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HM55双显卡切换电路分析

 双显卡是最近的新款I3I5平台的笔记本所采用的技术,其实也可以叫做显卡热切换技术,采用这种技术,既可以提高显示性能,又可以满足笔记本电池续航要求。
这样的笔记本有两个显卡,分别是独立的显卡和集成的显卡。独立的显卡采用NVAMD的芯片,集成的显卡采用CPU内部集成的。双显卡切换技术目前已经发展到了第三代

 

下面简单介绍一下第二代双显卡工作和切换电路原理。(第三代显卡切换技术仅需切换供电,原理类似)

软件方面:

为了让系统在集显跟独显之间切换,用户必须在可交换图形的显卡切换程序(Applet)中手动更改设置,该专用工具会提供一个简单的菜单(比如 AMD 显卡可通过桌面右键菜单打开“可切换显示卡”选项)来让用户根据工作负载选择一个合适的图形核心。一旦完成选择,切换指令信息会通过 Windows 7 的标准 API 接口传送至可交换图形驱动层,系统 BIOS 接到信息后便会打开用于启用或禁用独显的接口,可交换图形驱动此时即可完成启用或禁用独显的操作,随后便开始加载或卸载独显驱动程序,以便切换后的显卡核心能正常工作。上面是软件层面的操作,而在硬件层面也会同时发生转换,多路复用器将会按照可交换图形驱动的指令切换至正确的显示设备,并转移相关的显示缓存数据,以便显示能被正确输出。

硬件方面:

下面,以ACER3820TG(伟创JM31-CP为例)分析第二代显卡切换技术的电路控制信号,主要有三个:

Ø  DGPU_PWR_EN#–用来控制独立显卡的供电

Ø  dGPU_SELECT#–控制视频信号输出方面的转换

Ø  dGPU_PWM_SELECT#控制背光亮度调节信号的转换。

l  供电的控制:

PCH如果接到切换为独立显卡的指令后,就会发出DGPU_PWR_EN#这个低电平有效的信号。

 

信号

DGPU_PWR_EN#使Q48第一个MOS截止,3D3V_S0通过RN37DGPU_PWR_EN拉高,从而使Q48第二个MOS导通,拉低DGPU_3D3V_EN

 

3D3V_VGA

DGPU_3D3V_EN使Q24导通,把3D3V_S0转换成3D3V_VGA

3D3V_VGA通过R421R677分压得到一个2.03V左右的电压,这个电压转换为8209A_EN/DEM_VGA信号,作为U50EN, U50满足其它条件后,通过PWM方式发出显卡工作电压VGA_CORE

VGA_CORE电压

 

VGA_CORE电压发出并稳定后,由U50的第6脚发出DGPU_PWROK信号。

DGPU_PWROK转换为9025_EN_1VU22的第2脚,U22工作发出1V_VGA。再由U22的第1脚发出9025_PGOOD_1V信号。

 9025_PGOOD_1V再发到U21的第2脚,U21工作发出1D8V_VGA

 

9025_PGOOD_1V同时也发到Q35G极,进而控制Q34U191D5V_S3电压转换为1D5V_VGA电压。

PCH在得到DGPU_PWROK信号后会发出DGPU_HOLD_RST#信号,给U54这个与门,同时PLT_RST#也会送到U54,在这两个信号都有效的情况下,由U54的第4脚发出ATI_RST#来对独立显卡进行复位。

 

l  显示信号的控制

当独立显卡的工作条件满足以后,显卡就会输出视频显卡,大家都知道,笔记本的视频信号现在常见的有三种输出方式:LCDCRTHDMI,接下来我们再分别讲解独立显卡是如何切换输出方式的。

LCD显示的输出是靠差分信号来完成的,在JM31这块板,采用了U49TS3DV421)这个视频控制开关的IC来实现的,具体可看下面的图:

 
U4931-38脚是独立显卡发出的信号,22-29脚是集成显卡发出的信号,而346711121415脚是连接到屏线接口的。从这个电路可以看出,TS3DV421起的是一个转换器的作用,芯片提供了两组差分信号输入,一组差分信号输出,第9脚的SEL是起的控制作用,输入的信号分为AB两组,当SEL脚为低电平时,A组信号输出,B组关闭,当SEL脚为高电平时,B组信号输出,A组关闭。所以当dGPU_SELECT#为低电平时,TS3DV421就打开A组信号,让独立显卡的发出的信号输出到屏线接口。

