EuP主板设计简析
- 来源:微型计算机
- 关键字:EuP,主板
- 发布时间:2010-10-12 15:37
相信读过本刊2010年8月下环保特刊的读者，已经对其中介绍的EuP环保指令有所了解。然而大家的疑问也随之产生，有人问到，文中那些通过EuP/ErP指令的产品在外观上并无特别之处，如通过该指令的富士康H6E-i主板在外形、布局上看起来就是一块普通主板。这些通过环保指令的主板是否只是凭“运气”做到整机关机功耗小于1W的呢？它们在设计上难道有什么不同？接下来就让我们为你揭开这个秘密。
关机功耗不到1W
2008年12月18日，欧盟官方期刊(Official Journal of the EuropeanUnion)正式公布“EuP Lot 6 待机关机家用以及办公室电子产品生态化设计实施措施”。所包含的产品范围为终端用户所使用家用产品或是办公室的电子产品，其工作电压小于或等于250V。指令要求产品在关机模式下系统的功率消耗不得超过1W，其强制运行时间点为2010年1月7日。而在2013年1月7日以后，则必须保证产品在关机模式下的功耗低至0.5W，只有符合此规范的产品才可在欧盟市场自由流通。
目前的时间早已过了指令强制运行的起始时间，因此要想在欧盟销售主板，产品就必须通过EuP Lot6指令才能上市。而面对欧盟严格的监督检查机构，仅凭运气获得指令认证显然是不可能的。所以那些在欧盟拥有市场份额的各大主板厂商为了达到这一强制性标准，早已对主板进行了改良设计，那么这些改良设计是怎样的呢？要弄清这个问题我们必须首先了解谁在关机状态下制造功耗，关机功耗是怎样产生的？
谁是关机功耗制造者？
首先为大家介绍主板上使用的PC电源结构。通常情况下，一款电源通过一个20或24根线的连接器为主板供电，这一组连线中除了用作接地、传输控制信号外，还有供电电源部分。而供电电源部分一共分为两部分，一种是待机(standby)电源，只有5V一种电压，简称为5V STBY，这根电源线标准颜色为紫色，电源和交流电连通后就一直存在；另外一种则是系统电源，包括5V，-5V，3.3V，12V和-12V，只有在启动开机按钮后才会有电压产生。关机和待机模式下，待机电源会一直存在，而系统电源会被关掉，因此，如何降低关机和待机模式下5V STBY的功耗就成为通过EuP认证的关键之一，这也是主板厂商重点改进的部分。
此外，需要说明的是要想达到EuP标准，除了主板关机功耗要大幅度降低之外，电源的效率也非常关键。如果主板的待机电源功耗很小，但电源的转换效率非常低，总的功耗一样不能降低。举例来说，主板关机状态下的系统功耗即便只有0.1W，但电源的转换效率此时仅10%，那么关机状态下的损耗同样将达到1W，而90%的效率都是在电源上被消耗掉的，因此要想达到较小的电源损耗，用户还应购买通过EuP认证、拥有较高转换效率的电源。
外围线路优化不可少要想降低5V STBY电路功耗，一般有两种方法，首先是对5V STBY中的一些外围电路进行优化。在这里，让我们为你展示5V STBY中的一些常用线路。图1为主板上常见的5V STBY状态指示灯线路图，该LED在关机后也会保持常亮状态。因此如LED亮时所需电压是3V、电路中的电阻阻值为330Ω，则可以算出这一回路中的电流为6mA，此线路即会带来30mW的总功耗。
图2则为5V STBY电路中常见的控制线路，在设计中应用广泛。假如我们控制信号用的是3.3V电压，由于三极管导通时Vbe为0.7V，且恒定不变，那么Ib＝(3.3V－0.7V)÷8.2ΚΩ＝0.3mA，Ic=3.3V÷8.2ΚΩ＝0.4mA，该线路会带来3.3V×(0.3mA+0.4mA)＝2.3mW的总功耗。
如果没有经验的工程师将控制线路的电阻阻值改小，比如改为1ΚΩ，那么该线路功率将会提升到19mW左右。因此如要降低5V STBY外围电路的功耗，常用的优化措施有提高电路阻值、删除一些不必要的功能，如完全去掉LED状态指示灯线路。
降低芯片功耗很关键
然而外围线路的损耗只是功耗的一部分，还有一大部分功耗则来源于芯片在关机状态下的功耗，像I nt el南桥ICH10在关机状态下的功耗就有300mW左右。同时，虽然工程师可以通过修改线路去改善外围线路的功耗，但芯片功耗是工程师无法去优化的，而优化外围线路的方法也只能小幅降低关机状态下的功耗，效果并不是那么理想，仅靠外围电路功耗优化是很难通过EuP认证的。幸运的是，聪明的设计师现在设计出一种新的控制方法，可以直接让芯片功耗在关机状态下“消失”。
如图3所示，原5V STBY电路在关机状态下，将为终端设备，控制线路，以及芯片组持续供电，以便在需要时启用网络唤醒之类的功能。显然，这样会造成系统各个部分在关机状态下都产生功耗，从而增大关机状态下的总功耗。因此要大幅降低5V STBY的功耗，则必须对5VSTBY电路做出结构性的调整。
