ATX供电系统之演进

kandy2059

ATX供电系统之演进 [复制链接]

前言：很多人也许会认为：桌上型系统由于体积较大，且有充沛的AC插座电源，所以基础的供电设计部分不用太过担心，不像手持、行动装置的电源设计，需要在蓄电容量、机内容积（含散热、EMI电磁杂讯干扰）、转换效率、电源品质等各层面上进行取舍折衷。

因此，許多桌上型電源設計的探討都逐漸轉移到更高的組態管理層次，如先進電源管理（Advanced Power Management；APM）、先進組態與電源介面（Advanced Configuration and Power Interface；ACPI）、智慧平台管理介面（Intelligent Platform Management Interface；IPMI）等，或者是談論硬碟的熱插拔供電（如：伺服器Server、儲存系統Storage Appliance等），或PCMCIA/Cardbus/ExpressCard的熱插拔供電（如：準系統Barebone、媒體中心Media Center、電視遊樂器Game Console、視訊機頂盒Set-Top Box等）。

因此，许多桌上型电源设计的探讨都逐渐转移到更高的组态管理层次，如先进电源管理（Advanced Power Management；APM）、先进组态与电源介面（Advanced Configuration and Power Interface；ACPI） 、智慧平台管理介面（Intelligent Platform Management Interface；IPMI）等，或者是谈论硬碟的热插拔供电（如：伺服器Server、储存系统Storage Appliance等），或PCMCIA/Cardbus/ExpressCard的热插拔供电（如：准系统Barebone、媒体中心Media Center、电视游乐器Game Console、视讯机顶盒Set-Top Box等）。

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然而真的是如此嗎？

然而真的是如此吗？

事實上即便是桌上型系統，其基礎底層的供電設計部分也依然在變動，就以ATX規範標準來說，到2005年都還有持續的改版精進。

事实上即便是桌上型系统，其基础底层的供电设计部分也依然在变动，就以ATX规范标准来说，到2005年都还有持续的改版精进。

所以，本文將針對桌上型系統最普遍使用的ATX供電規範進行解說，好讓供電設計能更快理出頭緒。

所以，本文将针对桌上型系统最普遍使用的ATX供电规范进行解说，好让供电设计能更快理出头绪。

■ ATX 1.0、ATX 1.1

■ ATX 1.0、ATX 1.1

ATX 1.0在供電上的設計比更早先的AT（Advanced Technology，先進技術）更為進步，在接頭設計上沒有過去P8、P9的錯接可能性（加入防呆機制），並且也正式將3.3V列為標準供電電壓，同時也增闢5VSB（Stand-By）的待備型供電線路，以及PS_ON#的內部式電源開關控制線路，如此可方便實現各種喚醒（含開機）應用，如遠端喚醒、定時喚醒、週邊喚醒等。

ATX 1.0在供电上的设计比更早先的AT（Advanced Technology，先进技术）更为进步，在接头设计上没有过去P8、P9的错接可能性（加入防呆机制），并且也正式将3.3 V列为标准供电电压，同时也增辟5VSB（Stand-By）的待备型供电线路，以及PS_ON#的内部式电源开关控制线路，如此可方便实现各种唤醒（含开机）应用，如远端唤醒、定时唤醒、周边唤醒等。

▲ATX供電器的主供電接頭（Main Power Connector）圖，最初的版本為20-pin（2×10），之後在v2.2版時增為24-pin（2×12），以因應主機板上更高的需求電力。

▲ATX供电器的主供电接头（Main Power Connector）图，最初的版本为20-pin（2×10），之后在v2.2版时增为24-pin（2×12），以因应主机板上更高的需求电力。

（圖片來源：www.FormFactors.org）

（图片来源：www.FormFactors.org）

▲ATX12V v1.3版中新增了對Serial ATA（簡稱：SATA）供電接頭的定義，提供了12V、5V、3.3V的供電，其中12V多用於驅動碟機馬達，5V與3.3V則用於控制晶片與電路。

▲ATX12V v1.3版中新增了对Serial ATA（简称：SATA）供电接头的定义，提供了12V、5V、3.3V的供电，其中12V多用于驱动碟机马达，5V与3.3V则用于控制晶片与电路。

