Réparer les PC portables (+ infos VRM)
Même si je suis loin d'être Louis Rossmann ou Sorin de Electronics Repair School, voici une page qui résume les principaux problèmes classiques dans le dépannage des PC portables et de leur carte mère.
Compte tenu de la taille des composants très miniaturisés des appareils de notre époque, voici quelques outils absolument nécessaires :
Pour les techniques, vous avez tout sur sur la plateforme de formation n°1 qu'est Youtube.
Il faut savoir que beaucoup de marques de PC portables (HP, Dell, Lenovo...) ne fabriquent pas les cartes mères des PC qu'ils vendent. Surtout sur les machines bas de gamme. Des entreprises chinoises s'en chargent, une petite liste non exhaustive :
Depuis plus de 15 ans (environ), ces entreprises chinoises ne se contentent pas (plus) de simplement fabriquer les PCB conçus par les ingénieurs des bureaux américains ou européens de Dell ou HP, elles les conçoivent également de A & Z pour leurs clients. Ceci au même titre que les fabricants de cartes mères usuels des assembleurs : Asus/Asrock, Gigabyte ou encore MSI qui conçoivent tout et fabriquent eux-mêmes. Eux-aussi d'ailleurs vendent des PC portables à leur marque mais en plus fournissent en OEM d'autres fabricants de PC desktops. Donc c'est un gros méli-mélo où tout le monde sait tout faire. Vous trouverez souvent la mention "Designed in Taipei" (ou Taïwan) sur les cartes mères. C'est terminé l'ère du "Designed in USA/Europe. Made in China". Dites-vous bien que depuis que l'électronique est quasiment toute fabriquée là-bas depuis bien longtemps (fin 80) ils sont montés en puissance depuis.
Il existe des tas de forums où les réparateurs de PC portables échangent des astuces, des schémas et autres dump de BIOS. Ces forums sont anglais, indiens, russes (plus généralement pays de l'est ex-URSS) ou encore vietnamiens. Certains sont payants et d'autres gratuits. En voici quelques uns :
Comme pour les manuels de services des appareils bruns, beaucoup ne sont pas trouvables. Il faudra donc dépanner sans.
Sur des épaves (le bon coin et eBay), sur eBay ou AliExpress.
Avant d'accuser le PC portable comme principal fautif, on contrôle déjà si le chargeur fournit bien la tension nécessaire (lire l'étiquette dessus). Sinon ce n'est pas la peine d'aller plus loin. Les PC portables réclament toujours (sauf quelques exceptions) une tension continue (DC) depuis leur alimentation externe, en général entre 12V et 21V. Avec un multimètre en mode voltmètre on regarde si tout est OK sur le chargeur.
Ce test est toutefois limité car il faudrait vérifier si le chargeur tient bon lorsqu'on lui réclame du courant (une fois relié au PC). Vérifier également si le connecteur n'est pas cassé. Sinon autre chose à vérifier : brancher le chargeur au PC portable puis le déconnecter. Revérifier après si la tension est encore présente sur la fiche du chargeur. S'il n'y a plus rien, cela signifie que le PC portable est en court-circuit et le chargeur s'est mis en protection (sécurité). Il faut déconnecter le chargeur du secteur pendant 1 minute afin de libérer la mise en protection et pouvoir l'utiliser à nouveau.
Le port est physiquement cassé à un endroit, les contacts ne se font pas bien et le courant ne passe pas entre le chargeur et la carte mère du PC portable. Cela arrive souvent après des années de branchements/débranchements. Les symptômes : selon l'état de la batterie, le PC peut ne pas s'allumer et/ou la recharge de la batterie ne se fait pas. Le système d'exploitation et les BIOS ne détectent jamais que le chargeur est connecté. D'apparence extérieure certaines fois on peut ne rien remarquer et se douter que la tige centrale est cassée. Généralement le porte de charge comporte 2 bornes : une pour le pôle positif (+) et une pour le pôle négatif (-). Une troisième broche peut exister pour un petit signal de données afin que le chargeur s'identifie auprès de la carte mère (verrouillage fabriquant). Il existe deux types de ports.
Le premier à gauche est le pire à un donner des cauchemars, puisque ce sont ses soudures à la carte mère qui prennent toute la force lors des branchements et débranchements. Les soudures sont souvent la cause. Le deuxième à droite est un connecteur déporté. Son avantage étant de pouvoir être remplacé plus facilement, rien à souder sur la carte mère.
Alors comment savoir si le port de charge ne possède pas une borne de cassée ? Facile, cela ne demande qu'un multimètre en position test de diode (peut se faire aussi en mode test de résistance). Malheureusement certains types de connecteurs ne permettent pas de bien sonder avec le multimètre et ses pointes de touche trop grosses. Le mieux dans ce cas étant d'ouvrir l'appareil, pas le choix. Avec le multimètre en position test de diode on peut prendre la masse sur le blindage de n'importe quel USB, DVI ou VGA de la carte mère. Il suffit ensuite de tester les broches (ou bornes) du port de charge avec l'autre pointe de touche. On trouvera forcément au moins une borne du port de charge qui montrera 0V (court-circuit franc) puisqu'une des 2 bornes du port de charge est la masse. Normal. Puis ensuite on inverse les polarités. Si on trouve toujours aucune continuité (OL) dans les deux sens sur toutes les bornes du port de charge il est probable que le port de charge ne ferme pas le circuit (boucle +/-) et est donc cassé en interne. Si le port n'est pas cassé, on devrait trouver un seuil de 0.6V sur au moins une de ses bornes. Ce simple test permet également de détecter les cartes mères de PC portable en court-circuit et ce sans l'ouvrir. Si sur plusieurs bornes du port de charge (voire toutes) il y a 0V sur le multimètre (court-circuit franc) cela signifie que le + et - se touchent quelque part sur la carte mère du portable.
Exemple pratique avec le 5040 de Dell : le port de charge arrive sur la carte mère via un connecteur 7 fils. 3 sont noirs (moins), 3 sont rouges (plus) et 1 est bleu (data 1wire).
En observant les pattes du connecteur on remarque qu'il mène sur 3 pistes du PCB, deux larges sur les cotés pour le plus et le moins de l'alimentation et une fine au milieu pour les données. Plus il y a de courant à drainer plus les pistes sont larges. L'avantage de cette configuration étant de pouvoir tester rapidement avec un multimètre.
