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    Apartado de energa

    CAPTULO 2

    EN ESTE CAPTULO

    QU ES EL CIRCUITO VRD DE UN MOTHERBOARD

    COMPONENTES ELECTRNICOS IMPLICADOS EN EL CIRCUITO VRD

    PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO VRD

    FASES DEL CIRCUITO VRD

    DISEO DE CIRCUITOS DE ENERGA Y SU EFICIENCIA

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    El apartado energtico de los motherboards

    permaneci en las sombras hasta hace

    poco tiempo. No era un aspecto demasiado

    prioritario ni que preocupara a los tcnicos

    especializados en reparacin.

    Por ese motivo, entre las especificaciones

    directamente se omita informacin sobre

    este asunto.

    Sin embargo, debido al avance de la tecno-

    loga, al incremento del poder de clculo de

    los procesadores y tarjetas grficas, y a una

    mayor demanda energtica por parte de los

    dispositivos crticos conectados a la placa

    base, el apartado energtico se convirti con

    rapidez en una divisin muy importante y de-

    finitoria del nivel de calidad del motherboard.

    Una segunda fuente de energaAdems de la fuente de alimentacin que po-

    seen las PCs, los motherboards tambin cuentan

    con una fuente de energa que podra conside-

    rarse secundaria, ya que recibe la tensin que le

    suministra la fuente principal (12 volts) y se encar-

    ga de convertirla a valores inferiores, admisibles

    por el procesador, la memoria RAM y el chipset.

    Esta fuente de energa secundaria es la encar-

    gada de distribuir la energa a la totalidad del cir-

    cuito. En el caso de los motherboards, al poseer

    circuitos de alta complejidad, puede haber ms

    de una fuente secundaria y de variados tipos.

    Existen tres tipos de fuentes de energa secunda-

    ria: los mdulos VRM (Voltage Regulator Modu-

    le), los circuitos VRD (Voltage Regulator Down)

    y los conversores POL (Point Of Load).

    Figura 1. Regulador de tensin de mltiples

    fases, basado en capacitores slidos y bobinas

    de ferrita.

    Apartado de energa

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    VRMEl VRM o mdulo regulador de tensin, es una

    fuente secundaria de alimentacin que tiene la

    finalidad de alimentar el procesador.

    El valor de tensin correcto es comunicado por

    el procesador al VRM durante el encendido del

    equipo, mediante una cadena de 8 bits llamada

    VID (identificador de tensin).

    Tal como su nombre lo indica, los mdulos

    reguladores de tensin solan conformar un

    circuito separado del motherboard, que se

    conectaban cuando era necesario. Esto era

    habitual en la poca de los procesadores

    80486 y Pentium.

    En la actualidad, este circuito viene soldado al

    PCB del motherboard, por lo tanto, no se trata

    de un mdulo independiente.

    El nombre correcto es VRD, pero por una

    cuestin de costumbre tambin se lo sigue

    llamando VRM.

    VRDUn VRD es un circuito que cumple la misma

    funcin que un mdulo VRM, con la diferen-

    cia de que forma parte de la placa en s. Sus

    componentes vienen soldados al PCB lo que

    entre otras ventajas disminuye los costos.

    Figura 2. Motherboard con un regulador de tensin

    de una gran cantidad de fases. Al turnarse en forma

    sincronizada, los componentes involucrados en cada

    fase se reparten las tareas, y aumenta su vida til.

    Los componentes que forman parte del

    circuito VRD pueden encontrarse en el

    motherboard justo alrededor del zcalo del

    procesador.

    Al igual que en el VRM, el valor de tensin

    adecuado es programado en el VRD por el

    procesador, configuracin que antiguamente

    el usuario o el tcnico deba llevar a cabo

    mediante jumpers o switches.

    El circuito regulador de tensin suele en-

    cargarse de administrar cerca del 85% de la

    energa total que recibe el motherboard.

    Intel se encarga de definir la especificacin

    VRD, que ya alcanz la versin 12.0. Esta

    norma establece determinados parmetros

    y niveles de tensin que los fabricantes de

    motherboards deben cumplir para que el

    procesador se alimente en forma correcta.

    Adems, la especificacin define la administra-

    cin energtica que los motherboards deben

    respetar para garantizar ciertos niveles de

    estabilidad, velocidad de respuesta y precisin.

    Conversores POLLos conversores POL (o conversores de punto

    de carga) son circuitos que se encargan de

    recibir la energa de la fuente de alimentacin y

    convertirla a los valores de tensin requeridos

    por otros circuitos, tales como la interfaz grfica

    incorporada en el motherboard o el southbrid-

    ge. Con la finalidad de reducir la impedancia y

    minimizar las interferencias electromagnticas,

    estos circuitos se instalan justo al lado del com-

    ponente al cual le suministran energa (de all su

    nombre: punto de carga).