（圖片來源：www.FormFactors.org）

（图片来源：www.FormFactors.org）

附註：過去AT時代稱為PG（Power Good）的供電備妥信號線路，在進入ATX後名稱轉變成PWR_OK（Power OK）線路，但功效、用意不變。

附注：过去AT时代称为PG（Power Good）的供电备妥信号线路，在进入ATX后名称转变成PWR_OK（Power OK）线路，但功效、用意不变。

■ ATX 2.0、ATX 2.01

■ ATX 2.0、ATX 2.01

到了ATX 2.0，原有文件規範中是將機外冷空氣吸入機內以幫助散熱，然而之後發現如此反而不利於排熱，致使機內的處理器過熱，所以將氣流動線反轉，成為自機內吹排到機外。

到了ATX 2.0，原有文件规范中是将机外冷空气吸入机内以帮助散热，然而之后发现如此反而不利于排热，致使机内的处理器过热，所以将气流动线反转，成为自机内吹排到机外。

再者，ATX 1.x階段對PS_ON#、PWR_OK、5VSB等的運作特性說明不足，使軟開機、喚醒等應用的實現不夠理想與標準化，所以在ATX 2.0也進行強化解釋與補充，同時也要求將開機、喚醒之用的啟動電流加大，過去訂立的電流值過小，有時會造成開機、喚醒的失敗。

再者，ATX 1.x阶段对PS_ON#、PWR_OK、5VSB等的运作特性说明不足，使软开机、唤醒等应用的实现不够理想与标准化，所以在ATX 2.0也进行强化解释与补充，同时也要求将开机、唤醒之用的启动电流加大，过去订立的电流值过小，有时会造成开机、唤醒的失败。

還有，在ATX 2.0版中也引入過去PC95’、PC97’規範文件中所常用的「Required，必備」、「Recommended，建議」、「Optional，選用」三層次功能說明，在ATX 2.0中就把3.3V供電及「軟電源」控制信號訂為「必備」。

还有，在ATX 2.0版中也引入过去PC95’、PC97’规范文件中所常用的「Required，必备」、「Recommended，建议」、「Optional，选用」三层次功能说明，在ATX 2.0中就把3.3V供电及「软电源」控制信号订为「必备」。

kandy2059

▲ATX v2.2版追加了一個4-pin（2×2）的新供電接頭，稱為ATX12V Power Connector，此一新訂立的動機主要是期望能給中央處理器一個獨立、就近、且充沛的供電。

▲ATX v2.2版追加了一个4-pin（2×2）的新供电接头，称为ATX12V Power Connector，此一新订立的动机主要是期望能给中央处理器一个独立、就近、且充沛的供电。

（圖片來源：www.FormFactors.org）

（图片来源：www.FormFactors.org）

附註：軟電源指的是可以由軟體（多指作業系統）來操控開機Boot/Power-On、關機Shutdown、重新開機Reset、休眠Suspend、喚醒Wake-up等功效，而實現這些操控所要運用的線路也正是PS_ON#、5VSB等。

附注：软电源指的是可以由软体（多指作业系统）来操控开机Boot/Power-On、关机Shutdown、重新开机Reset、休眠Suspend、唤醒Wake-up等功效，而实现这些操控所要运用的线路也正是PS_ON#、5VSB等。

而且，ATX 2.0首次將「選用」的供電接頭納入規範，除原有「必備」的20-pin供電接頭外，額外定義了一個6-pin的供電接頭（Optional Power Connector），能提供風扇轉速監督（Fan Monitor；FanM）、風扇轉速控制（Fan Control；FanC）、IEEE 1394供電（8V∼40V）、IEEE 1394接地、遠端3.3V感測等功效，且還保留一個腳位供日後定義。

而且，ATX 2.0首次将「选用」的供电接头纳入规范，除原有「必备」的20-pin供电接头外，额外定义了一个6-pin的供电接头（Optional Power Connector），能提供风扇转速监督（Fan Monitor；FanM）、风扇转速控制（Fan Control；FanC）、IEEE 1394供电（8V∼40V）、IEEE 1394接地、远端3.3V感测等功效，且还保留一个脚位供日后定义。

另外，ATX 2.0也將供電線路進行顏色化規定，讓製造生產者能夠更直覺、快速地辨識與配接線路。

另外，ATX 2.0也将供电线路进行颜色化规定，让制造生产者能够更直觉、快速地辨识与配接线路。

■ ATX 2.02、ATX 2.03

■ ATX 2.02、ATX 2.03

由於需求功率的持續增加，ATX 2.02針對250W、300W（Watt，瓦）的組態又增訂了一個新的供電接頭，稱為輔助供電接頭（Aux Power Connector），原有的20-pin則稱為主供電接頭（Main Power Connector），輔助供電接頭為6-pin，主要是用來增強5V與3.3V的供電力，定義中5V最高可至30A（Amp，安培）的電流輸出，而3.3V最高可至18A的電流輸出。