但想让LCD显示出来画面并不是仅有差分信号这么简单,还需要EDID信号和屏供电、背光开启信号、亮度调节信号。

首先来看一下EDID的转换电路:

NV_LCD_EDID_DATNV_LCD_EDIT_CLK是独立显卡的EDID信号,而DAT_DDC_EDIDCLK_DDC_EDID是集成显卡的EDID信号,U40U43是转换器,当S脚为低电平时,B0脚与A脚相通,当S脚为高电平时,B1脚与A脚相通。这样就构成了一个转换电路,当dGPU_SELECT#为低电平时,U40U43输出独立显卡的EDID信号。

再看屏电压的产生:

U42同样也是一个转换器,当S脚的dGPU_SELECT#信号为低电平时,B0脚与A脚相通,在下图的电路中,U42会发出LCDVDD_ON信号来做U37的开启信号,最后由U37的第3脚放出LCDVDD电压。

最后看背光的开启和亮度调节:

背光开启信号BLON_OUT直接通过R12这颗电阻转换为BLON_OUT_1到屏线接口。

亮度调节信号也是用开关功能的IC来控制的:

低电平的dGPU_PWM_SELECT#信号控制U41S脚,B0脚和A脚相通,ATI_BRIGHTNESS信号转换为BRIGHTNESS_CN信号。

由上述的几个电路可以看出,LCD显示方面的电路切换就是由独立显卡发出的几个低电平的信号来控制转换器,进而达到独立显卡输出,集成显卡隔断的目的,完成独立显卡显示的切换。

CRT切换电路方面,和LCD方面的电路差不多,独立显卡和集成显卡都有自己的一套显示电路,包括RGB、行场信号、EDID信号。也要通过相应的切换电路来选择独立显卡或集成显卡。

首先来看RGB电路,也就是常说的三原色,如下图所示,RGB的转换是通过PI5C3257这个复合型转换器实现,这个芯片的两个主要控制因素就是第15脚的OE和第1脚的S

想要了解RGB的转换过程,就要对PI5C3257这颗IC有一定的了解,下图是这颗IC的逻辑定义表。

OE#S脚都为低电平时,输出0通道的信号,当OE为低电平,S为高电平时,输出1通道的信号,在实际电路图中,OE#是接地的,而S脚接的是dGPU_SELECT#信号,有了分析LCD电路部分的基础,对现在这个电路应该也就比较好理解了,dGPU_SELECT#有效,为低电平时,U63这颗IC输出的是独立显卡的RGB信号。当dGPU_SELECT#为高电平时,U63输出的是集成显卡的RGB信号。

接下来要说的是行场信号,下图中的dGPU_SELECT#信号控制U59这个IC,当dGPU_SELECT#信号为低电平有效时,独立吸纳卡的行场信号会从U59的第3脚和第6脚发出,送到VGA接口,而当dGPU_SELECT#信号为高电平时,Q31导通,会放出一个低电平的dGPU_SELECT信号,这个信号控制U60这个IC,集显的行场信号通过U60的第3脚和第6脚发到VGA接口。

继续看下CRTEDID信息的切换,也是用转换器实现,低电平的dGPU_SELECT#信号驱动U65U66,使独立显卡的EDID信号线连接到VGA接口上。

关于BACO

Bus Alive, Chip Off (BACO),字面意思就是关闭独显芯片,但总线保持连接状态。即是保持数据连接和基本的专用集成电路供电(ASIC),但不参与处理和渲染工作。当驱动程序检测到要求使用独显的应用程序启动时,系统就会退出 BACO 模式,独显开始通电并启动,这大概会给应用程序启动进程增加大约 150 毫秒的时间;应用程序终止后,独显重新进入 BACO 模式(仅 ASIC 供电),此时独显功耗约 150 毫瓦。对于整个系统,处于 BACO 模式的独显仅仅增加大约 200 毫瓦的功耗。这就是延长电池寿命的关键,并保证现今移动用户所冀望的平滑流畅的使用体验

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