掌握笔记本电脑CPU及相关电路的结构特点

CPU及相关电路是笔记本电脑的核心电路，它是笔记本电脑的信号处理、数据运算和控制中心，其功能是通过笔记本电脑主板上的数据总线、地址总线和控制总线与其他外围电路相连。CPU芯片与一般集成电路的不同在于它是按照程序进行工作的，并具有分析和判断能力。

笔记本电脑CPU及相关电路主要由CPU芯片（含CPU插座）、CPU供电电路、散热风扇驱动电路和温度检测电路等部分构成的。图3-1所示为典型笔记本电脑CPU及相关电路的基本结构（IBM ThinkPad R40型）。

图3-1 典型笔记本电脑CPU及相关电路的基本结构（IBM ThinkPad R40型）

（1）CPU芯片

CPU芯片又称中央处理器，是管理并协调笔记本电脑各部分工作的核心部件，其性能的好坏直接影响到笔记本电脑的整机性能和工作效率。

目前，笔记本电脑中常见的CPU主要有板载式CPU和独立式CPU两种，图3-2所示为典型CPU的外形结构。板载式CPU焊接在主板上，须经过拆焊方可将其取下；而独立式CPU则由锁定装置固定在CPU插槽上，通过拨动锁定挂钩即可将其取下。

目前，新款笔记本电脑多采用独立CPU，便于维修或更换新型的CPU，以提高笔记本性能；而老款或超薄笔记本电脑多采用板载CPU。

图3-2 典型CPU的外形结构

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在主流市场上，CPU的生产厂商主要有Intel和AMD公司。其中，Intel公司推出的奔腾、赛扬、酷睿等处理器在主流市场上占有率较高。图3-3所示为Intel和AMD公司推出的笔记本电脑CPU。

图3-3 Intel和AMD公司推出的笔记本电脑CPU

（2）CPU供电电路

CPU供电电路为CPU提供电能，用于满足CPU正常工作的需要。CPU供电电路从结构上而言，主要是由电源管理芯片、场效应晶体管、多个滤波电感、电容以及外围元器件等构成的。

①电源管理芯片

电源管理芯片的功能是为CPU芯片提供所需的直流电压，内置有开关脉冲产生电路，图3-4所示为电源管理芯片U506（SC1474TS）的实物外形。电源管理芯片一般位于CPU插座附近，其作用就是产生脉宽调制信号，去驱动场效应晶体管工作。

图3-4 电源管理芯片U506（SC1474TS）的实物外形

图3-5所示为电源管理芯片SC1474TS的内部结构框图和典型应用电路。从该结构图中可知，电源管理芯片由电源控制信号对其进行驱动控制，电源管理芯片工作后由其内部的驱动模块向相应的场效应晶体管输出脉宽调制信号，经场效应晶体管放大后，再经滤波电路滤波后输出稳定的电压为CPU供电。

图3-5 电源管理芯片SC1474TS的内部结构框图和典型应用电路

②场效应晶体管

场效应晶体管为电压型控制器件，具有开关速度快、内阻小、输入阻抗高、工作电流大等特点。图3-6所示为场效应晶体管和驱动场效应晶体管的实物外形。场效应晶体管在笔记本电脑电路中，常用“VT”、“Q”表示，在CPU供电电路中多采用3引脚和8引脚贴片封装的场效应晶体管。

笔记本电脑在工作时，场效应晶体管在电源管路芯片脉冲信号的驱动下导通与截止，将系统电源电压输出的直流电压变成高频脉冲，送入LRC滤波电路为CPU供电。

图3-6 场效应晶体管和驱动场效应晶体管的实物外形

③滤波电感和滤波电容

滤波电感和滤波电容配合工作，对场效应晶体管输出的高频脉冲信号进行平滑滤波，使其变为稳定的直流电压，送到CPU中。滤波电感具有储能的功能，可消除高频脉冲中的波纹、干扰和杂波；滤波电容可以将滤波电感输出的含有少量杂波的直流电压变成较为平滑的直流电压。图3-7所示为滤波电感和滤波电容。

图3-7 滤波电感和滤波电容

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在CPU供电电路中，电感多采用立式封装电感，可在笔记本电脑的主板中与电感的其他封装形式明显地进行区分，根据CPU供电电路的这一特点，可以很容易地判断出CPU供电电路的位置。

（3）散热风扇驱动电路

散热风扇驱动电路用来控制CPU风扇旋转，对CPU进行散热。图3-8所示为典型散热风扇驱动电路的结构。该散热风扇驱动电路主要由散热风扇、限流电阻F504、二极管D525、场效应晶体管VT521、三极管VT522、风扇接口J11以及电阻、电容等构成。

图3-8 典型散热风扇驱动电路的结构

散热风扇是笔记本电脑中常见的散热方式，在笔记本电脑运行时，当CPU到达一定温度时，风扇便会自动开始运转，并通过散热片所形成的风道将热量带出。当CPU的温度降低到BIOS所限制的温度时，风扇会自动停止转动。CPU芯片的热量通过导热管传递到散热片上，由风扇带动空气，将热量吹向笔记本电脑的外部。图3-9所示为散热风扇的结构图。散热风扇主要由风扇电动机、扇叶、导热管和风扇散热片等构成。

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笔记本电脑除了采用导热管、散热片与风扇进行散热外，还有散热管、散热板和对流散热等散热方式。图3-10所示为采用散热管和散热板与风扇配合的散热方式。

散热管散热方式，其管内设有纤维通道，将管内的空气抽空，并注入循环水，在真空状态下，水的沸点较低，如果在管子的一端加热，水就会蒸发，把热量带到另一端，到了另一端水会冷却，再返流回去，如此反复，热量就不断移动，将热量传导出去。

散热板散热方式，采用散热板的面积越大，散热的效率就越高。一般将一块金属散热板敷在主板或CPU的上部，以释放CPU产生的热量。

图3-9 散热风扇的结构图

图3-10 采用散热管和散热板散热方式的散热风扇

（4）温度检测电路

在笔记本电脑中，设计有温度检测电路，主要由CPU温度检测电路和主板温度检测电路两部分构成。

①CPU温度检测电路

CPU温度检测电路主要用于对CPU的温度进行检测，并将温度信号转换成电信号，CPU则根据检测的温度情况对风扇进行控制，如有温度异常会进行停机保护。CPU温度控制电路主要由CPU温度检测和控制芯片、三极管及相应的电阻、电容等构成。图3-11所示为CPU温度检测电路。

图3-11 CPU温度检测电路

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图3-12所示为CPU温度检测和控制芯片(MAX6511、MAX6512)的引脚功能、内部结构以及典型应用电路。

图3-12 CPU温度检测和控制芯片（MAX6511、MAX6512）的引脚功能、内部结构以及典型应用电路

②主板温度控制电路

主板温度控制电路主要是将CPU内部温度传感器引脚传递出的温度信息转换成符合SMBUS总线要求的时钟和数据信号，经由SMBUS总线送入主板的控制电路中，由控制电路驱动散热风扇运转。主板温度检测控制电路位于CPU的周围，主要由数字温度传感器（数字温度检测芯片）、电阻、电容等构成。图3-13所示为主板温度控制电路。

图3-13 主板温度控制电路

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图3-14所示为数字温度检测芯片(LM89CIMMX)的内部结构图。通过了解内部结构框图能够更清楚地掌握内部的处理过程。

图3-14 数字温度检测芯片（LM89CIMMX）的内部结构图