Ici pas de continuité, le courant est bloqué.
Si on inverse on détecte un seuil de 0.63V. RAS ici donc, pas de court-circuit franc sur les +19V de la carte mère.
La forme du connecteur ne permet pas d'insérer les pointes de touche. On peut utiliser une fiche de chargeur universel à la place :
On arrive au même résultat et ce sans avoir à ouvrir le portable.
Ici en photo, c'est une pile bouton CR2032 installée dans un socket. Mais elle peut aussi être soudée ou à l'extrémité d'un connecteur. Certains appareils ne démarrent pas si sa tension n'est pas suffisante. Dans le cas du Dell 15 N5040, l'ordinateur n'arrête pas d'émettre 5 bips en continu même si cela n'empêche pas de fonctionner normalement. Sa tension peut-être vérifiée sur place avec un voltmètre. Les tolérances varient selon les châssis, je dirais qu'en dessus de 2.5V il devient nécessaire de la remplacer (empirique). Il est parfois nécessaire de la retirer (pendant disons 1 minute + court-circuit) pour faire perdre certains réglages de la NVRAM pour repartir sur les réglages par défaut. Ceci permet dans certains cas de faire redémarrer le portable.
Vous allez peut-être rire mais des fois un problème ne tient à pas grand chose : il suffit simplement de débrancher une nappe et de la reconnecter pour que ça refonctionne. Il y a juste besoin de rétablir une bonne connexion et c'est tout. Un petit coup de bombe contact au passage ne fera pas de mal.
L'ordinateur ne veut pas s'allumer ? C'est peut-être de sa faute. L'interrupteur dessous est cassé et ne fonctionne plus. En appuyant dessus il ne ferme pas le circuit pour enclencher le démarrage.
Dans ce cas repérer où va sa nappe (PWBTN c'est assez limpide) et fermer les contacts manuellement avec une pince métallique.
On peut aussi utiliser le multimètre afin de détecter la tension de 3.3V. Si la tension de 3.3V est manquante il y un problème avec le contrôleur embarqué (MEC).
Il faut tester leur continuité. Si un fusible est coupé, il faut essayer de déterminer à quoi il sert. Il existe souvent un fusible général sur le rail d'alimentation provenant du chargeur 19V, on en trouve aussi sur la partie alimentation coté batterie ou encore pour protéger les ports USB. Seulement un fusible ne fond pas tout seul comme ça par hasard, c'est souvent la conséquence d'un court-circuit. Et il y a deux cas possibles : soit le problème est permanent (persistant) et dans ce cas il faudra résoudre le problème et non pas juste se contenter de remplacer le fusible. Car le nouveau fusible installé claquera instantanément comme l'ancien. Soit le problème était fugitif, par exemple l'utilisation d'un mauvais chargeur par l'ancien propriétaire, et dans ce cas le fusible a joué son rôle et on peut le remplacer sans crainte. Ne jamais ponter un fusible avec un morceau de fil "classique". Si on ne souhaite pas retirer l'ancien fusible (trop compliqué), on peut le ponter mais uniquement avec du fil fusible prévu à cet effet (très fin). Il existe aussi des résistances (de 0 ou 1 ohm) notées R5410 et PR4516 ici :
Certaines peuvent être des résistances fusibles (réarmables) et d'autres peuvent servir pour évaluer le passage d'un courant (pour un circuit de charge par exemple) dites de shunt (conversion courant -> tension). Il convient de les tester toutes dans le doute quelque soit leur utilité.
Sur les PC portables cette puce fait souvent également office d'EC (Embedded Controller) également appelé MEC (Mobile Embedded Controller) ou encore KBC (KeyBoard Controller). Elle ne sert pas juste pour les périphériques lents. Son rôle est au contraire bien plus majeur : c'est elle qui embarque tout le sous-système d'allumage, de reset, de la gestion des ventilateurs, de la charge de la batterie etc... La liste de ses attributions est disponible ici. Si le PC portable refuse de s'allumer alors que ses 3.3V lui arrive sur ses broches d'alimentation, c'est que soit il est défectueux, ou soit il est simplement planté. Et il ne réagit donc pas aux stimulus externes comme par exemple un appui sur le bouton "Power". Dans ce cas en anglais on dit qu'il est "frozen". Cette puce possède son propre microprocesseur intégré (souvent ARM) autonome du CPU Intel/AMD et exécute son propre code. La solution : lui couper toute source d'alimentation (tension). Ceci afin de lui faire un petit reset électrique. Il faut donc retirer le chargeur, la pile de sauvegarde NVRAM, la batterie amovible et la batterie interne (s'il y en a une). Attendre 2 minutes le temps que tous les condensateurs se vident et reconnecter. Et hop ça repart. Vérifier également que le quartz de 32Khz a proximité oscille bien, sinon il se peut que l'EC reste inerte (certains ont un quartz intégré). Quelques marques connues : ENE, Nuvoton, ITE, SMSC, Microchip.
Généralement une batterie HS n'empêche pas le démarrage d'un PC portable. Les batteries (comme leur nom l'indique) embarquent plusieurs accumulateurs appelés "cellules" qui sont souvent des 18650 assemblés entre eux (les cylindres rouges dans la photo suivante). Les batteries c'est souvent un problème indémerdable selon moi. La plupart du temps la batterie ne se recharge pas, elle est "morte". L'ordinateur refuse de le faire. Il peut s'agir d'un problème du circuit de charge sur la carte mère du PC portable mais souvent c'est tout simplement la batterie qui se déclare impropre a être rechargée. Depuis l'usage des Ni-Mh (puis des Li-Ion ensuite) les batteries embarquent un petit circuit à l'intérieur, un BMS (Battery Management System), toujours alimenté en interne en permanence par les cellules. Même non reliée au PC portable, la batterie, avec son circuit de contrôle/gestion intégré vit sa vie de manière autonome. Exemple de BMS d'une de mes batteries d'IBM Thinkpad :
Ce sont des batteries "smart" (protocole i2c souvent). Historiquement c'était pour mettre en place des protections et avoir le suivi de la batterie pour l'OS et le BIOS. En effet les accus Ni-Mh et Li-Ion réclament des méthodes de charge spécifiques sinon cela peut-être dangereux. La batterie est donc communicante avec l'EC et surveille la tension, le courant, la température et la résistance des accumulateurs qui la compose. En cas de défaillance quelconque, surchauffe, surtension, surintensité, décharge profonde d'au moins une cellule : le circuit de gestion surveille que la batterie ne soit pas mal utilisée ou quelle soit dans un état encore valable pour être chargée. Selon comment il est implémenté, il peut prendre la décision de couper la charge et d'indiquer ce qui ne va pas. Cela est simplifié à l'utilisateur par le message : "Veuillez remplacer la batterie". Ce qui est très vague.
