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《计算机维修技术 第3版》第11章 计算机硬件故障维修方法2013

发布时间:

计算机维修技术 第3版
第11章 计算机硬件故障维修方法
易建勋 编著

清华大学出版社 2013年8月

作者声明
本课件随教材免费赠送给读者,读者可自由播放、复制、分 发本课件,也可对课件内容进行修改。 课件中部分图片来自因特网公开的技术资料,这些图片的版 权属于原作者。 感谢在因特网上提供技术资料的企业和个人。 本课件不得用于任何商业用途。 课件版权属于作者和清华大学出版社,其他任何单位和个人 都不得对本课件进行销售或修改后销售。

作者:易建勋 2013年8月

第11章 计算机硬件故障维修方法
11.1 常用维修工具与设备
11.1.1 常用维修工具 11.1.2 常用维修设备 11.1.3 常用检测仪器

11.4 常用硬件的维修方法
11.4.1 维修的常规检查 11.4.2 维修设备的清洗 11.4.3 机箱带电的处理

11.2 计算机基本维修方法
11.2.1 维修的黑箱原理 11.2.2 维修的基本原则 11.2.3 常用的维修方法

11.5 硬件电路基本知识
11.5.1 电路时序图的阅读 11.5.2 主板电路信号解读 11.5.3 信号完整性分析

11.3 维修中的规范化操作
11.3.1 维修操作中的规范化 11.3.2 维修工作的静电防护 11.3.3 维修工作的带电插拔

11.1 常用维修工具与设备

11.1.1 常用维修工具

1.维修工具
简单维修
螺丝刀,毛刷,电吹风等。

芯片级维修
功能强大的工具和复杂的仪器设备。

软件维修
系统安装光盘、系统修复光盘、驱动程序、性能测试 软件、安全防护软件、维修工具软件等。

11.1.1 常用维修工具 常用维修工具与设备
工具名称 工具套件 数字万用表 说 明 工具名称 手工焊接工具 热风焊台 说 明 螺丝刀,试电笔,电吹风 等 测量电压,电阻等 烙铁,焊锡丝,助焊剂,吸 锡枪 拆焊板卡贴片元件

示波器
逻辑笔 主板测试卡 各种打阻值卡 显卡测试仪 液晶屏检测仪

检测电路信号与波形
检测IC芯片引脚信号 检测主机部件故障 检测PCI,DDR信号 检测PCI-E信号 检测液晶屏工具

防静电护腕
电路清洗剂 导电银漆 超声波清洗机 硬盘数据恢复机 硬盘开盘工具

消除身体静电
清洗电路板 修补断线的PCB 清洗电路板 读出损坏硬盘中的数据 硬盘无尘拆卸,内部维修

CPU假负载
内存检测仪 电源测试仪

检测主板CPU电压和信号
检测内存芯片电压和信号 检测ATX电源信号

通用编程器
BGA芯片维修台 各种维修配件

读写BIOS等固件程序
拆焊板卡BGA元件 常用芯片,器件,接头等

11.1.1 常用维修工具

2.阻值卡
断电下进行器件或电路电阻值量测。

11.1.1 常用维修工具

3.CPU假负载
检测CPU核心电压,时钟信号,复位信号等。 量测正常后再插入CPU,避免CPU烧掉。

11.1.1 常用维修工具

4.热风焊台
加热拆焊电子元件和表面贴片元件。

11.1.1 常用维修工具

4.热风焊台
加热拆焊电子元件和表面贴片元件。

11.1.2 常用维修设备

1.BGA芯片维修台
BGA(球栅阵列封装)芯片损坏,可以通过BGA 维修台将损坏的芯片焊接下来,再将更换的芯片 焊接上去。

11.1.2 常用维修设备

技术

11.1.3 常用检测仪器

1.万用表
测量直流和交流信号
电阻,电压,判断电子元件极性,线路是否断路等。

11.1.3 常用检测仪器

2.示波器
以图形方式显示信号随时间变化的波形。

11.1.3 常用检测仪器

3.主板测试卡(POST卡)
用于快速判断主板故障部位。

11.1.3 常用检测仪器 POST卡

11.1.3 常用检测仪器 测试卡接口
PCI接口卡 PCI-E接口卡 USB接口卡等。

使用方法
主机断电后,将测试卡插到PCI总线插槽中; 开计算机电源; 测试卡显示不同的POST代码(数字); 正常进入操作系统,则显示为“FF”; 存在故障则显示故障POST代码; 代码含义查阅随卡附带的《POST代码手册》。

