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菜鳥能看懂:史上最全工業主板供電用料解析

2020-12-30 15:57:20      點擊:

工業主板很大程度上與商業辦公用主板差不多,主板上的三大件處理器、內存、硬盤都差不多一樣的形式。工業主板承載著電流和數據流兩大流量,處理器在電腦中起至關重要的作用,因此工業主板處理器供電部分電子用料設計的優劣,直接影響到整機工作的穩定性和安全性。很多人不明白為什么工業主板的價格為什么這么貴?小編今天給你講解來自科拉德公司的工業主板電子物料組成,你或許能明白其中道理。

科拉德CES-3601工業主板

工業主板的PCB板層數

主板的質量是由主板供電、主板做工用料、主板PCB、主板設計所決定。商用主板一般是4層設計或6層設計,即主信號層、接地層、電源層、次信號層、輔助電源層、中信號層。

科拉德公司的CES-3601采用10PCB板,除了主信號層、接地層、電源層、次信號層、輔助電源層、中信號層外為了增強工控機的性能穩定性,在設計上會增加了多一層主信號層,接地層,電源層以及次信號層。

工業主板

PCB板是工業主板集成電路的重要載體,雖然PCB主板的層數不是越多越好,但是PCB的層數多,對于穩定性來言,與電子用料的密集度,布線的整合性,是有著絕對的優勢。

工業主板的電子用料——電容

商用的ATX主板電容一般是大顆粒的柱形狀電容,即電解電容和固態電容,當用有些ATX的工業主板商也是采用這樣的電容形式。

電解電容:金屬箔為正極(鋁或鉭),與正極緊貼金屬的氧化膜(氧化鋁或五氧化二鉭)是電介質,陰極由導電材料、電解質(電解質可以是液體或固體)和其他材料共同組成,因電解質是陰極的主要部分,電解電容因此而得名。外觀相較于固態電容,電解電容頂部會有防爆紋。

固態電容:固態鋁質電解電容。它與普通電容(即液態鋁質電解電容)最大差別在于采用了不同的介電材料,液態鋁電容介電材料為電解液,而固態電容的介電材料則為導電性高分子。由于固態電容采用導電性高分子產品作為介電材料,該材料不會與氧化鋁產生作用,通電后不至于發生爆炸的現象;同時它為固態產品,自然也就不存在由于受熱膨脹導致爆裂的情況了。固態電容具備環保、低阻抗、高低溫穩定、耐高紋波及高信賴度等優越特性,是目前電解電容產品中最高階的產品。外觀相較于電解電容,頂部平滑有文字。

電容

電容


鉭電容

對于3.5英寸的工業主板,一般是采用小型的電容顆粒(貼片固態電容)。

貼片固態電容作為電解電容器中的一類,特別是一些高密度組裝,內部空間體積小的產品。貼片固態電容使用耐高低溫,適合在-50攝氏度或100攝氏度的環境下正常工作。

貼片固態電容還有壽命長,絕緣電阻高,漏電流小,耐腐蝕,而且長時間工作能保持良好的性能,是3.5英寸工業主板的首選電容之一。

工業主板的電子用料——MOS

mos管是金屬(metal)-氧化物(oxide)-半導體(semiconductor)場效應晶體管,或者稱是金屬-絕緣體(insulator)-半導體?梢杂糜跈z波、整流、放大、開關、穩壓、信號調制和許多其它功能。 MOS管的sourcedrain是可以對調的,他們都是在Pbackgate中形成的N型區。在多數情況下,這個兩個區是一樣的,即使兩端對調也不會影響器件的性能。這樣的器件被認為是對稱的。

mos

mos管

mos管是工業主板中最為常見的電子用料,主要用途是信號放大,其次是阻抗匹配、信號轉換等。

工業主板的電子用料-電感

工業主板作為集成電路中相對復雜的,電感的選用多為全封閉鐵素電感,由于電感有蓄能的特點,電流先流過電感以便濾掉一部分高頻雜波,再流過電容進一步濾掉其余的雜波,因此電感的性能就充分影響到了整個主板供電的純凈度。


電感

品質好的全封閉鐵素電感采用的材料是線徑很粗的線圈,高導磁率、不易飽和的新型磁芯,所以不需要很多的繞線圈數就可以得到足夠的磁通量。

工業主板的一相供電由23Mos管、23個固態電容和1個電感組成,一般一相供電能為處理器提供1030W的電能。電感在處理器供電電路中起到了至關重要的濾波作用。但由于目前主板上均使用了全封閉式電感,因此我們無法從材料上區分其優劣,優質的工業主板對于電感品牌選擇成為了關鍵。

工業主板的電子用料-電阻

雖然電容和電感幫忙清理電力雜波,但是控制各個部件獲得多少電壓時,主要的重活都是由誰做的?沒錯,就是電阻。電阻顧名思義就是電阻器阻礙電流的傳輸,確保工業主板的部件不會因獲得過多電力而受損。

電阻

電阻

電阻與高分子電容

電阻與高分子電容

電阻是怎樣的?我們初中學習過的電阻一般是以色環狀長柱形,標注著電阻值多少毆,如上圖,然而,工業主板上的電阻一般和電容顆粒差不多,外面上更為低調,如上圖,看著像黑色+銀色的小方塊。

工業主板的電子用料-網口控制器

如果單從工業主板的從外觀上,我們很難看出網口性能的的區別,主板焊接好的網口中多采用RJ45形式的輸出。但是網口的定義是由內部芯片決定,目前網口控制制主要有兩大廠商,即英特爾公司生產的網口控制器芯片以及中國臺灣瑞昱公司Realtek網口控制器芯片。


網口控制器芯片

工業主板的電子用料-其它控制芯片

工業主板具備豐富的I/O接口,所以I/O控制芯片也是板貼于主板上。另外其它接口芯片有LEDS顯示芯片、RS-485控制芯片、USB UB芯片、BOIS軟件控制芯片、V-CORE芯片、VSMVSM-VTT芯片、電隔離芯片、集成電路聲卡/顯卡等。


485串口芯片


BIOS軟件芯片


IO控制芯片


LVDS顯示芯片


RS-232控制芯片

V-CORE-芯片

V-CORE-芯片

J1900處理器

J1900處理器

二極管與三極管

二極管與三極管

內存供電芯片

內存供電芯片

內存顆粒

內存顆粒

聲卡

聲卡控制芯片

網口控制芯片

網口控制芯片

總的來說,工業主板的電子用料與制作工藝水準,決定著主板的質量好壞。由于工業用產品,在數量上相對于商用主板,采購電子物料沒有成本優勢,另外好的工業主板廠商對于主板的用料是考慮到客戶的應用場景的穩定性、可靠性,不會因為一分幾毛的電子用料摳成本犧牲質量。所以工業主板的整體價格會比商用主板高很多。

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