Ce qu'il faut comprendre c'est que le contrôleur de la batterie est souvent programmable et chaque marque peut faire ce qu'elle veut et y mettre le code qu'elle veut. Je vous vois venir : "quand une batterie est morte, il suffit de remplacer les cellules fatiguées par des neuves et voilà la batterie repart !" Et bien dans beaucoup de cas non cela ne suffit pas, pourquoi ? Le contrôleur aura conservé en mémoire (un petit bit qui fait office de flag dans une EEPROM) l'information que les accus ont été défectueux à un moment dans le passé et que la batterie s'est mise HS. Il est souvent appelé le "PF Flag" (Permanent Fault). Même si vous mettez des beaux accus 18650 haut de gamme tout neuf dedans, le contrôleur refuse de se réarmer et de repartir comme avant (blocage logiciel). Il faut dans ce cas procéder à une reprogrammation logicielle pour effacer le défaut ou effectuer un "jump start" = suivre une petite procédure maison pour le remettre à zéro que souvent seul le constructeur connait. Autre chose : le fabricant de la batterie peut aussi implémenter un compteur logiciel qui déclare la batterie HS (à remplacer) au bout d'un certain nombre de cycles prédéfini et ce même si les accus sont encore en bonne santé. Même en ayant remis des accus neufs le compteur n'est pas remis en zéro, idem blocage logiciel.
Vous voulez encore pire ? Très bien ! Imaginez que votre batterie soit HS, vous remplacez les accus et faites repartir la batterie avec une méthode de jump start ou vous faites sauter l'information qui va bien dans l'EEPROM. Sauf que le PC refuse toujours de l'utiliser et persiste à dire qu'il faille la remplacer. Comment cela est possible ? Tout simplement via le numéro de série unique de la batterie.
Comme la batterie est communicante, la batterie identifiée n°12345 s'est déclarée défaillante à une époque dans le PC, cette information est sauvegardée par le sous-système de gestion de charge (le MEC) dans le PC (dans la NVRAM, une Flash, ou autre) et elle se retrouve blacklistée. En effet, les constructeurs remplacent systématiquement les batteries, ils ne les réparent pas. Pour le logiciel il est donc anormal qu'une batterie qui s'est déclarée défectueuse par le passé refonctionne maintenant. Il faudra donc reprogrammer le numéro de série de la batterie pour que le PC l'accepte de nouveau. Elle est pas belle la vie hein ?
Beaucoup de youtubeurs spécialisés conseillent de se tourner vers les batteries chinoises (AliExpress) qui n'ont pas ces blocages divers et variés. C'est pour cela que beaucoup procèdent à du "harvesting" sur les batteries de PC portables. Il ne cherchent pas à les réparer et les remettre en service. Seulement là aussi il y a deux bémols : en premier les batteries chinoises sont souvent low-cost et incluent des 18650 bas de gamme, l'autonomie et la durée de vie sont souvent limitées. En second elles sont mal implémentées. Le problème vient encore une fois du protocole de communication entre la puce de charge, le MEC et l'électronique contenue dans la batterie. Les constructeurs font tout pour avoir un marché captif et que vous achetiez des batteries originales plus chères. Résultat, cela m'est arrivé d'avoir entre les mains des batteries "100% compatibles" mais qui n'étaient pas "reconnues" par le PC ou la charge se bloquait à tant de %, ou que le niveau n'est pas disponible ou batterie non identifiable. Bref ce n'est pas évident.
De nos jours on devrait plus parler de firmware (terme plus générique). Depuis l'UEFI, le BIOS n'est qu'une partie des logiciels que contient cette puce. Sur la photo vous avez deux puces. La plus grosse à gauche a une capacité de 4Mo elle sert pour le PCH. Cette de droite, plus petite (256Ko), est celle dédiée au contrôleur embarqué (EC, MEC, KBC, Super IO). Il arrive que leur cellules se dégradent avec le temps et qu'elles ne retiennent plus bien les données programmées dedans. Ou alors suite à un bad flash. Il faut la reprogrammer, voire la remplacer. Il faudra trouver le bon dump associé au PC portable sur le web pour flasher la puce vierge achetée. Sinon on peut acheter aussi une puce préprogrammée sur eBay. Station à air chaud indispensable pour la retirer et la replacer.
C'est presque trop facile en fait, car tout est séparé, le PCH a sa propre puce pour le BIOS (32Mbits) et l'EC a également la sienne (2Mbits). Ici le portable étudié est de 2011 et depuis 8 ans du chemin a été fait de ce coté. Certains appareils ont une puce partagée (shared). C'est à dire qu'il a qu'une seule puce flash commune aux 2 composants. De plus de nos jours, beaucoup d'EC n'ont plus leur puce Flash externe SPI comme ici, elle est intégrée. Par souci de miniaturisation et également pour emmerder le monde avec des outils propriétaires plus compliqués je suppose. Il faut donc passer par un programmateur lourd de type SVOD3 ou un RT809H. Comptez 200 euros environ le kit complet comprenant les nappes flexibles blanches. Oui car c'est la nappe du clavier (à débrancher) qui sert d'interface de programmation ICP/ICSP. En fait ces EC sont en réalité sous-estimés à l'heure actuelle, prenez le cas du MEC1322 :
En gros l'EC embarque déjà 32Ko internes de Boot ROM, il peut se connecter à deux puces flash SPI externes, une privée et l'autre qui peut être partagée avec le BIOS, le tout peut être chiffré et signé via des certificats pour garantir la chaîne de confiance (UEFI / Secure Boot).
Peuvent se mettre en court-circuit si elles ont cramé. Utiliser le multimètre pour les tester. Ici une P6SBMJ27A (27V / 11.2A).