11.1.3 常用检测仪器 常见测试过程(跑码)
00—C0—C1—C3—0b—0d—3d—42—6F—7F—FF FF—C1—1d—2b—3d—42—6F—7F—FF FF—d3—d4—0b—2A—31—3d—4E

错误代码
01:处理器测试; C1:内存读写失败; 0D:显卡接触不好; 2B:硬盘控制器出现问题; 4F:读写硬盘数据; 开机出现代码,并且不变化,BIOS故障。

11.2 计算机基本维修方法

11.2.1 维修的黑箱原理

莫尔黑箱原理:
“黑箱”指那些既不能打开,又不能从外部直接 观察内部状态的系统。可以将计算机或设备看成 一个只有输人端和输出端的密封黑箱,严禁撬开 箱子窥看,要想知道它的内部秘密,只能输入一 些参数和进行某些试验,然后观测输出端的行为 ,根据观测察结果判断黑箱的内部秘密。

11.2.1 维修的黑箱原理 目前人工经验的维修方法并没有本质的改变。 维修中一个重要的工作是判断故障类型,即故障 属于硬件故障还是软件故障。 维修中往往是几种方法交替的运用。

11.2.2 维修的基本原则

1.不要造成二次损坏
修不好不要紧,不要修出更多故障。 能够正确处理任何故障的“高手”是不存在的。 维修完成后,要进行整体功能和性能检测。 避免发生二次损坏和潜伏性故障。

11.2.2 维修的基本原则

2.先简单后复杂
(1)先问后修
故障发生时表现
如死机、速度慢、异常声音等。

用户做哪些操作时会出现故障
如开机、玩游戏、上网、运行某一软件等。

故障发生前用户进行过哪些操作
如安装过某一软件、改变或更换硬件设备。

系统运行环境如何
如硬件配置、操作系统类型、是否双系统等。

用户有什么特别的使用*惯
如运行时间长、经常更换软件等。

用户采用过哪些维修措施;
如重新安装系统、清洗灰尘等。

11.2.2 维修的基本原则 (2)先想后做
判断故障属于硬件还是软件类型。

(3)先查后修
检查硬件是否有明显损坏现象; 不要贸然开机,避免二次损坏。

(4)先软后硬
软件配置是否正常。

(5)先外后内
外部电源是否打开; 设备和线路是否连接好等。

11.2.2 维修的基本原则

3.保证维修人员安全
防止高压电击 高压设备单手测量 防止大容量电容放电击人 测前先断电,断电再连线

11.2.2 维修的基本原则

4.保证维修设备安全
芯片或线路焊接时,电烙铁必须接地。 检测仪器与被检修设备有共同“地”。 测试线具有良好的绝缘性。 先排除短路故障,再处理断路故障。

11.2.3 常用的维修方法

1.查看法
电路板观察
线路有无断线,氧化,脱落,起泡,污垢,尘埃等现象; 电路板是否有高温烤焦或碳化现象。

芯片观察
芯片表面的字迹和颜色,有无焦色,字迹变黄等现象。

元件观察
插头和插座是否歪斜; 电阻、电容引脚之间是否有相碰,断裂,脱焊等现象; 是否有异物掉进元器件引脚之间,造成短路现象; 电阻是否有烧焦变色现象; 电解电容外壳是否胀裂变形等现象。

11.2.3 常用的维修方法

3.交换法
将问题设备与正常设备互相交换,判断故障现象 是否消失。 芯片交换时,必须保证芯片型号和性能一致; 交换板卡时,板卡总线或接口必须一致。

11.2.3 常用的维修方法

4.简单测试法
触摸法
释放身体静电; 触摸设备发热部分,根据温度判断设备是否正常。

按压法
用螺丝刀手柄轻轻敲击怀疑的电路插件; 用手按压可疑的电子元件,插卡,插头。

插拔法
排除线路、插槽接触不良故障; 发现电源功率不足的故障。

升温/降温法
用电吹风进行升温或降温; 用小棉球沾酒精,加速元器件散热。

11.2.3 常用的维修方法

6.其他方法
仪器测试法 最小系统法 分析法 经验法 分段切割法 盲焊法

11.3 维修中的规范化操作

11.3.1 维修操作中的规范化

1.电路板拿放
维修工作必须遵循规范化操作原则。 拿放电路板应当戴好防静电手套; 没有戴防静电手套时,尽量拿电路板边缘部分; 不要将手指抓在电路板线路上; 更不要将手指抓在集成电路芯片上。

