Карта напряжений в контрольных точках

О ремонте цепей питания видеокарт

Видеокарты, интенсивно использующиеся для проведения вычислений, а также современных игр, часто выходят из строя. Это связано с тем, что это наиболее интенсивно работающий узел компьютера. При решении проблем с неработающими видеокартами львиную долю работы составляет выявление и устранение неисправностей цепей их питания.

В данной статье рассматриваются некоторые особенности проверки цепей питания видеокарт. В связи с рядом причин тема, затрагиваемая в статье, не предается широкой огласке производителями, поэтому автор не претендует на полноту изложения, а лишь делает попытку собрать часть разрозненной информации из различных источников. Статья написана на основе материала компании ASUS «VGA L3-2 Training Materials Repair Knowledge», информации с YouTube-канала VIK-on и других источников.

Особенности обозначения радиодеталей на схеме

Каждый, кто хоть раз имел дело с радиоэлектроникой или просто изучал физику в школе, должен быть знаком с электрическими схемами и тем, что на них изображено. В той же школе без углубленного изучения физики расскажут о 5-8 обозначениях на схемах. Но люди, интересовавшихся созданием каких-нибудь электрических самоделок, не раз встречали схемы, на которых многое выглядело словно наскальная живопись первобытных людей.

Как создать символ и посадочное место контрольной точки в Altium Designer

Испытание платы – это, своего рода, момент истины, в который производитель и проектировщик понимают, проходит ли плата проверку. На схеме и на плате должны быть обозначены базовые контактирующие приспособления и контрольные точки, особенно если они критичны для проверки работоспособности платы. Как же сделать это наилучшим образом?

Вы можете полагаться на то, что контрольные точки назначит производитель, но для критических участков цепей вы должны учесть их размещение самостоятельно. В зависимости от конструкции платы и компонентов, производитель может не добраться до каждого важного компонента в ходе внутрисхемного испытани (in-circuit test, ICT). Однако вы можете создать собственный символ и посадочное место контрольной точки для ее использования в плате в Altium Designer. Затем вы сможете легко размещать эти символы и посадочные места в проекте с помощью редакторов схем и плат.

Последовательность работы по устранению неисправностей цепей питания видеокарт

Проверку и отладку работы цепей питания неисправных видеоадаптеров нужно делать после проведения следующих этапов:

• визуальный осмотр на предмет нахождения видимых физических повреждений, прогаров, окислов, глубоких царапин, сбитых/сгоревших электронных элементов, загрязненных контактов разъемов. Для этого лучше использовать бинокулярный оптический микроскоп, который обеспечивает высокое качество увеличенного изображения при сохранении визуальной перспективы (объемности);
• проверка/прошивка корректной версии BIOS;
• проверка сопротивлений на разъеме дополнительного питания, по линиям питания разъема PCI-E, а также по фазам питания GPU/VRAM и другим участкам платы (линии PCI-E). Особое внимание следует уделить поиску коротких замыканий и обрывов, вызванных сгоранием электронных элементов и проводящих дорожек. Некоторая информация по этой теме есть в статье «Диагностика типовых поломок видеокарт AMD Radeon RX»;

Карта сопротивлений видеокарт AMD Radeob RX400-500 (источник: канал YouTube-канал VIK-on):

и других электронных элементов, устранение неисправностей;
• включение видеокарты на проверочном стенде через лабораторный блок питания с ограничением тока и выявление греющихся деталей с помощью тепловизора или другим способом;
• измерение питающих напряжений на видеокарте, проверка работы импульсных фаз питания с помощью осциллографа;
• проверка видеокарты различными тестовыми программами, например, MATS (MODS), с помощью майнинга.

Допустимые пределы напряжений не должны выходить за заданные пределы минимума и максимума (при значительном превышении напряжения будет происходить излишнее потребление энергии, а при слишком низком видеокарта может не работать, уходить в BSOD):

Очень удобно при поиске неисправностей иметь аналогичную рабочую видеокарту, которая может служить эталоном при измерении сопротивлений и напряжений.