Des vrais cochons ! Ces condensateurs céramiques dits MLCC (Multi-Layer Ceramic Capacitor) sont des condensateurs de découplage, ils servent à atténuer les bruits de commutation et plus généralement les parasites haute fréquence afin que les circuits-intégrés travaillent avec des signaux propres et des tensions d'alimentation stables. Un d'entre eux est souvent responsable lorsque la carte mère est en court-circuit franc. Il faut alors utiliser une alimentation de laboratoire et faire passer quelques ampères depuis le port de charge (+19V) afin de trouver celui qui chauffe anormalement par rapport à tous ses petits copains qui peuplent la carte mère. Il faut soit y aller au toucher, ou avec la caméra thermique, ou avec la bombe à froid ou tout autre liquide qui réagit à la chaleur pour le faire sortir du lot. Le dessouder ôtera le court-circuit. Il faudrait normalement les remplacer s'ils sont défectueux. Mais c'est souvent difficile de connaitre leur valeur. Souvent le PC portable peut se passer de quelques uns, et ça peut fonctionner sans.
Ils sont rarement fautifs même si ça peut arriver. Si les tantales (en noir à gauche ici) ont pu avoir une super mauvaise réputation à une époque ce n'est plus vraiment le cas (sauf cas particuliers pour certains appareils par exemple les NEC/TOKIN montés sur PS3 et certains laptops notamment Acer/Toshiba). Idem pour les électrolytiques (à droite).
Il ne faut pas se laisser abattre par la complexité d'une carte mère, dites-vous bien que chaque puce a une (ou plusieurs) utilité et joue tel rôle dans le système. Munissez-vous d'une loupe et de Google (oops) à proximité. Il vous suffit de relever les références inscrites sur chaque puce et de faire une recherche sur le net pour trouver son datasheet afin de savoir à quoi elle sert dans le schmilblick.
Jusque là c'était du petit lait hein. Maintenant on va parler sérieusement. Alors il va falloir s'accrocher.
Les puces sur une carte mère fonctionnent avec des tensions différentes. Le core d'un CPU réclame 1V, l'EC veut 3.3V, l'USB est en 5V, la RAM DDR3 en 1.5V ou 1.35V pour la DDR3L, 12V pour charger la batterie, etc... Or toutes ces diverses tensions doivent être fabriquées à partir de la même origine : à savoir les 19V fournis par l'unique chargeur. Par conséquent, de nombreux composants sur la carte mère forment des mini-circuits qui sont des petites alimentations miniatures, des zones à part entière dans le but de justement convertir cette tension de 19V vers une tension inférieure que réclame telle puce ou telle fonction sur la carte mère. On appelle ces circuits des "convertisseurs DC-DC step-down". Parce ce qu'on abaisse une tension continue vers une autre tension continue moindre. Il est facile de les repérer sur les cartes mères, ces convertisseurs sont souvent de type Buck ou des régulateurs linéaires de type LDO.
Voici une image de la carte mère du Inspiron N5040, ici on aperçoit 3 circuits convertisseurs distincts qui donnent chacun une tension ayant une utilité (cliquez pour agrandir).
Chaque circuit est repérable grâce à leur grosse inductance carrée plate et grise (nommées PLxxxx). Voici ce que l'on trouve en sortie de chaque inductance :
Vous remarquerez que les ingénieurs font en sorte de placer ces circuits d'alimentation a proximité quasi immédiate des composants qu'ils alimentent. Voici le schéma-bloc de la carte mère. Sur la droite vous trouverez le tableau des convertisseurs DC-DC. Avec pour chacun d'entre eux sur quel rail il tire (entrée) et quel rail il constitue (sortie). Cliquez pour agrandir. On note au passage que le circuit imprimé est composé de 6 couches.
On peut résumer le tout sous forme d'arborescence afin de mieux cerner les dépendances (un circuit d'alimentation dépend toujours d'un autre) :
Avant d'aller plus loin, je vous conseille CHAUDEMENT de visiter les deux liens ci-dessous qui vous expliquent comment fonctionne la partie VRM (= circuit d'alimentation du processeur) sur une carte mère. Dès qu'il y a un SoC ou un CPU ou un GPU, il y a un VRM quelque part. Oui c'est en anglais, mais pas le choix, c'est bien expliqué. C'est la même chose que ce soit sur une PC de bureau ou portable.
Le terme MOSFET est normalement un type de transistor et l'acronyme d'une technologie. Dans la pratique on nomme mosfet un transistor ultra rapide et puissant qui joue le rôle d'interrupteur dans un circuit DC-DC comme par exemple un circuit VRM. Sur la photo ils sont de couleur noire estampillés K03B9 ou K03D4. Ils ont 3 électrodes : gate, drain et source. Sans eux pas de VRM. Les MOSFETs sont activés (pilotés) par des drivers qui eux mêmes sont activés par un contrôleur PWM.
Depuis plusieurs années déjà les drivers peuvent être embarqués avec les MOSFETs dans un seul package pour former un composant unique : les DrMOS.
Chaque phase constitue un morceau du circuit VRM et comporte des transistors MOSFET qui sont activés séquentiellement par le contrôleur PWM. Chaque phase est constituée :
Sur l'image suivante (cliquez pour agrandir), deux tensions distinctes sont produites, une de 1V (violet) et une autre de 1.1V (jaune). Le circuit se lit de gauche à droite. Il y a ici 2 phases pour le cœur du CPU, c'est très symétrique (ligne bleue). Il y a 2 paires de transistors (en fait un 3ème est caché de l'autre coté de la carte mère mais osef pour la compréhension), l'un est relié à la masse (Ground en vert) et l'autre au +19V du chargeur (ou le 11V si le PC est sur sa batterie) en rouge. En sortie des transistors et de l'inductance la tension n'est plus que de 1V. Ce sont les deux inductances grises qui se font rejoindre les 2 phases en une sortie de 1V unique. On voit (avec les larges pistes) que la tension de 1V va directement au CPU sous le socket blanc en haut à droite.
La tension de 1.1V est destinée au PCH, la piste descend vers le bas. Une seule phase est nécessaire pour lui.
Remarque : bien que les transistors PU4833 et PU4902 ne soient pas dans la même partie d'alimentation ils partagent pour autant la même tension d'arrivée de 19V du chargeur, vous pouvez apercevoir qu'une large piste relie les deux transistors. Ils "pompent" le même 19V d'arrivée. La masse aussi est commune évidemment. Maintenant tout ceci ne devrait plus avoir de secret pour vous.