由于需求功率的持续增加，ATX 2.02针对250W、300W（Watt，瓦）的组态又增订了一个新的供电接头，称为辅助供电接头（Aux Power Connector），原有的20-pin则称为主供电接头（Main Power Connector），辅助供电接头为6-pin，主要是用来增强5V与3.3V的供电力，定义中5V最高可至30A（Amp，安培）的电流输出，而3.3V最高可至18A的电流输出。

▲ATX的本規標準中原有定義一個選用的6-pin（2×3）供電接頭，能用來實現智慧型風扇（轉速監督、操控）、IEEE 1394獨立供電、以及3.3V遠端感測等。

▲ATX的本规标准中原有定义一个选用的6-pin（2×3）供电接头，能用来实现智慧型风扇（转速监督、操控）、IEEE 1394独立供电、以及3.3V远端感测等。

然在之後的新版規範中就不再提及。

然在之后的新版规范中就不再提及。

（圖片來源：www.FormFactors.org）

（图片来源：www.FormFactors.org）

此外，ATX 2.02也對過去的一些供電規範進行些微修正，以更貼近務實，例如-5V及-12V供電若依據原有的規定，僅允許正負5％的電壓準位擺盪，此稱為電壓容錯度、容忍性（Voltage Tolerance），但在ATX 2.02則加以放寬，允許到正負10％的擺盪。

此外，ATX 2.02也对过去的一些供电规范进行些微修正，以更贴近务实，例如-5V及-12V供电若依据原有的规定，仅允许正负5％的电压准位摆荡，此称为电压容错度、容忍性（Voltage Tolerance），但在ATX 2.02则加以放宽，允许到正负10％的摆荡。

■ ATX 2.1

■ ATX 2.1

到了ATX 2.1版又有了更大的改變，追加了一個「ATX12V Power Connector」的4-pin供電接頭，直接對處理器提供12V的供電（據了解，主要是因為Pentium 4之後的處理器用電過兇，才有增設此一額外供電連接器來因應、抒解處理器的用電需求），此一12V供電不僅可提供處理器的運算用電（將12V降壓成3.3V的Vio電壓與更低的Vcore核心電壓）外，也可供電給處理器的散熱風扇。

到了ATX 2.1版又有了更大的改变，追加了一个「ATX12V Power Connector」的4-pin供电接头，直接对处理器提供12V的供电（据了解，主要是因为Pentium 4之后的处理器用电过凶，才有增设此一额外供电连接器来因应、抒解处理器的用电需求），此一12V供电不仅可提供处理器的运算用电（将12V降压成3.3V的Vio电压与更低的Vcore核心电压）外，也可供电给处理器的散热风扇。

■ ATX 2.2

■ ATX 2.2

至於ATX 2.2主要有兩個重大變化，一是最初的20-pin主供電接頭擴增為24-pin，並且也對腳位進行些許調整，這主要是因應PCI Express（簡稱：PCIe）所致，原因是PCI Express需要更多的用電。

至于ATX 2.2主要有两个重大变化，一是最初的20-pin主供电接头扩增为24-pin，并且也对脚位进行些许调整，这主要是因应PCI Express（简称：PCIe）所致，原因是PCI Express需要更多的用电。

另一則是：若主機板上使用了ATX12V的4-pin（2x2）供電接頭，則允許移除、省略使用更早之前所定義的6-pin（3x2）輔助供電接頭。

另一则是：若主机板上使用了ATX12V的4-pin（2x2）供电接头，则允许移除、省略使用更早之前所定义的6-pin（3x2）辅助供电接头。

除這些外，也微幅調整3.3V供電的電壓容忍性。

除这些外，也微幅调整3.3V供电的电压容忍性。

■ ATX12V PSDG

■ ATX12V PSDG

ATX規範在提出ATX12V之後，也將多數的電源供電規範轉移到AXT12V範疇內，自此讓供電設計的規範說明（Power Supply Design Guide，簡稱：PSDG）更加獨立，2000年2月ATX12V規範發佈1.0版，之後陸續有新版發展，最新版為去（2005）年3月提出的2.2版。

ATX规范在提出ATX12V之后，也将多数的电源供电规范转移到AXT12V范畴内，自此让供电设计的规范说明（Power Supply Design Guide，简称：PSDG）更加独立，2000年2月ATX12V规范发布1.0版，之后陆续有新版发展，最新版为去（2005）年3月提出的2.2版。