Общий алгоритм работы по поиску неисправностей видеокарт от компании ASUS:

Алгоритм проверки и устранения неисправностей в цепях, отвечающих за формирование напряжений на видеокартах:

При измерении напряжений на включенной видеокарте нужно знать последовательность их появления, заложенную производителем в схему. В противном случае можно долго и упорно пытаться «оживить» работу какой-то части видеокарты, которая не запускается только из-за того, что на заводе предусмотрено ее включение только после появления опорного напряжения.

Что такое контрольная точка?

Говоря просто, контрольная точка – это контактная площадка или переходное отверстие на плате, с которой можно снять показания в процессе внутрисхемного испытания. Эти точки используются для контроля напряжения, тока и/или поведения сигнала в определенных цепях. Их также можно использовать для отправки сигнала в цепь. В качестве контрольной точки можно назначить контактную площадку существующего компонента или определенное переходное отверстие на плате. Другой способ – создать пользовательские контрольные точки на схеме и импортировать их на плате. Рекомендуется делать так, если вы предполагаете, что контактная площадка компонента может быть недоступна для проверки после сборки платы или если вы хотите отслеживать контрольные точки непосредственно на схеме.

Контрольные точки в виде обычных контактных площадок и переходных отверстий могут не быть идеальными для всех устройств, поскольку они могут искажать сигнал на очень больших частотах. При размещении контактной площадки в качестве контрольной точки, она займет небольшое пространство на плате. Тем не менее, такие контрольные точки всё ещё эффективны для проведения различных измерений. Если вы работаете в области ВЧ и вам необходимо провести точные измерения поведения сигнала в межсоединениях, вам необходимо использовать валидационные структуры в прототипе платы или тест-купоне.

Очередность появления питающих напряжений на видеокартах

Видеокарты Nvidia и AMD работают от внешних источников питания напряжением +12 и +3.3 вольта. Остальные напряжения, необходимые для работы видеокарты, формируются на ней с помощью фаз питания, работающих в импульсном режиме (для обеспечения питания мощных потребителей – GPU и VRAM) и линейных преобразователей, формирующих напряжения для потребителей малой мощности (флеш-BIOS, кварцевый генератор и другие).

Цепи питания, работающие в импульсном режиме, используются для формирования напряжений VDDC/NVVDD (GPU) и MVDD/FBVDDQ (память):

Пример напряжений, формируемых на видеокарте из вольтажей +3.3V и +12V разъема PCI-E:

Стандартная очередность появления питающих напряжений (POWER SEQUENCE) у старых видеокарт производства компании Nvidia:

Последовательность появления питающих напряжений (POWER SEQUENCE) у новых видеокарт (серия GTX1000-RTX3000) производства компании Nvidia (источник: youtube-канал VIK-on):

Типовая очередность появления питающих напряжений у старых видеокарт производства компании AMD:

Очередность появления питающих напряжений у видеокарт AMD Radeon RX400-500 производства компании (источник: ютуб-канал VIK-on):

Очередность появления питающих напряжений у видеокарт Radeon RX5500-6800 серий производства компании AMD (взято у блоггера VIK-on):

Различные производители могут по своему реализовать очередность появления питающих напряжений на памяти и GPU. В большинстве случаев последовательность формировании напряжений совпадает с представленной на рисунках.

Создание схемного символа контрольной точки

Для создания пользовательской контрольной точки необходимо сначала создать схемный символ. Для этого вы, по сути, создаете собственный компонент, поэтому в проекте понадобится схемная библиотека (файл .SchLib) и библиотека посадочных мест (файл .PcbLib). Вы можете сохранять пользовательские компоненты в этих библиотеках и затем импортировать их в новые проекты.

На схеме ниже показан участок с понижающим преобразователем TPS62291DRVR и соединенным с ним светодиодом. Предположим, что мы хотим проводить измерения выходного напряжения с этого преобразователя – для этого понадобится измерить напряжение между VCC и землей, для чего необходимы две контрольные точки. Создание схемного символа и посадочного места пользовательской контрольной точки позволит выбрать размер контактной площадки, необходимой для нее, и разместить контрольную точку на схеме.

