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菜鸟能看懂:史上最全工业主板供电用料解析

2020-12-30 15:57:20      点击:

工业主板很大程度上与商业办公用主板差不多,主板上的三大件处理器、内存、硬盘都差不多一样的形式。工业主板承载着电流和数据流两大流量,处理器在电脑中起至关重要的作用,因此工业主板处理器供电部分电子用料设计的优劣,直接影响到整机工作的稳定性和安全性。很多人不明白为什么工业主板的价格为什么这么贵?小编今天给你讲解来自科拉德公司的工业主板电子物料组成,你或许能明白其中道理。

KELADECES-3601GONGYEZHUBAN

工业主板的PCB板层数

主板的质量是由主板供电、主板做工用料、主板PCB、主板设计所决定。商用主板一般是4层设计或6层设计,即主信号层、接地层、电源层、次信号层、辅助电源层、中信号层。

科拉德公司的CES-3601采用10PCB板,除了主信号层、接地层、电源层、次信号层、辅助电源层、中信号层外为了增强工控机的性能稳定性,在设计上会增加了多一层主信号层,接地层,电源层以及次信号层。

工业主板

PCB板是工业主板集成电路的重要载体,虽然PCB主板的层数不是越多越好但是PCB的层数多,对于稳定性来言,与电子用料的密集度,布线的整合性,是有着绝对的优势。

工业主板的电子用料——电容

商用的ATX主板电容一般是大颗粒的柱形状电容,即电解电容和固态电容,当用有些ATX的工业主板商也是采用这样的电容形式。

电解电容:金属箔为正极(铝或钽),与正极紧贴金属的氧化膜(氧化铝或五氧化二钽)是电介质,阴极由导电材料、电解质(电解质可以是液体或固体)和其他材料共同组成,因电解质是阴极的主要部分,电解电容因此而得名。外观相较于固态电容,电解电容顶部会有防爆纹。

固态电容:固态铝质电解电容。它与普通电容(即液态铝质电解电容)最大差别在于采用了不同的介电材料,液态铝电容介电材料为电解液,而固态电容的介电材料则为导电性高分子。由于固态电容采用导电性高分子产品作为介电材料,该材料不会与氧化铝产生作用,通电后不至于发生爆炸的现象;同时它为固态产品,自然也就不存在由于受热膨胀导致爆裂的情况了。固态电容具备环保、低阻抗、高低温稳定、耐高纹波及高信赖度等优越特性,是目前电解电容产品中最高阶的产品。外观相较于电解电容,顶部平滑有文字。

电容

电容


钽电容

对于3.5英寸的工业主板,一般是采用小型的电容颗粒(贴片固态电容)。

贴片固态电容作为电解电容器中的一类,特别是一些高密度组装,内部空间体积小的产品。贴片固态电容使用耐高低温,适合在-50摄氏度或100摄氏度的环境下正常工作。

贴片固态电容还有寿命长,绝缘电阻高,漏电流小,耐腐蚀,而且长时间工作能保持良好的性能,是3.5英寸工业主板的首选电容之一。

工业主板的电子用料——MOS

mos管是金属(metal)-氧化物(oxide)-半导体(semiconductor)场效应晶体管,或者称是金属-绝缘体(insulator)-半导体。可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。 MOS管的sourcedrain是可以对调的,他们都是在Pbackgate中形成的N型区。在多数情况下,这个两个区是一样的,即使两端对调也不会影响器件的性能。这样的器件被认为是对称的。

mos

mos管

mos管是工业主板中最为常见的电子用料,主要用途是信号放大,其次是阻抗匹配、信号转换等。

工业主板的电子用料-电感

工业主板作为集成电路中相对复杂的,电感的选用多为全封闭铁素电感,由于电感有蓄能的特点,电流先流过电感以便滤掉一部分高频杂波,再流过电容进一步滤掉其余的杂波,因此电感的性能就充分影响到了整个主板供电的纯净度。


电感

品质好的全封闭铁素电感采用的材料是线径很粗的线圈,高导磁率、不易饱和的新型磁芯,所以不需要很多的绕线圈数就可以得到足够的磁通量。

工业主板的一相供电由23Mos管、23个固态电容和1个电感组成,一般一相供电能为处理器提供1030W的电能。电感在处理器供电电路中起到了至关重要的滤波作用。但由于目前主板上均使用了全封闭式电感,因此我们无法从材料上区分其优劣,优质的工业主板对于电感品牌选择成为了关键。

工业主板的电子用料-电阻

虽然电容和电感帮忙清理电力杂波,但是控制各个部件获得多少电压时,主要的重活都是由谁做的?没错,就是电阻。电阻顾名思义就是电阻器阻碍电流的传输,确保工业主板的部件不会因获得过多电力而受损。

电阻

电阻

电阻与高分子电容

电阻与高分子电容

电阻是怎样的?我们初中学习过的电阻一般是以色环状长柱形,标注着电阻值多少殴,如上图,然而,工业主板上的电阻一般和电容颗粒差不多,外面上更为低调,如上图,看着像黑色+银色的小方块。

工业主板的电子用料-网口控制器

如果单从工业主板的从外观上,我们很难看出网口性能的的区别,主板焊接好的网口中多采用RJ45形式的输出。但是网口的定义是由内部芯片决定,目前网口控制制主要有两大厂商,即英特尔公司生产的网口控制器芯片以及中国台湾瑞昱公司Realtek网口控制器芯片。


网口控制器芯片

工业主板的电子用料-其它控制芯片

工业主板具备丰富的I/O接口,所以I/O控制芯片也是板贴于主板上。另外其它接口芯片有LEDS显示芯片、RS-485控制芯片、USB UB芯片、BOIS软件控制芯片、V-CORE芯片、VSMVSM-VTT芯片、电隔离芯片、集成电路声卡/显卡等。


485串口芯片


BIOS软件芯片


IO控制芯片


LVDS显示芯片


RS-232控制芯片

V-CORE-芯片

V-CORE-芯片

J1900处理器

J1900处理器

二极管与三极管

二极管与三极管

内存供电芯片

内存供电芯片

内存颗粒

内存颗粒

声卡

声卡控制芯片

网口控制芯片

网口控制芯片

总的来说,工业主板的电子用料与制作工艺水准,决定着主板的质量好坏。由于工业用产品,在数量上相对于商用主板,采购电子物料没有成本优势,另外好的工业主板厂商对于主板的用料是考虑到客户的应用场景的稳定性、可靠性,不会因为一分几毛的电子用料抠成本牺牲质量。所以工业主板的整体价格会比商用主板高很多。

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