11.3.1 维修操作中的规范化 【补充】规范化操作

11.3.1 维修操作中的规范化 【补充】规范化操作

11.3.1 维修操作中的规范化

2.维修部件摆放
元器件随意堆放会使元器件引脚弯曲变形。 元件的引脚容易划伤板卡上的线路。 电路板堆放在一起容易使电路板受到静电损害。 硬盘要轻拿轻放,尤其不能振动。

11.3.1 维修操作中的规范化 【补充】元器件随意堆放

11.3.1 维修操作中的规范化 【补充】元器件随意堆放

11.3.1 维修操作中的规范化

4.板卡安装
在主板上插入显卡、内存条时,用力过大使主板 产生严重弯曲变形,造成电路的微观裂纹。

11.3.2 维修工作的静电防护

1.静电对电子设备的危害
特点:高电压,小电流,作用时间短。 静电电压达到2000V时,手指会有所感觉; 超过3000V时,会产生电火花。 3000V以上的静电,足以损坏电子元器件。 CMOS器件对静电高压相当敏感。 静电击穿是一种不可修复的损坏。

11.3.2 维修工作的静电防护

2.维修工作的静电防护
接触电子器件之前释放静电。 维修电路时,应当佩戴放防静电腕带。 维修场所采用防静电台面。 保持40~60%的湿度,干燥容易产生静电。 清除灰尘时,用皮吹风,或防静电毛刷。 不要用手摸金属线路和芯片。 焊接的电烙铁必须有良好接地。

11.3.1 维修操作中的规范化 【补充】静电防护

11.3.2 维修工作的静电防护 【补充】静电防护

11.3.3 维修工作的带电插拔 几乎所有维修人员都进行过带电插拔操作。 带电插拔必须按照正确的步骤进行。 带电插拔电路板会产生很大的电流和电压波动, 这些操作将导致系统的损害。 部分电路设计有限流功能,避免带电插拔对设备 造成的损坏,例如USB接口电路。 多重保险电阻能根据流过自身电流所产生的热量 而膨胀或缩短。

11.3.3 维修工作的带电插拔

带电插拔应注意的问题
普通用户不要进行热拔插。 不带电源的设备可热插拔,带电源设备不能热插拔。 例:键盘、鼠标本身不带电源,可以进行热插拔。 例:显示器、打印机带有电源,不能热插拔。 显卡数据线和电源线制作在一起,不能进行热插拔。 光驱数据线和电源线是分开的,可以热插拔。 硬盘最好不要热插拔。

11.4 常用硬件的维修方法

11.4.1 维修的常规检查

1.电源线连接状态检查
所有电源插座是否有接触不良的现象。 市电插座是否符合“左零右相中间地”的规定。 主机电源开关是否能够正常通断。

2.I/O接口连接状态检查
I/O接口插头是否都插紧到位。 音箱和声卡接口是否松动。

11.4.1 维修的常规检查

3.计算机应用环境检查
计算机周边环境温度,湿度是否过高。 计算机周边是否有强电磁场干扰
如:微波炉,对讲机,闪烁严重的日光灯等。

计算机附*是否有强电磁场干扰
如:电视台,广播电台,微波基站等。

计算机周边是否有大型启停设备。
如:电梯,电焊,中央空调等。

11.4.1 维修的常规检查

4.主机开箱检查
机箱内是否灰尘严重,导致板卡接触不良。 机箱内部是否有多余的螺钉等造成主板短路。 CPU风扇电源插座是否插反,导致风扇不工作。 SATA接头是否接触不良。 显卡,内存条是否已经插接到位。 内存条金手指是否氧化严重。

11.4.1 维修的常规检查

5.电子元件检查
主板,显卡等是否有线路划伤,氧化等现象。 电路板上的电容是否存在鼓起,漏液等现象。 电路板焊点是否有虚焊,氧化等现象。 集成电路芯片是否有发黄,鼓起等现象。

11.4.1 维修的常规检查

6.上电状态下的基本检查
电源盒地线、零线、机箱外壳,检查是否带电。 市电是否在220V〒10%范围内。 计算机周边是否有异味,异声。 显示器亮度是否调节到了适当位置。 主机,显示器,硬盘等指示灯是否正常。 电源和CPU风扇是不动作。 硬盘是否有正常运转声音,或声音过大。 是否有自检完成的报警声。