Схема с понижающим преобразователем

Проверка напряжений в контрольных точках видеокарты

Проверка напряжений подразумевает знание их номиналов, последовательности появления, контрольных/тестовых точек, а также особенностей работы цепей, формирующих нужные вольтажи.

Пример размещения контрольных точек для проверки питающих напряжений +12V, +5V, +3.3V, FBVDDQ, PLLVDD, PEX 1.2V, NVVDD:

При выявлении отклонений от номинала следует тщательно проанализировать причины поломки и после ее устранения включать видеокарту только на тестовом стенде с ограничением по подающемуся току.

В большинстве случаев причиной неисправности является выход из строя фильтрующих/блокировочных конденсаторов, которые могут образовывать короткое замыкание. Пример устранения такой проблемы описан в статье «Устранение типичной неисправности в цепи питания Sapphire Radeon RX400/500-й серий».

Карты напряжений и сопротивлений

Карта сопротивлений — чертёж, на котором находятся значения сопротивлений цепей и их элементов при исправной работе электрооборудования, а также между различными определёнными точками схемы без источников питания и выкрученных лампах. При составлении карты измеряется удельное сопротивление при отключенном питании и разряженных конденсаторах с помощью омметра, специального прибора для измерения сопротивления элементов электрической цепи. В дальнейшем при помощи этих карт-схем определяются исправность элементов электроцепи и их степень износа.

Карта сопротивления

Основа карты напряжения − однолинейная принципиальная схема напряжения. Поверх неё берутся все связующие линии в виде проводов и указываются показатели напряжения, физические характеристики и места замера напряжения. Потом по данной карте и электрической схеме будет проверяться напряжение на электродах ламп, транзисторах и в других различных узлах или целых участках электроцепи.

Карта напряжения

Порядок действий при ремонте цепей питания видеокарты

Компания ASUS рекомендует следующий порядок действий при ремонте импульсных цепей питания видеокарты:

Если фазы питания не работают, хотя неисправные транзисторы заменены, нужно проверить исправность ШИМ-контроллера, наличие сигнала Enable и питающего напряжения на нем:

Если основные напряжения в норме, но некоторые вольтажи не соответствуют номиналу, нужно:

• проверить цепи обратной связи;
• обновить прошивку BIOS;
• проверить работу ШИМ-контроллера;
• проверить кристалл GPU.

Если видеокарта через некоторое время после загрузки выключается, нужно проверить:

• цепи, отвечающие за защиту от перенапряжений, большого тока, перегрева и т.д.;
• прохождение сигнала Vin shutdown.

Алгоритм работы при ремонте цепей запуска (сигнал Enable):

Последовательность проверки цепей Enable:

Проверка цепей защиты видеокарты от перегрева:

Ремонт цепей защиты видеокарты VR-HOT:

Алгоритм работы по ремонту цепей с линейными преобразователями питания:

Последовательность работы по проверке работоспособности цепи линейного преобразования:

Создание посадочного места

Теперь нужно создать посадочное место, которое будет добавлено к символу контрольной точки. Откройте библиотеку посадочных мест (файл .PcbLib) и здесь откройте панель PCB Library. Нажмите кнопку Add, чтобы создать новое посадочное место. Будет открыт пустой графический редактор. Нажмите кнопку Edit в панели PCB Library, чтобы изменить имя и тип посадочного места. Будет открыто диалоговое окно, которое показано ниже. Я назвал посадочное место Testpoint1 и задал ему тип Standard (No BOM).

Поскольку большинство контрольных точек – это просто контактные площадки, вы можете разместить контактную площадку в редакторе с помощью инструментов в верхней части окна. Геометрия контактной площадки будет соответствовать размеру одного из ваших шаблонов. После размещения контактной площадки щелкните ПКМ по ней и выберите Properties. Здесь вы можете выбрать другой шаблон контактной площадки или создать совершенно новую контактную площадку.