Allez, deuxième exercice. Maintenant on s'attaque à la génération du 3.3V et du 5V. Et tout ce fait ici :
Oui c'est l'image brute. Voici les explications : tout à gauche il y a une puce carrée, c'est une TI (Texas Instruments) 51123, c'est comme le port salut c'est marqué dessus, il suffit de zoomer pour le lire. C'est lui qui a pour mission de générer les 3.3V et 5V. C'est un contrôleur LDO. Comment on sait tout cela ? C'est simple, en lisant son datasheet :
Très symétrique le schéma n'est-ce pas ?
Avec les tensions c'est mieux (cliquez pour agrandir) :
Concernant les puces flash SPI :
Sur ce schéma on remarque la puce flash SPI destinée au PCH (en haut) est alimentée par sa broche VCC avec le rail +3.3V commuté (3.3V_RUN). Elle n'est alimentée qu'à l'allumage du PC. A contrario, la puce flash de l'EC est alimentée avec le rail +KBC_PWR permament tout comme la puce de l'EC, et ce même si le PC est éteint ou en veille. Comme l'EC surveille tout il est normal qui soit alimenté en permanence et que sa puce flash qui en dépend le soit aussi.
Les outils nécessaires
Compte tenu de la taille des composants très miniaturisés des appareils de notre époque, voici quelques outils absolument nécessaires :
- une station à air chaud (même modeste d'entrée de gamme du genre une 858D)
- des pinces brucelles pour manipuler les composants. N’espérez pas que vos gros doigts apportent la moindre précision
- un microscope électronique, une mantis (si vous avez les moyens)
- les consommables habituels : ruban kapton, flux en pâte (no-clean ou non), soudure étain/plomb 60/40, low-melt solder du genre ChipQuik, etc...
Pour les techniques, vous avez tout sur sur la plateforme de formation n°1 qu'est Youtube.
Les schémas
Il faut savoir que beaucoup de marques de PC portables (HP, Dell, Lenovo...) ne fabriquent pas les cartes mères des PC qu'ils vendent. Surtout sur les machines bas de gamme. Des entreprises chinoises s'en chargent, une petite liste non exhaustive :
- Compal
- Foxconn
- HannStar Board
- TMT
- Wistron Corporation
Depuis plus de 15 ans (environ), ces entreprises chinoises ne se contentent pas (plus) de simplement fabriquer les PCB conçus par les ingénieurs des bureaux américains ou européens de Dell ou HP, elles les conçoivent également de A & Z pour leurs clients. Ceci au même titre que les fabricants de cartes mères usuels des assembleurs : Asus/Asrock, Gigabyte ou encore MSI qui conçoivent tout et fabriquent eux-mêmes. Eux-aussi d'ailleurs vendent des PC portables à leur marque mais en plus fournissent en OEM d'autres fabricants de PC desktops. Donc c'est un gros méli-mélo où tout le monde sait tout faire. Vous trouverez souvent la mention "Designed in Taipei" (ou Taïwan) sur les cartes mères. C'est terminé l'ère du "Designed in USA/Europe. Made in China". Dites-vous bien que depuis que l'électronique est quasiment toute fabriquée là-bas depuis bien longtemps (fin 80) ils sont montés en puissance depuis.
Ou trouver de l'aide ? Ou trouver les schémas ?
Il existe des tas de forums où les réparateurs de PC portables échangent des astuces, des schémas et autres dump de BIOS. Ces forums sont anglais, indiens, russes (plus généralement pays de l'est ex-URSS) ou encore vietnamiens. Certains sont payants et d'autres gratuits. En voici quelques uns :
- https://www.alexlaptoprepair.com
- https://www.badcaps.net/forum/forumdisplay.php?f=23
- https://vinafix.com/
Comme pour les manuels de services des appareils bruns, beaucoup ne sont pas trouvables. Il faudra donc dépanner sans.
Où trouver des pièces détachées ?
Sur des épaves (le bon coin et eBay), sur eBay ou AliExpress.
Les pannes récurrentes
Le chargeur
Avant d'accuser le PC portable comme principal fautif, on contrôle déjà si le chargeur fournit bien la tension nécessaire (lire l'étiquette dessus). Sinon ce n'est pas la peine d'aller plus loin. Les PC portables réclament toujours (sauf quelques exceptions) une tension continue (DC) depuis leur alimentation externe, en général entre 12V et 21V. Avec un multimètre en mode voltmètre on regarde si tout est OK sur le chargeur.
Ce test est toutefois limité car il faudrait vérifier si le chargeur tient bon lorsqu'on lui réclame du courant (une fois relié au PC). Vérifier également si le connecteur n'est pas cassé. Sinon autre chose à vérifier : brancher le chargeur au PC portable puis le déconnecter. Revérifier après si la tension est encore présente sur la fiche du chargeur. S'il n'y a plus rien, cela signifie que le PC portable est en court-circuit et le chargeur s'est mis en protection (sécurité). Il faut déconnecter le chargeur du secteur pendant 1 minute afin de libérer la mise en protection et pouvoir l'utiliser à nouveau.
Le port de charge
Le port est physiquement cassé à un endroit, les contacts ne se font pas bien et le courant ne passe pas entre le chargeur et la carte mère du PC portable. Cela arrive souvent après des années de branchements/débranchements. Les symptômes : selon l'état de la batterie, le PC peut ne pas s'allumer et/ou la recharge de la batterie ne se fait pas. Le système d'exploitation et les BIOS ne détectent jamais que le chargeur est connecté. D'apparence extérieure certaines fois on peut ne rien remarquer et se douter que la tige centrale est cassée. Généralement le porte de charge comporte 2 bornes : une pour le pôle positif (+) et une pour le pôle négatif (-). Une troisième broche peut exister pour un petit signal de données afin que le chargeur s'identifie auprès de la carte mère (verrouillage fabriquant). Il existe deux types de ports.
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Le premier à gauche est le pire à un donner des cauchemars, puisque ce sont ses soudures à la carte mère qui prennent toute la force lors des branchements et débranchements. Les soudures sont souvent la cause. Le deuxième à droite est un connecteur déporté. Son avantage étant de pouvoir être remplacé plus facilement, rien à souder sur la carte mère.
