北针

硬件篇：晶振 不能忽视的最后末节

九、晶振

    晶振在系统中的作用是产生基准的频率。特别是频率产生器、REAL TIME CLOCK（笔记本内部时钟）等都需要高精度的晶振。然而在低价笔记本中，只能使用精度较差、体积较大的晶振。和电容一样，他们一般都是立式的，在SMT的时候也不能用机器打上去，只能手工插上。




上面是低价笔记本中常用的晶振



上面是主流笔记本使用的晶振

十、其他

    在实际的笔记本设计中，还有很多方面需要RD工程师考虑。比如信号产生器、LCD的背光高压逆变电路等等。对于这些元器件，RD也会根据其成本预算，选择最合适的拿来用。




同时拥有索尼A19和X505是不是一个梦想？

    而在笔记本利润越来越薄的今天，想做出一款价格很高，用料十足的产品对RD工程师来说也不过是一个梦想。对笔者而言，如能有机会参与像SONY X505这样一款只计结果，不计成本的梦幻机型，那也此生无憾了。

[ Last edited by 北针 on 2005-9-3 at 17:45 ]

北针

硬件篇：电源（4）笔记本里面见到直立电解电容




   

再看一张图，我们看到其主板上充满了这样的电容。




上面是TOSHIBA R150的主板，我们看到，主板上根本没有那些高大的电容，有的只是SMT的贴片电容。无论在性能、精度和体积上，都比那些直立的电解电容有着优势，但价格就……

    一般在打第一版PCB板的时候，工程师会把电容按照规格书加好，然后再一个一个的拆下来，并用示波器和电子负载机来测试电源的稳定性，如果可行就会把电容减少，减少……直到不能满足芯片组的电源要求为止。这些其实并非只发生在低价笔记本上，一些主流的笔记本也会这样，但他们的前提是不牺牲系统的性能、稳定性和耐用性。当然，理论上，无论哪个RD都会按照芯片的规格书和自己的经验为其加尽量好的电容，但由于成本，这显然是不现实的。

    一般来说，一个笔记本内的POWER部分会有15美金左右的成本。在极端的情况下能做到12美金左右，而高档笔记本的POWER部分会在17~18美金左右。

[ Last edited by 北针 on 2005-9-3 at 17:41 ]

北针

硬件篇：电源（3）抗击8A电流可不是闹着玩的

    大家看到原理图里的两只MOSFET了吗？注意，这MOSFET在笔记本中可不能用仅有三个脚的MOSFET哦！由于笔记本中由于所用的电流十分大，所以PWM的两个上拉/下拉MOSFET流过的电流就变的相当大。这样，我们在笔记本中一般都会使用有8个脚的MOSFET，他们允许通过的电流可高大8A！

    在CPU的核心电压上，由于怕CPU的电流过大，我们常会用4个MOSFET两两上拉/下拉！而这MOSFET的价格也非常之昂贵，大约会在1.2美金左右，不同的MOSFET一般会有几美分的差价，工程师需要对其进行工作效率的验证，在满足电源稳定性的情况下选择最低价格的MOSFET。




上图是某国产P4笔记本中的CPU核心电源部分。蓝色框内是上面所说的MOSFET，我们一般称其为功率管。由于MOSFET需要上拉和下拉，所以他们一般、也必须是成对的出现。

    还有就是最后面的那个电感。刚才已经说过，由于笔记本内电压的特点，电感上流过的电流会边的非常大，所以电感允许通过的电流高达十几安培！我相信有点电子知识的朋友一定知道十几安培通过一个电感是什么样的一个概念，呵呵~而这颗电感的价格也确实不便宜，由于笔者不是做POWER的，不过估计也会是大于1美金。





  上图蓝色框内就是上文所说的电感。由于P4的耗电量非常大，所以电源工程师会采用三相的电源给CPU供电，将整机CPU对电流的需求平均分摊到各个电感上，这也是上图有三个大电感的原因。