到底ATX12V的各版演進內容為何？

到底ATX12V的各版演进内容为何？

以下筆者就逐一解釋：

以下笔者就逐一解释：

ATX12V 1.0版，2000年2月

ATX12V 1.0版，2000年2月

首版發佈。

首版发布。

ATX12V 1.1版，2000年8月

ATX12V 1.1版，2000年8月

•增加3.3V的供電電流。

•增加3.3V的供电电流。

針對「供電分享，Power Sharing」進行更多說明。

针对「供电分享，Power Sharing」进行更多说明。

縮編部分規範內容與格式修正。

缩编部分规范内容与格式修正。

ATX12V 1.2版，2002年1月

ATX12V 1.2版，2002年1月

•訂立「典型用電」的供電配送規範。

•订立「典型用电」的供电配送规范。

在供電配送表（Power Distribution Table）中增加所有5V供電的供電量，增至0.3A。

在供电配送表（Power Distribution Table）中增加所有5V供电的供电量，增至0.3A。

•對「PS_ON#」這條「開機控制線路」進行補充說明：倘若控制用的驅動脈波不能維持一定時間的準位信號，即是在10mS∼100mS（毫秒）的時間內讓準位跌落至標準之下，則電源供應器的狀態記存（Latch）就不會生效，正常而言會記存「關機，Shutdown」的狀態（State）信號。

•对「PS_ON#」这条「开机控制线路」进行补充说明：倘若控制用的驱动脉波不能维持一定时间的准位信号，即是在10mS∼100mS（毫秒）的时间内让准位跌落至标准之下，则电源供应器的状态记存（Latch）就不会生效，正常而言会记存「关机，Shutdown」的状态（State）信号。