Alors comment savoir si le port de charge ne possède pas une borne de cassée ? Facile, cela ne demande qu'un multimètre en position test de diode (peut se faire aussi en mode test de résistance). Malheureusement certains types de connecteurs ne permettent pas de bien sonder avec le multimètre et ses pointes de touche trop grosses. Le mieux dans ce cas étant d'ouvrir l'appareil, pas le choix. Avec le multimètre en position test de diode on peut prendre la masse sur le blindage de n'importe quel USB, DVI ou VGA de la carte mère. Il suffit ensuite de tester les broches (ou bornes) du port de charge avec l'autre pointe de touche. On trouvera forcément au moins une borne du port de charge qui montrera 0V (court-circuit franc) puisqu'une des 2 bornes du port de charge est la masse. Normal. Puis ensuite on inverse les polarités. Si on trouve toujours aucune continuité (OL) dans les deux sens sur toutes les bornes du port de charge il est probable que le port de charge ne ferme pas le circuit (boucle +/-) et est donc cassé en interne. Si le port n'est pas cassé, on devrait trouver un seuil de 0.6V sur au moins une de ses bornes. Ce simple test permet également de détecter les cartes mères de PC portable en court-circuit et ce sans l'ouvrir. Si sur plusieurs bornes du port de charge (voire toutes) il y a 0V sur le multimètre (court-circuit franc) cela signifie que le + et - se touchent quelque part sur la carte mère du portable.
Exemple pratique avec le 5040 de Dell : le port de charge arrive sur la carte mère via un connecteur 7 fils. 3 sont noirs (moins), 3 sont rouges (plus) et 1 est bleu (data 1wire).
En observant les pattes du connecteur on remarque qu'il mène sur 3 pistes du PCB, deux larges sur les cotés pour le plus et le moins de l'alimentation et une fine au milieu pour les données. Plus il y a de courant à drainer plus les pistes sont larges. L'avantage de cette configuration étant de pouvoir tester rapidement avec un multimètre.
Ici pas de continuité, le courant est bloqué.
Si on inverse on détecte un seuil de 0.63V. RAS ici donc, pas de court-circuit franc sur les +19V de la carte mère.
La forme du connecteur ne permet pas d'insérer les pointes de touche. On peut utiliser une fiche de chargeur universel à la place :
On arrive au même résultat et ce sans avoir à ouvrir le portable.
La pile de la RTC/NVRAM
Ici en photo, c'est une pile bouton CR2032 installée dans un socket. Mais elle peut aussi être soudée ou à l'extrémité d'un connecteur. Certains appareils ne démarrent pas si sa tension n'est pas suffisante. Dans le cas du Dell 15 N5040, l'ordinateur n'arrête pas d'émettre 5 bips en continu même si cela n'empêche pas de fonctionner normalement. Sa tension peut-être vérifiée sur place avec un voltmètre. Les tolérances varient selon les châssis, je dirais qu'en dessus de 2.5V il devient nécessaire de la remplacer (empirique). Il est parfois nécessaire de la retirer (pendant disons 1 minute + court-circuit) pour faire perdre certains réglages de la NVRAM pour repartir sur les réglages par défaut. Ceci permet dans certains cas de faire redémarrer le portable.
Les nappes flexibles
Vous allez peut-être rire mais des fois un problème ne tient à pas grand chose : il suffit simplement de débrancher une nappe et de la reconnecter pour que ça refonctionne. Il y a juste besoin de rétablir une bonne connexion et c'est tout. Un petit coup de bombe contact au passage ne fera pas de mal.
Le bouton Power inopérant
L'ordinateur ne veut pas s'allumer ? C'est peut-être de sa faute. L'interrupteur dessous est cassé et ne fonctionne plus. En appuyant dessus il ne ferme pas le circuit pour enclencher le démarrage.
Dans ce cas repérer où va sa nappe (PWBTN c'est assez limpide) et fermer les contacts manuellement avec une pince métallique.
On peut aussi utiliser le multimètre afin de détecter la tension de 3.3V. Si la tension de 3.3V est manquante il y un problème avec le contrôleur embarqué (MEC).
Les fusibles grillés
Il faut tester leur continuité. Si un fusible est coupé, il faut essayer de déterminer à quoi il sert. Il existe souvent un fusible général sur le rail d'alimentation provenant du chargeur 19V, on en trouve aussi sur la partie alimentation coté batterie ou encore pour protéger les ports USB. Seulement un fusible ne fond pas tout seul comme ça par hasard, c'est souvent la conséquence d'un court-circuit. Et il y a deux cas possibles : soit le problème est permanent (persistant) et dans ce cas il faudra résoudre le problème et non pas juste se contenter de remplacer le fusible. Car le nouveau fusible installé claquera instantanément comme l'ancien. Soit le problème était fugitif, par exemple l'utilisation d'un mauvais chargeur par l'ancien propriétaire, et dans ce cas le fusible a joué son rôle et on peut le remplacer sans crainte. Ne jamais ponter un fusible avec un morceau de fil "classique". Si on ne souhaite pas retirer l'ancien fusible (trop compliqué), on peut le ponter mais uniquement avec du fil fusible prévu à cet effet (très fin). Il existe aussi des résistances (de 0 ou 1 ohm) notées R5410 et PR4516 ici :
Certaines peuvent être des résistances fusibles (réarmables) et d'autres peuvent servir pour évaluer le passage d'un courant (pour un circuit de charge par exemple) dites de shunt (conversion courant -> tension). Il convient de les tester toutes dans le doute quelque soit leur utilité.
Le Super IO planté
Sur les PC portables cette puce fait souvent également office d'EC (Embedded Controller) également appelé MEC (Mobile Embedded Controller) ou encore KBC (KeyBoard Controller). Elle ne sert pas juste pour les périphériques lents. Son rôle est au contraire bien plus majeur : c'est elle qui embarque tout le sous-système d'allumage, de reset, de la gestion des ventilateurs, de la charge de la batterie etc... La liste de ses attributions est disponible ici. Si le PC portable refuse de s'allumer alors que ses 3.3V lui arrive sur ses broches d'alimentation, c'est que soit il est défectueux, ou soit il est simplement planté. Et il ne réagit donc pas aux stimulus externes comme par exemple un appui sur le bouton "Power". Dans ce cas en anglais on dit qu'il est "frozen". Cette puce possède son propre microprocesseur intégré (souvent ARM) autonome du CPU Intel/AMD et exécute son propre code. La solution : lui couper toute source d'alimentation (tension). Ceci afin de lui faire un petit reset électrique. Il faut donc retirer le chargeur, la pile de sauvegarde NVRAM, la batterie amovible et la batterie interne (s'il y en a une). Attendre 2 minutes le temps que tous les condensateurs se vident et reconnecter. Et hop ça repart. Vérifier également que le quartz de 32Khz a proximité oscille bien, sinon il se peut que l'EC reste inerte (certains ont un quartz intégré). Quelques marques connues : ENE, Nuvoton, ITE, SMSC, Microchip.