图4就是工程师对5V STBY供电电路调整后的结果，看出不同没有？原来排在电路结构末端的开机线路被提到了各个设备的前面，并增加了一个5V STBY开关线路。这样一旦开关线路里的开关处于断开状态，电流就无法从5V STBY开关线路里流向各个设备，从而彻底避免各设备带来的电源损耗。不过聪明的读者肯定会说，这不就没法使用网络唤醒功能了吗？结果当然不会是这样的。在通过EuP指令的主板BIOS中，你还会看到一个“EuPControl”之类的调节项目。而它的实质作用就是控制5V STBY开关线路的导通状态。当选择“Disable”关闭后，5V STBY开关线路里的开关就会连通，系统各部分就能获得电流，网络唤醒功能也就能得到启动。
此外，需要提及的是I nt el即将发布的新平台Sandy Bridge将集成Eu P指令解决方案：DEEPSLEEP技术。在P67/H67等新一代主板的“BIOS SETUP”选项中，将“Deep Sx”项目的“Disable”选项改为“Enabled in S4 and S5”即可大幅降低关机或待机功耗。电路设计原理与之前介绍的优化方案如出一辙，只是将开机线路部分集成到了PCH(Platform Control HUB)芯片内部，应用更加简单。此外，Sandy Bridge除了集成EuP指令解决方案，还将采用新的电源规范，使平台在空闲的时候电压降得更低，功耗更小。
功耗降幅达75％
最后，我们对一款通过EuP指令的映泰TH55XE主板进行了关机功耗测试。我们发现在启动“EuP“功能后，系统的关机功耗下降的非常明显。关机状态下5V STBY的电流从原来的的0.12A左右降低到开启的0.03A左右，功耗从600mW降低到150mW，对比之下，降幅达到近75％！显然改良后的5V STBY电路，对于大部分用不到网络唤醒功能的普通消费者来说是非常有意义的。
请立即开启EuP功能
目前，各大主流主板厂商针对欧盟市场，都已经有部分产品通过EuP认证，但由于不是所有的主板都支持这一功能，因此，用户在购买的时候需要注意产品是否具备“EuP Ready”文字字样或者EuP认证标志，以及主板BIOS里是否拥有EuP调节项目。而从实际效果上来看，通过EuP指令的主板的确能大幅度降低关机功耗。各大厂家推出此类产品不仅仅在于为了通过欧盟认证，能在欧洲销售，更重要的是该功能是真正意义上的节能，具备实际作用。
或许你的主板支持该功能而你之前毫不知情，但在看过本文后，请你现在立即开启它，为节能环保做出一分贡献！
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关机功耗不到1W
2008年12月18日，欧盟官方期刊(Official Journal of the EuropeanUnion)正式公布“EuP Lot 6 待机关机家用以及办公室电子产品生态化设计实施措施”。所包含的产品范围为终端用户所使用家用产品或是办公室的电子产品，其工作电压小于或等于250V。指令要求产品在关机模式下系统的功率消耗不得超过1W，其强制运行时间点为2010年1月7日。而在2013年1月7日以后，则必须保证产品在关机模式下的功耗低至0.5W，只有符合此规范的产品才可在欧盟市场自由流通。
目前的时间早已过了指令强制运行的起始时间，因此要想在欧盟销售主板，产品就必须通过EuP Lot6指令才能上市。而面对欧盟严格的监督检查机构，仅凭运气获得指令认证显然是不可能的。所以那些在欧盟拥有市场份额的各大主板厂商为了达到这一强制性标准，早已对主板进行了改良设计，那么这些改良设计是怎样的呢？要弄清这个问题我们必须首先了解谁在关机状态下制造功耗，关机功耗是怎样产生的？
谁是关机功耗制造者？
首先为大家介绍主板上使用的PC电源结构。通常情况下，一款电源通过一个20或24根线的连接器为主板供电，这一组连线中除了用作接地、传输控制信号外，还有供电电源部分。而供电电源部分一共分为两部分，一种是待机(standby)电源，只有5V一种电压，简称为5V STBY，这根电源线标准颜色为紫色，电源和交流电连通后就一直存在；另外一种则是系统电源，包括5V，-5V，3.3V，12V和-12V，只有在启动开机按钮后才会有电压产生。关机和待机模式下，待机电源会一直存在，而系统电源会被关掉，因此，如何降低关机和待机模式下5V STBY的功耗就成为通过EuP认证的关键之一，这也是主板厂商重点改进的部分。
此外，需要说明的是要想达到EuP标准，除了主板关机功耗要大幅度降低之外，电源的效率也非常关键。如果主板的待机电源功耗很小，但电源的转换效率非常低，总的功耗一样不能降低。举例来说，主板关机状态下的系统功耗即便只有0.1W，但电源的转换效率此时仅10%，那么关机状态下的损耗同样将达到1W，而90%的效率都是在电源上被消耗掉的，因此要想达到较小的电源损耗，用户还应购买通过EuP认证、拥有较高转换效率的电源。