    除了对以上部件的COST DOWN外，电源工程师还需要对最后面的滤波电路进行COST DOWN。再看上图中红色框里面的就是所需要的电解电容。因为大容量的滤波电解电容也是比较贵的，一颗的价钱大约会是在0.25美金左右，所以也成了COST DOWN的重点。

    我们看到，在上面电容已经不是SMT打在主板上的了，换成了普通的电解电容。他们一般都是立式的，在SMT的时候不能用机器打上去，只能手工插上。而且这种电容的温度效应非常差，在高温下容量会慢慢减少，所以RD在设计的时候一般会留以很大的余量，在电容容量下降后还能满足CPU CORE电压的需要。不过这也难以保证电容的正常工作，长时间的高温工作，电容终将失效，发生鼓胀等情况。

[ Last edited by 北针 on 2005-9-3 at 17:38 ]

北针

第16页：硬件篇：电源（2）滤波电容的选择

    随着电感上存储能量的消耗，负载两端的电压开始逐渐降低；当负载两端的电压Vout需要升高时，MOSFET场效应管Q1导通，MOSFET场效应管Q2截止，外部电源通过MOSFET场效应管Q1对电感进行充电并达到所需的电压值。

    以此类推，在不断地充电和放电的过程中就行成了一种稳定的电压，使负载两端的电压Vout稳定在预先设定的值，这个理想的电压值是由2只外接电阻的阻值之比来确定的，并可由一个理论的公式来进行计算。




上图IBM T41上使用的型号为MAX1631PWM芯片，由其产生3V和5V。

  此外，由于MOSFET场效应管工作在开关状态，导通时的内阻和截止时的漏电流都较小，所以自身耗电量很小，避免了线性电源串接在电路中的电阻部分消耗大量能量的问题。由于此类电源模块总是有2只MOSFET场效应管工作在开关状态下轮流导通，开关电源的名字也由此而来。

    因为开关电源模块本身固有的工作特点，在直接由MOS管端获得的输出电压V的纹波非常之大，几乎无法适用，为了获得理想的直流电压，开关电源模块的输出端常有必不可少的滤波电路。




IBM T40所使用的另一款PWM芯片型号
为MAX1845，主要产生1.8V和DDR用的2.5V

    滤波电路中，常常用到数只大容量的一种所谓Low ESR电容。Low ESR即Low Equivalent Series Resistance的英文缩写，直接翻译过来就是“低等效串连阻抗“之意，这种电容的Low ESR值通常在数十毫欧姆以下，这个值越低滤波的效果就越好。

    讲完了这些，我相信大家对PWM已经有了个较为全面的概念。那么在这整个系统中，最贵的是PWM芯片和MOSFET，以及最后面的滤波电容。不过由于竞争的激烈，PWM芯片的价格和效率已经在一个合理的范围之内，而电源工程师的选择也不多，一般有MAXMIM和ITSEL两家可选。

北针

八、电源




电源在整个系统中的作用我想我不说大家也很清楚。整个系统的稳定性和电源的质量是息息相关的，试想如果对芯片组的电压都不稳定，那谈何系统的稳定性呢？呵呵~~

    总的来说，笔记本内部的电源系统可总结为：大电流，小电压。

    我们以笔记本内部3/5V和CPU CORE（CPU的核心电压）两组电压为例。他们作为系统内部最重要的两组电，电源工程师在设计他们的时候自然会考虑周全。一般来说，3V，5V和CPU CORE电压都采用较为先进的PWM调制，这样的好处是能提供很大的电流以及很小电源纹波，加上一些大型滤波电容（220UF），再串联一个大电流的电感输出，基本上能将电源输出变得非常干净。而CPU CORE和3/5V的不同之处是CPU的核心电压是可变的，它的输出由CPU直接控制，而且CPU CORE的设计电流比3/5V要大。