    A diferencia de circuitos ms complejos como el

    VRM o el VRD, un circuito POL no requiere ser

    programado para entregar tensiones por deman-

    da, como es el caso del valor VID.

    Hoy en da se estn dejando de lado por su

    baja eficiencia, y se alimenta a los componentes

    mencionados a travs de la derivacin de fases

    del VRD hacia ellos.

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    Figura 4. El pequeo chip con bornes en sus cuatro laterales es conocido como controlador de pulsos (PWM). El

    fabricante Intersil es uno de los ms reconocidos en materia de controladores PWM.

    Figura 3. Los motherboards de alta gama suelen

    ofrecer mltiples fases de energa, lo que implica mayor

    cantidad de componentes y ms generacin de calor.

    Por esta razn, se emplean disipadores y

    heat pipes.

    Componentes involucradosEn los circuitos encargados de administrar la

    energa en el motherboard se encuentran: con-

    troladores PWM, transistores fabricados con

    una tecnologa denominada MOSFET (Metal-

    Oxide-Semiconductor Field E! ect Transistor),

    Datos tiles

    MOSFETMOSFET es una tecnologa de fabricacin

    de transistores compactos. Es una combina-

    cin de dos tecnologas: la FET (transistores

    de efecto de campo) y MOS, al tener su

    borne central (base) conectado a una es-

    tructura formada por Metal-xido-Semicon-

    ductor (de all su nombre). Las ventajas son

    su ms rpida respuesta y la posibilidad de

    emplearse en corrientes de baja potencia.

    chips llamados MOSFET driver, bobinas (de

    hierro o ferrita) y capacitores (electrolticos o de

    estado slido).

    Algunos motherboards emplean circuitos inte-

    grados en vez de transistores. Estos transistores

    de potencia generan calor, motivo por el cual

    los fabricantes suelen instalar algn sistema de

    refrigeracin sobre ellos para enfriarlos (disipador

    metlico pasivo, heat pipes, etc.).

    La calidad de los componentes que integran el

    apartado energtico de un motherboard es vital.

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    DR

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    Figura 5. Este pequeo chip integrado es conocido

    como MOSFET driver y es el intermediario entre el

    controlador PWM y los transistores MOSFET.

    Figura 6. En la parte superior de esta imagen se

    observan nueve transistores MOSFET, fcilmente

    identificables por tener el borne central cortado.

    Un regulador de tensin de mala calidad puede

    entregarle energa al procesador con fluctuacio-

    nes o ruido, y lo ms probable en esos casos es

    que el equipo se congele, muestre una pantalla

    azul de la muerte, se reinicie o se apague.

    Los motherboards de alta gama o de buena

    calidad emplean capacitores de estado slido

    (ms estables y de mayor vida til que los elec-

    trolticos) y bobinas de ferrita (con las mismas

    cualidades que los capacitores). Utilizar estos

    componentes en la fabricacin de placas madre

    impacta en el costo final del producto, pero tam-

    bin en la estabilidad y en su vida til.

    Controlador de pulsos (PWM)Los controladores PWM (Pulse Width Modu-

    lation), tambin conocidos como Multiphase

    Buck Converters, se ubican al principio de la

    cadena en cada fase de energa. Por ejemplo:

    uno para el northbridge, otro para la memo-

    ria RAM, uno o ms para el procesador, y as

    sucesivamente.

    La funcin de este integrado es la generar

    pulsos de alta frecuencia y coordinar su sin-

    cronizacin. Las ventajas de emplear este tipo

    de integrados son las siguientes: menor calor

    generado, ms eficiencia y menor espacio

    consumido en la superficie del PCB.

    MOSFET DriverEl driver es un diminuto circuito integrado cons-

    truido utilizando la tcnica MOSFET capaz de

    regular y administrar varios niveles de tensin en

    simultneo. Esto significa que de un solo driver

    podemos obtener varios valores salientes a partir

    de una tensin entrante. A su vez ofrece protec-

    ciones, filtros, propiedades de conmutacin on/

    o$ de alta frecuencia y tensiones de referencia.

    Este tipo de integrado es muy utilizado en

    la actualidad, ya que un solo driver puede

    proveer todas las tensiones necesarias para

    alimentar un sector determinado del mother-

    board, con un bajo costo de produccin y

    escaso espacio utilizado.

    El regulador de tensin utiliza un MOSFET driver