外围线路优化不可少要想降低5V STBY电路功耗，一般有两种方法，首先是对5V STBY中的一些外围电路进行优化。在这里，让我们为你展示5V STBY中的一些常用线路。图1为主板上常见的5V STBY状态指示灯线路图，该LED在关机后也会保持常亮状态。因此如LED亮时所需电压是3V、电路中的电阻阻值为330Ω，则可以算出这一回路中的电流为6mA，此线路即会带来30mW的总功耗。
图2则为5V STBY电路中常见的控制线路，在设计中应用广泛。假如我们控制信号用的是3.3V电压，由于三极管导通时Vbe为0.7V，且恒定不变，那么Ib＝(3.3V－0.7V)÷8.2ΚΩ＝0.3mA，Ic=3.3V÷8.2ΚΩ＝0.4mA，该线路会带来3.3V×(0.3mA+0.4mA)＝2.3mW的总功耗。
如果没有经验的工程师将控制线路的电阻阻值改小，比如改为1ΚΩ，那么该线路功率将会提升到19mW左右。因此如要降低5V STBY外围电路的功耗，常用的优化措施有提高电路阻值、删除一些不必要的功能，如完全去掉LED状态指示灯线路。
降低芯片功耗很关键
然而外围线路的损耗只是功耗的一部分，还有一大部分功耗则来源于芯片在关机状态下的功耗，像I nt el南桥ICH10在关机状态下的功耗就有300mW左右。同时，虽然工程师可以通过修改线路去改善外围线路的功耗，但芯片功耗是工程师无法去优化的，而优化外围线路的方法也只能小幅降低关机状态下的功耗，效果并不是那么理想，仅靠外围电路功耗优化是很难通过EuP认证的。幸运的是，聪明的设计师现在设计出一种新的控制方法，可以直接让芯片功耗在关机状态下“消失”。
如图3所示，原5V STBY电路在关机状态下，将为终端设备，控制线路，以及芯片组持续供电，以便在需要时启用网络唤醒之类的功能。显然，这样会造成系统各个部分在关机状态下都产生功耗，从而增大关机状态下的总功耗。因此要大幅降低5V STBY的功耗，则必须对5VSTBY电路做出结构性的调整。
图4就是工程师对5V STBY供电电路调整后的结果，看出不同没有？原来排在电路结构末端的开机线路被提到了各个设备的前面，并增加了一个5V STBY开关线路。这样一旦开关线路里的开关处于断开状态，电流就无法从5V STBY开关线路里流向各个设备，从而彻底避免各设备带来的电源损耗。不过聪明的读者肯定会说，这不就没法使用网络唤醒功能了吗？结果当然不会是这样的。在通过EuP指令的主板BIOS中，你还会看到一个“EuPControl”之类的调节项目。而它的实质作用就是控制5V STBY开关线路的导通状态。当选择“Disable”关闭后，5V STBY开关线路里的开关就会连通，系统各部分就能获得电流，网络唤醒功能也就能得到启动。
此外，需要提及的是I nt el即将发布的新平台Sandy Bridge将集成Eu P指令解决方案：DEEPSLEEP技术。在P67/H67等新一代主板的“BIOS SETUP”选项中，将“Deep Sx”项目的“Disable”选项改为“Enabled in S4 and S5”即可大幅降低关机或待机功耗。电路设计原理与之前介绍的优化方案如出一辙，只是将开机线路部分集成到了PCH(Platform Control HUB)芯片内部，应用更加简单。此外，Sandy Bridge除了集成EuP指令解决方案，还将采用新的电源规范，使平台在空闲的时候电压降得更低，功耗更小。
功耗降幅达75％
最后，我们对一款通过EuP指令的映泰TH55XE主板进行了关机功耗测试。我们发现在启动“EuP“功能后，系统的关机功耗下降的非常明显。关机状态下5V STBY的电流从原来的的0.12A左右降低到开启的0.03A左右，功耗从600mW降低到150mW，对比之下，降幅达到近75％！显然改良后的5V STBY电路，对于大部分用不到网络唤醒功能的普通消费者来说是非常有意义的。
请立即开启EuP功能
目前，各大主流主板厂商针对欧盟市场，都已经有部分产品通过EuP认证，但由于不是所有的主板都支持这一功能，因此，用户在购买的时候需要注意产品是否具备“EuP Ready”文字字样或者EuP认证标志，以及主板BIOS里是否拥有EuP调节项目。而从实际效果上来看，通过EuP指令的主板的确能大幅度降低关机功耗。各大厂家推出此类产品不仅仅在于为了通过欧盟认证，能在欧洲销售，更重要的是该功能是真正意义上的节能，具备实际作用。
或许你的主板支持该功能而你之前毫不知情，但在看过本文后，请你现在立即开启它，为节能环保做出一分贡献！
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