Убедитесь, что вы задали номер контактной площадки, соответствующий номеру вывода в редакторе схемных библиотек. Вы можете выбрать слой, в котором хотите разместить контрольную точку – как правило, это верхний слой (Top Layer). После выбора формы контактной площадки, вы можете задать ее размер.

На изображении ниже показано, что в качестве формы контактной площадки я использовал прямоугольник со скругленными углами. Размер задан 1 мм (40 милов). Как правило, для контрольных точек используется размер контактной площадки от 0,6 до 1,0 мм. Далее следует указать тип контрольной точки в панели Properties. Если вы прокрутите панель Properties вниз, вы увидите опции для определения контактной площадки как контрольной точки для изготовления (Fabrication) или сборки (Assembly) либо вы можете включить обе опции.

Посадочное место контрольной точки

Некоторые особенности формирования напряжений у видеокарт Nvidia

Для формирования напряжения NVVDD (питание графического процессора) используется несколько фаз питания на полевых транзисторах, работающих в импульсном режиме под управлением ШИМ-контроллера. Чтобы фазы питания заработали, на ШИМ-контроллер должен прийти разрешающий (включающий) сигнал NVVDD_En. Ток для фаз питания GPU может браться с разъема дополнительного питания, с материнской платы (райзера) через разъем PCI-E, либо с обоих этих источников.

Изображение, иллюстрирующее процесс формирования питающих напряжений у старых видеокарт Nvidia (Power Flow Chart из презентации компании ASUS «VGA L3-2 Training Materials Repair Knowledge»):

Как видно из рисунка, второстепенные напряжения для видеокарт Nvidia берутся с разъема PCI-E. Это постоянное напряжение +12V током до 5.5 ампер (мощность до 66 ватт) и +3.3V током до 3 ампер (мощность до 9.9 ватт). Таким образом, общая мощность, которую может взять видеокарта Nvidia из слота PCI-E, равна 66+9.9=75.9 ваттам.

Шестипиновый разъем дополнительного питания (12V_EXT) обеспечивает мощность до 114 ватт (ток по линии +12 вольт до 9.5 ампер).

Согласно рисунку, три фазы питания сформированы полевыми транзисторами PH9030 (верхнее плечо) и PH5030 (нижнее плечо) под управлением RT8867.

Пример реализации схемы фазы питания видеокарты (производится преобразование входного постоянного напряжения +12 вольт в нужный для питания GPU вольтаж VDDC, в данном случае 1.2 вольта):

Пример схемотехники цепей линейного преобразования напряжения на видеокартах (контроллер UP7706 и AZ7805):

Пример элементной базы, использующейся на видеокартах на примере модели ASUS (передняя часть платы):

Пример элементной базы, использующейся на видеокартах на примере модели ASUS (задняя часть платы):

Размещение контрольных точек для проверки напряжений на видеокарте ASUS Nvidia GeForce 7300 (передняя часть платы):

Размещение контрольных точек для проверки напряжений на видеокарте ASUS Nvidia GeForce 7300 (задняя часть платы):

Дросселя и линейные преобразователи питания, использующиеся на видеокартах:

Вам также может понравиться

ASIC-и для алгоритмов Cuckatoo 31 и 32

13 июня, 2019

Добавление посадочного места в схемный символ

Финальный шаг – добавление ссылки на посадочное место в схемный символ контрольной точки. Вернитесь в схемную библиотеку, выберите созданный символ контрольной точки и нажмите кнопку Add Footprint в нижней части редактора. Перейдите в папку проекта и выберите файл библиотеки посадочных мест, затем найдите созданное посадочное контрольной точки в списке доступных.

Настройка связи схемного символа контрольной точки с посадочным местом

После нажатия OK в этих окнах, контрольную точку можно считать успешно созданной. Теперь вы можете начать размещение контрольный точек на схеме и плате. Вы можете повторять этот процесс для создания контрольных точек других типов и их размещения в проекте. Обратите внимание, что в качестве контрольной точки я добавил контактную площадку, но таким же образом можно добавить переходное отверстие – используйте ту же самую последовательность действий и оставьте металлизированное отверстие в контактной площадке.