  说到PWM，这里顺便解释一下PWM的工作原理，PWM又称开关电源，用PWM芯片产生一个宽度可调的脉冲波形，使得Q1、Q2两只MOS管轮流导通。当负载两端的电压Vout需要降低时，MOSFET场效应管Q2导通，MOSFET场效应管Q1截止，外部电源供电断开，电感释放出能量，这时的电感就变成了电源继续对负载供电（参考上图，在真正笔记本中的设计会比它复杂很多）。

北针

七、音响设备

    一直以来，笔记本电脑的声卡都在沿用AC97兼容声卡（好一些的也只是出现在富士通P5010所采用的RealTek ALC202音效芯片或者是Toshiba上面所采用的YAMAHA的 YMF753声卡），这种声卡除了占用CPU较大之外，其效果也很是一般。但鉴于笔记本那么小的身材，我们也不能多做奢求。不过为什么还是有那么大的区别呢？

    说到这个，我真的是比较气愤。看看国产的笔记本，那个本子能像COMPAQ用JBL那样发出洪亮浑厚的声音？那个本子能像TOSHIBA采用Harman/Kardon的音响？如果不用名牌的音响设备，难道不能学习IBM那样，利用桌面反射的原理发出更好的声音吗？咳咳……

    我们直接用图片来说话吧：



东芝G10中的大口径3CM直径Harman/Kardon喇叭




上图是HPV2000和DV1000中采用的的JBL、Harman/Kardon音箱系统



上面是一些国产的笔记本的音箱系统

    在此我们能明显看到国产笔记本和国际名牌产品之间的差距。虽然笔记本的音响系统在整机中不占太重要的地位，但是随着多媒体应用在笔记本上越来越多的应用，我们国产的笔记本还停留在仅能发声的阶段，这不能不说是国人的遗憾。
要说原因，其实也很简单。

    首先由于模具的原因，不能对发音单元创造很好的共振条件，所以发音比较轻。再者，没有专业的音响公司介入设计，也没有采用专业的功放、发音单元，仅仅追求能“发声”而已。在这样的背景下，发音单元在低价笔记本上是无论如何都不可能做好的。

北针

六、各类外部接口

    和排线一样，对于消费者来说，对外围接口，你所看到的只是“有几个USB口？有没1394口？”之类的问题。而究竟这些接口的质量，你有想过吗？其实对制造商来说，他们同样可以由FOXCONN、AMP公司生产，也可以由一些规模相对较小的公司生产，那其中的价差也成了制造商控制成本的手段。




低价笔记本中的接口做工就不是那么精细了

    要说这些接口的好坏，我想其实基本问题是不大。因为既然能通过制造商的认证，首先他们的功能和规格肯定能满足制造商定的标准。关键是一些插拔次数和允许范围的大小的区别，其中的厉害关系，大家自行分析便知。鉴于此部分还是跟模具相关，所以不再多说。

北针

五、键盘、鼠标等输入设备

    如果要谈键盘，我相信对笔记本稍有经验的朋友可能都会谈起经典的IBM TP600/E/X系列的键盘那坚如磐石的击打效果。确实，如果你使用过TP600的键盘，你会觉得在那上面输入文字绝对是种享受，甚至最新的T42也不及当时的输入感受。IBM创造了连他自己都无法超越的键盘神话！

    IBM的各款笔记本电脑都极为重视键盘的手感，就算是旗下只有10.4英寸屏幕的S30/S31系列，仍然采用全尺寸的数字和字母键，为此机身两侧多出来一块突起用于容纳键盘的安装位置。




上面是S30的键盘，可见IBM对键盘手感的重视

我们有理由相信，IBM为键盘的手感问题投入的巨资，键帽的行程和笔记本电脑厚度的矛盾在IBM笔记本电脑上得到了比较圆满的解决。视不同的系列，IBM笔记本电脑的键帽行程在2.5~3mm之间，最为难得的是即使是2.5mm的行程敲打起来感觉和3mm行程的差别几乎没有。

    与之对应的，一些低端机型的键盘是迁就整机设计和布局的陪衬（其实这也发生在一些大厂的笔记本上，比如笔者就不喜欢HP的键盘那硬硬的手感），除了在体积适当的机器上采用全尺寸的数字和字母键外，它们对于键盘的布局和手感是不太讲究，只要能够保证正常的输入即可。