11.4.1 维修的常规检查

8.BIOS设置检查
硬盘工作模式是否为LBA。 CPU频率,电压等设置是否正确。 内存参数设置是否恰当。

11.4.1 维修的常规检查

10.操作系统设置检查
显卡,声卡,网卡等设备驱动程序错误。 电源管理程序设置是否正确。 网络IP地址设置是否正确。 是否启动了某些不安全的服务。 “声音和音频设备”中,各项设置是否正确。 删除所有垃圾文件。 运行进程是否太多,导致系统资源不足。 检查系统分区剩余空间是否太小。

11.4.2 维修设备的清洗

清洗电路板
四氯化碳,三氯乙烷,无水酒精,甲醇等。 电路清洗剂挥发性很强,可以将电路板上的灰尘 挥发掉。 不要用医用酒精清洗电路板。 电路清洗剂挥发得越快越好,其次是PH呈中性, 如呈酸性则对板卡有腐蚀作用。 不要用酒精清洁显示器屏幕,显示器屏幕涂有特 殊涂层,酒精会溶解涂层,对显示效果造成不好 的影响。

11.4.2 维修设备的清洗 最好的清洁剂是纯净水,因为它不含任何化学物 质,不会对设备造成损坏。 但是纯净水不易清除一些顽固的污垢。

11.4.2 维修设备的清洗 【补充】清洁剂清洗显示器

11.4.2 维修设备的清洗 【补充】清洁硬盘和光驱

11.4.2 维修设备的清洗 【补充】主机内部的灰尘

11.4.3 机箱带电的处理 机箱带电主要由感应电压和静电积累造成。 用试电笔检查主机外壳是否带电,根据试电笔氖 泡发亮的程度,判断机壳带电的大小。 消除机箱带电的方法:保证电源良好接地。

11.4.3 机箱带电的处理 电源插座接线不正确,也会导致机箱漏电。

11.4.3 机箱带电的处理 【补充】电源插座的接线

11.4.3 机箱带电的处理 【补充】机箱带电

11.4.3 机箱带电的处理 【补充】居民楼供电模式

11.5 硬件电路基本知识

11.5.1 电路时序图的阅读

时序是一组信号按照时钟频率进行工作的顺序。 时序是为了确定电路输出和输入之间的逻辑关系, 以确定电路的逻辑功能。 纵坐标表示不同的信号;横坐标表示时间。 时序图按照从上到下,从左到右的顺序,最关键 的是每个信号的突变点,根据这些突变点就可以 分析电路的相应功能。

11.5.1 电路时序图的阅读 DDR3内存读操作时序图

11.5.1 电路时序图的阅读 计算机常用时序符号

11.5.2 主板电路信号解读

1.常用电压信号
VCC(主电源正端) VCORE(CPU核心电压) VDD(电源正端) VDDQ(经过滤波的电源) VSS(公共地) VEE(发射极电压,晶体管的负电压,与地类似。) VREF(参考电压) VTT(终止电压) VID(CPU电压识别) 5VSB(5V待机电压) GND(地)

11.5.2 主板电路信号解读

2.常用控制信号
#(低电*有效) A[31:3]#(地址总线) ADS#(地址锁存) BCLK(总线时钟) BPRI#(总线优先权请求) CK_PWRGD(时钟发生器电源正常) CPURST#(处理器复位) D[63:0]#(数据总线) DBSY#(数据总线忙) DEFER#(延迟) DRDY#(数据就绪)

11.5.2 主板电路信号解读
DP#(数据奇偶校验) FERR#(浮点错误) INIT#(初始化) INTR(可屏蔽式中断) PROCHOT#(CPU过热) PWROK(电源好) RESET#(复位) SLP_S4#(S4休眠模式控制) TRDY#(目标就绪) VRMPWRGD(电压调节模块电源正常) ALW(总是) SUS(挂起)

11.5.3 信号完整性分析

1. 基本概念
早期计算机时钟频率较低,硬件设计工程师只需 要进行“数字设计”,保证数字逻辑正确,就能 设计出所期望性能的产品。 目前数字器件工作频率发展到了几GHz,反射, 串扰,抖动,阻抗匹配,EMI(电磁干扰)等射 频微波领域才会遇到的问题,如今变成了高速数 字电路设计必须解决的关键性问题。

11.5.3 信号完整性分析 【补充】Eric Bogatin著《信号完整性分析》

11.5.3 信号完整性分析 信号完整性是指信号在线路上传输的质量。 信号以要求的时序、持续时间和电压幅度到达接 收芯片时,该电路有很好的信号完整性。 信号完整性主要问题:
延迟、反射、串扰、抖动、振荡、阻抗匹配等。