La batterie
Généralement une batterie HS n'empêche pas le démarrage d'un PC portable. Les batteries (comme leur nom l'indique) embarquent plusieurs accumulateurs appelés "cellules" qui sont souvent des 18650 assemblés entre eux (les cylindres rouges dans la photo suivante). Les batteries c'est souvent un problème indémerdable selon moi. La plupart du temps la batterie ne se recharge pas, elle est "morte". L'ordinateur refuse de le faire. Il peut s'agir d'un problème du circuit de charge sur la carte mère du PC portable mais souvent c'est tout simplement la batterie qui se déclare impropre a être rechargée. Depuis l'usage des Ni-Mh (puis des Li-Ion ensuite) les batteries embarquent un petit circuit à l'intérieur, un BMS (Battery Management System), toujours alimenté en interne en permanence par les cellules. Même non reliée au PC portable, la batterie, avec son circuit de contrôle/gestion intégré vit sa vie de manière autonome. Exemple de BMS d'une de mes batteries d'IBM Thinkpad :
Ce sont des batteries "smart" (protocole i2c souvent). Historiquement c'était pour mettre en place des protections et avoir le suivi de la batterie pour l'OS et le BIOS. En effet les accus Ni-Mh et Li-Ion réclament des méthodes de charge spécifiques sinon cela peut-être dangereux. La batterie est donc communicante avec l'EC et surveille la tension, le courant, la température et la résistance des accumulateurs qui la compose. En cas de défaillance quelconque, surchauffe, surtension, surintensité, décharge profonde d'au moins une cellule : le circuit de gestion surveille que la batterie ne soit pas mal utilisée ou quelle soit dans un état encore valable pour être chargée. Selon comment il est implémenté, il peut prendre la décision de couper la charge et d'indiquer ce qui ne va pas. Cela est simplifié à l'utilisateur par le message : "Veuillez remplacer la batterie". Ce qui est très vague.
Ce qu'il faut comprendre c'est que le contrôleur de la batterie est souvent programmable et chaque marque peut faire ce qu'elle veut et y mettre le code qu'elle veut. Je vous vois venir : "quand une batterie est morte, il suffit de remplacer les cellules fatiguées par des neuves et voilà la batterie repart !" Et bien dans beaucoup de cas non cela ne suffit pas, pourquoi ? Le contrôleur aura conservé en mémoire (un petit bit qui fait office de flag dans une EEPROM) l'information que les accus ont été défectueux à un moment dans le passé et que la batterie s'est mise HS. Il est souvent appelé le "PF Flag" (Permanent Fault). Même si vous mettez des beaux accus 18650 haut de gamme tout neuf dedans, le contrôleur refuse de se réarmer et de repartir comme avant (blocage logiciel). Il faut dans ce cas procéder à une reprogrammation logicielle pour effacer le défaut ou effectuer un "jump start" = suivre une petite procédure maison pour le remettre à zéro que souvent seul le constructeur connait. Autre chose : le fabricant de la batterie peut aussi implémenter un compteur logiciel qui déclare la batterie HS (à remplacer) au bout d'un certain nombre de cycles prédéfini et ce même si les accus sont encore en bonne santé. Même en ayant remis des accus neufs le compteur n'est pas remis en zéro, idem blocage logiciel.
Vous voulez encore pire ? Très bien ! Imaginez que votre batterie soit HS, vous remplacez les accus et faites repartir la batterie avec une méthode de jump start ou vous faites sauter l'information qui va bien dans l'EEPROM. Sauf que le PC refuse toujours de l'utiliser et persiste à dire qu'il faille la remplacer. Comment cela est possible ? Tout simplement via le numéro de série unique de la batterie.
Comme la batterie est communicante, la batterie identifiée n°12345 s'est déclarée défaillante à une époque dans le PC, cette information est sauvegardée par le sous-système de gestion de charge (le MEC) dans le PC (dans la NVRAM, une Flash, ou autre) et elle se retrouve blacklistée. En effet, les constructeurs remplacent systématiquement les batteries, ils ne les réparent pas. Pour le logiciel il est donc anormal qu'une batterie qui s'est déclarée défectueuse par le passé refonctionne maintenant. Il faudra donc reprogrammer le numéro de série de la batterie pour que le PC l'accepte de nouveau. Elle est pas belle la vie hein ?
Beaucoup de youtubeurs spécialisés conseillent de se tourner vers les batteries chinoises (AliExpress) qui n'ont pas ces blocages divers et variés. C'est pour cela que beaucoup procèdent à du "harvesting" sur les batteries de PC portables. Il ne cherchent pas à les réparer et les remettre en service. Seulement là aussi il y a deux bémols : en premier les batteries chinoises sont souvent low-cost et incluent des 18650 bas de gamme, l'autonomie et la durée de vie sont souvent limitées. En second elles sont mal implémentées. Le problème vient encore une fois du protocole de communication entre la puce de charge, le MEC et l'électronique contenue dans la batterie. Les constructeurs font tout pour avoir un marché captif et que vous achetiez des batteries originales plus chères. Résultat, cela m'est arrivé d'avoir entre les mains des batteries "100% compatibles" mais qui n'étaient pas "reconnues" par le PC ou la charge se bloquait à tant de %, ou que le niveau n'est pas disponible ou batterie non identifiable. Bref ce n'est pas évident.
Les puces de BIOS
De nos jours on devrait plus parler de firmware (terme plus générique). Depuis l'UEFI, le BIOS n'est qu'une partie des logiciels que contient cette puce. Sur la photo vous avez deux puces. La plus grosse à gauche a une capacité de 4Mo elle sert pour le PCH. Cette de droite, plus petite (256Ko), est celle dédiée au contrôleur embarqué (EC, MEC, KBC, Super IO). Il arrive que leur cellules se dégradent avec le temps et qu'elles ne retiennent plus bien les données programmées dedans. Ou alors suite à un bad flash. Il faut la reprogrammer, voire la remplacer. Il faudra trouver le bon dump associé au PC portable sur le web pour flasher la puce vierge achetée. Sinon on peut acheter aussi une puce préprogrammée sur eBay. Station à air chaud indispensable pour la retirer et la replacer.
