用。当.ATX电源没有插上市电时,由锂电池供电给南桥芯片。当ATX电源插上市电时,则由ATX电源输出的+5V待机电压为南桥供电。此时的D20就阻断了锂电池供电给南桥芯片的通路,从而延长了锂电池的使用寿命。


D21必须采用肖特基二极管代换,若用普通的1N4148代换将会导致因二极管压降大而在每次开机就会有“电池电压低,需要按下F1按键继续”的提示信息。


四、CMOS电路常见故障的维修CMOS电路


常见故障有时钟时间不准确和CMOS数据不能保存以及主板不能启动等故障。


时钟时间不准确的故障现象是电脑中的时钟变快或者变慢,但是主板可以正常工作。这种故障一般是由于32.768kHz晶振老化或者晶振两端连接的谐振电容容量变化或者谐振电容轻微漏电引起。只需要更换相关损坏的元器件即可解决这个故障。


维修提示:32.768kHz晶振两端连接的谐振电容容量一般有10pF、18pF、20pF三个规格,且两个电容的容量要完全一样。在更换谐振电容时,不能随便找一个贴片电容代换,否则会引起主板不能开机的故障。这两个谐振电容可以从报废主板上相同位置拆下再代换到待修的主板上。


CMOS数据不能保存的故障现象是每次开机时设定的CMOS参数在切断ATX电源后就会自动恢复到默认出厂值,使得每次开机时都要设置时钟(在某些安装WindowsXP的电脑上可能会因为时钟时间不准确导致系统不能成功启动)。这种故障一般是由于锂电池供电回路出现故障所致。


首先要检测锂电池是否有电,一般情况下锂电池电压不小于2.5V,然后测量南桥芯片CMOS供电端的电压是否为3.0V左右,若没有,就要测量锂电池和南桥芯片供电端之间二极管的负极有无电压,若这个二极管负极没有电压,而正极有电压,就要更换这个二极管(用常见的1N4148更换即可);要是这个二极管的正极和负极都没有电压,而锂电池正常,这时一般是锂电池和这个二极管正极之间的一个1kΩ的贴片电阻开路了,更换这个贴片电阻就可以排除故障。


若CMOS跳线连接在“清除”位置,也会出现CMC)S数据不能保存的故障。CMOS电路出现问题导致主板不能启动的故障主要有下面三种情况。


①32.768kHz晶振没有工作判断32.768kHz晶振是否工作的方法很简单:用示波器测32.768kHz晶振两端的的频率是否为32.768kHz,若不是这个频率,可以通过用万用表检测晶振两端的电压值是否是1.5V~1.6V(部分主板只要大于0.25V即可工作)。若电压不正常,就需要检查晶振两端的谐振电容、电阻是否漏电或者开路/短路等,在采用代换法更换32.768kHz晶振、谐振电容、晶振两端连接的10MΩ或者5.6MΩ贴片电阻后,依旧没有起振,就要考虑更换南桥芯片。


②+3.3V待机电源产生电路不正常+3.3V待机电源一般是由三端稳压器将ATX电源产生的+5V待机电压稳压后得到,若测量三端稳压器的输出端无电压,就要检查三端稳压器本身、ATX电源输出的+5V电压到三端稳压器之间的元器件、三端稳压器第1脚和电压输出端(散热片)之间连接的两个电阻是否正常。若是三端稳压器的电压输出端有电压,而南桥芯片确无+3.3V的供电电压,就要检查三端稳压器电压输出端到南桥芯片之间的电阻、二极管有无开路现象。若三端稳压器电压输出端的电压低于3.0V,这时一般是三端稳压器、三端稳压器1脚连接的电阻损坏。更换上述元器件后,+3.3V输出电压依旧低,就说明+3.3V到南桥芯片之间的滤波电容有漏电或者短路,也可能是南桥芯片本身有短路故障存在。


③CMOS跳线连接不正常这种故障通常出现在因主机不能正常启动,由于无主板使用手册,经其他人员维修后,把CMOS设置在“清除”位置,造成主机无法加电的故障现象,这是一种最容易造成误判的故障。


此时可以仔细检查主板的CMOS跳线,看是否设置在正常的位置。如果无法正确判别CMOS插针的引脚排列,我们可以通过观察CMOS跳线边缘有无白色的宽线,通常情况下有线标记的即是第1脚。


有些主板生产厂家省去了主板上的CMOS跳线,而在CMOS跳线的位置就采用3个焊点代替跳线,此时要检测一下跳线的焊接点是否因灰尘多而短路。通常主板的CMOS跳线有3个引脚,1、2引脚用跳线帽短接为正常使用状态,2、3引脚短接3~5秒就可以清除CMOS信息,具体设置信息可以参照主板表面印制的标注说明。有些新型主板只保留了清除跳线,正常使用时将跳线帽取消即可。

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