一般认为,系统工作在50MHz以上时,就会产生 信号完整性问题。

11.5.3 信号完整性分析 【补充】信号完整性比较

11.5.3 信号完整性分析 低频电路的信号形态
5.0V 4.5V 4.5V

幅值=5.0V 2.5V

tw
脉冲宽度

2.5V

0.5V 0.0V

0.5V

tr
上升 时间

tf
下降 时间

11.5.3 信号完整性分析 高频电路的信号形态

11.5.3 信号完整性分析 高频电路的信号形态

11.5.3 信号完整性分析

2. 高频信号的特性
高频信号存在趋肤效应和临*效应。

趋肤效应
高频电磁波只存在于良导体表面的一个薄层内。 高频时的阻抗远大于低频或直流电时的电阻。
高频电磁场

FR4绝缘材料

11.5.3 信号完整性分析 讨论:
(1)信号干扰主要由趋肤效应引起? (2)单根粗线好,还是多根细线好? (3)趋肤效应是导致线路发热的原因? (4)怎样防止趋肤效应引起的干扰?

11.5.3 信号完整性分析

临*效应
当2个邻*导体电流方向相反时,在相互靠*的 两侧最*点的电流密度最大; 当2个导体中的电流方向相同时,则两导体外侧 最远点的电流密度最大。

例:差分时钟双线结构

11.5.3 信号完整性分析 讨论:
(1) 多条线路相互靠*时,电流分布如何? (2) 如何利用临*效应散热? (3) 电流方向相同时干扰大?还是电流方向相反时干扰 大?

11.5.3 信号完整性分析

传输线
微带线:只有一面在参考*面的传输线 带状线:两边都有参考*面的传输线
微带线 带状线

FR4(绝缘体)

参考*面(导体)

11.5.3 信号完整性分析

3. 信号的传输速度
根据伯格丁博士的分析计算,电子在导线内部的 运动速度约为8mm/s。 推论1:导线中电子的速度与信号的速度没有任 何关系。 推论2:导线的电阻对传输线上信号的传播速度 几乎没有任何影响。低电阻并不意味着信号速度 快。

11.5.3 信号完整性分析 导线周围的材料(电路板、塑*さ龋藕 在导线周围空间(不是导线内部)形成的交变电 磁场的建立速度和传播速度,三者共同决定了信 号的传播速度。 真空下光速大约30万km/s,为30cm/ns 电磁波在FR4电路板中的传播速度为:15cm/ns 电路板中信号的时延为:67ps/cm

11.5.3 信号完整性分析

4. 电磁干扰 信号反射
传输线上的阻抗不连续会导致信号反射。 信号反射的原因:
发送与接收端的阻抗不匹配时,会有少许信号回头朝发送端反弹 ,形成反射信号。当这些反射信号到达信号发生源时,它们再次 反射,并与正在发送的正常信号混合,致使接收端很难区分哪些 是原始信号,哪些是反射波,形成信号振荡现象。

信号传输速度超过100MHz时,印制线是带有寄 生电容和电感的传输线,而且会有趋肤效应和电 介质损耗,这些都会影响传输线的特性阻抗。

11.5.3 信号完整性分析 【补充】信号反射形成信号振荡现象

11.5.3 信号完整性分析

信号串扰
两条信号线之间以及*矫嬷涞男藕篷詈稀 产生串扰的因素
信号的速率; 信号上升沿和下降沿的速率; PCB板层的参数; 信号线间距; 驱动端和接收端的电气特性等。

11.5.3 信号完整性分析 【补充】信号串扰
1接收端
2驱动端

11.5.3 信号完整性分析

抑制电磁干扰的方法
接地 屏蔽 滤波

11.5.3 信号完整性分析 【补充】电磁干扰

11.5.3 信号完整性分析

5.阻抗匹配
导线的特性阻抗由导线的电导率、电容以及阻值 的综合特性,特性阻抗的单位为欧姆。 信号在传输过程中,如果传输路径上的特性阻抗 发生变化(如线路中的宽窄变化,过孔等),信 号就会在阻抗不连续的节点处产生反射。 原则:源阻抗必须和负载阻抗相同。

课程作业与讨论 讨论: (1)机箱带电会致命吗? (2)列举电脑野蛮安装实例。 (3)存在能够修复70%电脑故障的高手吗? (4)电脑中哪些故障由信号完整性引起。 (5)你有哪些硬件维修经验?

【本章结束】




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