华硕W1N中的铝合金一体成型左右按键

    而对于指点设备，笔者是绝对的IBM Track Point的推崇者（喜欢Touch PAD的朋友别砸我，嘿嘿），那指哪打哪的感觉真是畅快无比，笔者还曾经用Track Point打了几盘CS呢，呵呵！不过指点杆的使用并不是什么品牌都好，上次用的TOSHIBA一个卫星系列，型号忘记了，它那指点杆就硬硬的不舒服。

    同样，质量不好的指点设备则严重影响文字输入的心情。举个例子，夏天你手指不干燥的时候，你触摸板上移动着鼠标，而鼠标却满屏幕乱跑，点哪不到哪，你的心情能好的了嘛~

    说了那么多，笔者无非想说：就像你可以买到30块的普通鼠标，也可以花300元买个LOGIC的光电鼠标一样，笔记本制造商同样可以用这些相对便宜的键盘和指点设备用到他们的笔记本上。

北针

四、排线

    这些FFC软线在主板里负责连接一些外围的设备，比如键盘，指点设备，以及LCD等。当然，他们也有好坏。好一点的厂商会选择FOXCONN、HAMMSTAR等，而差点的就多了，笔者在这里也就不多说了。由于这些排线连接着笔记本的各个部件，特别是像LCD那样的需要转动的部件，排线的质量就更值得关注了。




上图是TOSHIBA R150的LCD排线，用了金属丝来保护软线，同时达到更好的电磁兼容性效果。




三星X30的无线网卡延长线都用镀金接口，低价笔记本可没这个东西

     而为了保证COST，一些低价笔记本的软线，就不可能有那么好的待遇了。但关键不在此，对用户来说，实际能开合笔记本屏幕的次数才是最重要的。一般而言，好的笔记本，如SONY，IBM（G40）对他们的笔记本的屏幕要求开合能达到20000次和15000次。但二流的笔记本厂商对其的规格只有10000次，或者更少。
但是由于这些东西不是再外观上，或者短期的使用中能看出来的，等你发现的时候可能保修早就过了。所以碰到这样的情况，消费者只能自认倒霉。

北针

三、电容电阻以及一些小型的开关MOSFET（场效应管）

    说完了大头，也别小看那些小小的贴片电阻电容什么的哦。虽然比起那些IC，电阻和小容量的瓷片算成单价，仅仅有零点零零零几美元/颗，但是对企业来说，只要是能节省成本的，为什么不做呢？况且那些东西在主板上的数量不少电阻电容加起来要超过1000颗呢！能省下100颗也能省下个几美分呢！

    碰到极端的情况，COST死活压不下来的时候，RD都会动那些滤波电容，衰减电阻的脑筋。原来要10个0.1UF的滤波电容的，改成3个，衰减电阻就索性全删了等等。笔者曾碰到一个极端的情况。当时由于离老板指定的成本还差了一点，实在没的改了的时候，把CPU背面的那些个大电容（很贵哦，一般都在0.2~0.3美金之间）下了手，原来的20颗不到只剩下8颗还在坚守岗位。嘿嘿，后来机器还是跑的很欢哦，没啥事！（问我什么品牌？哈哈，商业机密哦，不好说的哦！）




上面就是CPU需要的去耦电容，少几个没关系哦

对于那些做开关作用的MOSFET，比电阻啥的还是贵点。所以也是COST DOWN的重点。举个例子，对于一个信号的开关来说，用三个MOSFET能实现，用一个MOSFET也能实现，区别就在于用三个MOSFET的具有高的可靠性。在没办法满足成本预算的时候，RD一般都会将其精简，虽然对信号的可靠性和整机的稳定性稍微有影响，不过为了完成工作，这些也是不迫不得已的手段。而电容的质量也是我们关心的问题。这部分的区别我们在电源部分仔细分析。