•移除所有供電配送表中-5V的供電資料。

•移除所有供电配送表中-5V的供电资料。

kandy2059

•更新「供电电压」与「供电电流」的规范指引。

•新增對「輕載用電」與「典型用電」的電源轉換效率指引。

•新增对「轻载用电」与「典型用电」的电源转换效率指引。

•提升對「最低電源轉換效率」的要求，滿載用電時須達68％∼70％。

•提升对「最低电源转换效率」的要求，满载用电时须达68％∼70％。

•新增對Serial ATA（簡稱：SATA）供電接頭的定義。

•新增对Serial ATA（简称：SATA）供电接头的定义。

•新增對供電器運作時的噪音層級規範。

•新增对供电器运作时的噪音层级规范。

•更新「版本規格表」的格式與資訊。

•更新「版本规格表」的格式与资讯。

•更新「規範書聲明」的資訊。

•更新「规范书声明」的资讯。

•移除在ATX本規上的指引內容。

•移除在ATX本规上的指引内容。

•移除-5V供電線路的指引。

•移除-5V供电线路的指引。

•更新「能源之星，Energy Star，省電模式及狀態」與「待備狀態的電源轉換效率，Stand by efficiency」的規範指引。

•更新「能源之星，Energy Star，省电模式及状态」与「待备状态的电源转换效率，Stand by efficiency」的规范指引。

▲ATX規範文件中示範了一種最簡單的風扇轉速監測電路，同時也可分支給主機板上的監督電路（多半為硬體監督晶片）。

▲ATX规范文件中示范了一种最简单的风扇转速监测电路，同时也可分支给主机板上的监督电路（多半为硬体监督晶片）。

（圖片來源：www.FormFactors.org）

（图片来源：www.FormFactors.org）

ATX12V 2.0版，2003年2月

ATX12V 2.0版，2003年2月

•新增「專用術語」的章節說明。

•新增「专用术语」的章节说明。

•新增250W、300W、350W、400W功率的設計指引。

•新增250W、300W、350W、400W功率的设计指引。

•更新跨調整圖（Cross Regulation Graph）。

•更新跨调整图（Cross Regulation Graph）。

•更新「用電負載表」的資訊。

•更新「用电负载表」的资讯。

•更新用電需求的轉換效率，並加入建議效率。

•更新用电需求的转换效率，并加入建议效率。

•提高供電能力以因應更高的需求用電，同時也提高「典型用電」及「輕載用電」時的最低轉換效率。

•提高供电能力以因应更高的需求用电，同时也提高「典型用电」及「轻载用电」时的最低转换效率。

•「主要供電接頭」從20-pin提升成24-pin。

•「主要供电接头」从20-pin提升成24-pin。

•移除ATX主規時代所訂立的「輔助供電接頭」。

•移除ATX主规时代所订立的「辅助供电接头」。

•將「SATA裝置用的供電接頭」正式列入必備。

•将「SATA装置用的供电接头」正式列入必备。

•ATX12V供電接頭（2×2）採行獨立限流設計。

•ATX12V供电接头（2×2）采行独立限流设计。

ATX12V 2.01版，2004年6月

ATX12V 2.01版，2004年6月

•將3.3V遠端感測線路設置到主供電接頭（24-pin）上。

•将3.3V远端感测线路设置到主供电接头（24-pin）上。

•更新主供電接頭上12V2直流供電輸出的雜訊、漣波資訊。

•更新主供电接头上12V2直流供电输出的杂讯、涟波资讯。

•移除-5V的參考電壓。

•移除-5V的参考电压。

•更新5VSB的最大電流升降步階。

•更新5VSB的最大电流升降步阶。

•針對電壓持升時間而修改115 VAC頻率。

•针对电压持升时间而修改115 VAC频率。

ATX12V 2.1版，2005年3月

ATX12V 2.1版，2005年3月

•新增450W功率的設計指引。

•新增450W功率的设计指引。

•提升之前已訂立的250W、300W、350W、400W等供電組態的供電力（輸出電流量）。

•提升之前已订立的250W、300W、350W、400W等供电组态的供电力（输出电流量）。

•跨負載更新（從250W∼450W）。

•跨负载更新（从250W∼450W）。

•更新「用電負載表」。

•更新「用电负载表」。

•提升供電轉換效率的必備（最低）需求。

•提升供电转换效率的必备（最低）需求。

•提升5VSB的待備電流（增至720mA）。

•提升5VSB的待备电流（增至720mA）。

ATX12V 2.2版，2005年3月

ATX12V 2.2版，2005年3月

•更正12V2的負載層級表。

•更正12V2的负载层级表。

•在主供電接頭中新增串接的高電流終端電阻。

•在主供电接头中新增串接的高电流终端电阻。

•在ATX12V供電接頭中新增串接的高電流終端電阻。

•在ATX12V供电接头中新增串接的高电流终端电阻。

■ 結論

■ 结论

瞭解上述的設計與規範變更就足夠了嗎？

了解上述的设计与规范变更就足够了吗？

答案是否定的，設計規範中也對其他相關層面有定義，例如供電線路的線徑（直徑）方面，3.3V遠端感測用的是18AWG，若改換成3.3V供電用途（300W功率組態下）時則改採22AWG，至於一般的12V、5V、3.3V供電則建議用16AWG。

答案是否定的，设计规范中也对其他相关层面有定义，例如供电线路的线径（直径）方面，3.3V远端感测用的是18AWG，若改换成3.3V供电用途（300W功率组态下）时则改采22AWG，至于一般的12V、5V、3.3V供电则建议用16AWG。

其他還有接頭的供電線路最多允許長度（12V允許達28cm，其他則允許到25cm）、風扇的配置位置，風扇的直徑（須有8cm以上）、進氣量（典型而言須在25∼35CFM以上），就連進氣口要預留多少空間才能順利吸入足夠的散熱用冷空氣，也都有詳細的定義（須預留0.5"空間）。

其他还有接头的供电线路最多允许长度（12V允许达28cm，其他则允许到25cm）、风扇的配置位置，风扇的直径（须有8cm以上）、进气量（典型而言须在25∼35CFM以上），就连进气口要预留多少空间才能顺利吸入足够的散热用冷空气，也都有详细的定义（须预留0.5"空间）。

最後，不僅ATX供電器要符合上述的種種要求與規定，其他如CFX、SFX、TFX、BTX、LFX等其他構型（Form Factor）的主機板、供電器等設計也都要以ATX供電規範為基礎依歸，由此可知即便是桌上型供電系統，在基礎供電層面上也依然有持續的發展演進，如何讓標準跟進與產製成本取得平衡，這對設計工程師來說也是一大挑戰。

最后，不仅ATX供电器要符合上述的种种要求与规定，其他如CFX、SFX、TFX、BTX、LFX等其他构型（Form Factor）的主机板、供电器等设计也都要以ATX供电规范为基础依归，由此可知即便是桌上型供电系统，在基础供电层面上也依然有持续的发展演进，如何让标准跟进与产制成本取得平衡，这对设计工程师来说也是一大挑战。

▲ATX主供電接頭中，PS_ON#線路的信號特性圖。

▲ATX主供电接头中，PS_ON#线路的信号特性图。

（圖片來源：www.FormFactors.org）

（图片来源：www.FormFactors.org）

玉杰天

OK!!!!!!