C'est presque trop facile en fait, car tout est séparé, le PCH a sa propre puce pour le BIOS (32Mbits) et l'EC a également la sienne (2Mbits). Ici le portable étudié est de 2011 et depuis 8 ans du chemin a été fait de ce coté. Certains appareils ont une puce partagée (shared). C'est à dire qu'il a qu'une seule puce flash commune aux 2 composants. De plus de nos jours, beaucoup d'EC n'ont plus leur puce Flash externe SPI comme ici, elle est intégrée. Par souci de miniaturisation et également pour emmerder le monde avec des outils propriétaires plus compliqués je suppose. Il faut donc passer par un programmateur lourd de type SVOD3 ou un RT809H. Comptez 200 euros environ le kit complet comprenant les nappes flexibles blanches. Oui car c'est la nappe du clavier (à débrancher) qui sert d'interface de programmation ICP/ICSP. En fait ces EC sont en réalité sous-estimés à l'heure actuelle, prenez le cas du MEC1322 :
Citation :
The MEC1322 incorporates a high-performance 32-bit ARM ® Cortex-M4 embedded microcontroller with 128 Kilobytes of SRAM and 32 Kilobytes of Boot ROM. It communicates with the system host using the Intel ® Low Pin Count (LPC) bus. The MEC1322 has two SPI memory interfaces that allow the EC to read its code from external SPI flash memory: private SPI and/or shared SPI. The Shared SPI interface allows for EC code to be stored in a shared SPI chip along with the system BIOS. The pri- vate SPI memory interface provides for a dedicated SPI flash that is only accessible by the EC. The MEC1322 provides support for loading EC code from the private or shared SPI flash device on a VCC1 power-on. Before executing the EC code loaded from a SPI Flash Device, the MEC1322 validates the EC code using a digital signature encoded according to PKCS #1. The signature uses RSA-2048 encryption and SHA-256 hashing. This provides automated detection of invalid EC code that may be a result of malicious or accidental corruption. It occurs before each boot of the host processor, thereby en suring a HW based root of trust not easily thwarted via physical replacement attack.
En gros l'EC embarque déjà 32Ko internes de Boot ROM, il peut se connecter à deux puces flash SPI externes, une privée et l'autre qui peut être partagée avec le BIOS, le tout peut être chiffré et signé via des certificats pour garantir la chaîne de confiance (UEFI / Secure Boot).
Les diodes TVS
Peuvent se mettre en court-circuit si elles ont cramé. Utiliser le multimètre pour les tester. Ici une P6SBMJ27A (27V / 11.2A).
Les condensateurs céramiques
Des vrais cochons ! Ces condensateurs céramiques dits MLCC (Multi-Layer Ceramic Capacitor) sont des condensateurs de découplage, ils servent à atténuer les bruits de commutation et plus généralement les parasites haute fréquence afin que les circuits-intégrés travaillent avec des signaux propres et des tensions d'alimentation stables. Un d'entre eux est souvent responsable lorsque la carte mère est en court-circuit franc. Il faut alors utiliser une alimentation de laboratoire et faire passer quelques ampères depuis le port de charge (+19V) afin de trouver celui qui chauffe anormalement par rapport à tous ses petits copains qui peuplent la carte mère. Il faut soit y aller au toucher, ou avec la caméra thermique, ou avec la bombe à froid ou tout autre liquide qui réagit à la chaleur pour le faire sortir du lot. Le dessouder ôtera le court-circuit. Il faudrait normalement les remplacer s'ils sont défectueux. Mais c'est souvent difficile de connaitre leur valeur. Souvent le PC portable peut se passer de quelques uns, et ça peut fonctionner sans.
Les condensateurs (électrolytiques et tantales)
Ils sont rarement fautifs même si ça peut arriver. Si les tantales (en noir à gauche ici) ont pu avoir une super mauvaise réputation à une époque ce n'est plus vraiment le cas (sauf cas particuliers pour certains appareils par exemple les NEC/TOKIN montés sur PS3 et certains laptops notamment Acer/Toshiba). Idem pour les électrolytiques (à droite).
Les puces
Il ne faut pas se laisser abattre par la complexité d'une carte mère, dites-vous bien que chaque puce a une (ou plusieurs) utilité et joue tel rôle dans le système. Munissez-vous d'une loupe et de Google (oops) à proximité. Il vous suffit de relever les références inscrites sur chaque puce et de faire une recherche sur le net pour trouver son datasheet afin de savoir à quoi elle sert dans le schmilblick.
Les alimentations
Jusque là c'était du petit lait hein. Maintenant on va parler sérieusement. Alors il va falloir s'accrocher.
Les puces sur une carte mère fonctionnent avec des tensions différentes. Le core d'un CPU réclame 1V, l'EC veut 3.3V, l'USB est en 5V, la RAM DDR3 en 1.5V ou 1.35V pour la DDR3L, 12V pour charger la batterie, etc... Or toutes ces diverses tensions doivent être fabriquées à partir de la même origine : à savoir les 19V fournis par l'unique chargeur. Par conséquent, de nombreux composants sur la carte mère forment des mini-circuits qui sont des petites alimentations miniatures, des zones à part entière dans le but de justement convertir cette tension de 19V vers une tension inférieure que réclame telle puce ou telle fonction sur la carte mère. On appelle ces circuits des "convertisseurs DC-DC step-down". Parce ce qu'on abaisse une tension continue vers une autre tension continue moindre. Il est facile de les repérer sur les cartes mères, ces convertisseurs sont souvent de type Buck ou des régulateurs linéaires de type LDO.
Voici une image de la carte mère du Inspiron N5040, ici on aperçoit 3 circuits convertisseurs distincts qui donnent chacun une tension ayant une utilité (cliquez pour agrandir).
Chaque circuit est repérable grâce à leur grosse inductance carrée plate et grise (nommées PLxxxx). Voici ce que l'on trouve en sortie de chaque inductance :
- Tout en haut, on a du 1.5V. Cette tension sert à alimenter les barrettes de RAM DDR3.
- Sur la gauche, on a du 1.1V. Cette tension sert à alimenter le GPU intégré au processeur.
- En bas, on a du 1.8V. Cette tension sert au rail "+1.8V_RUN" pour le CPU et PCH - signal VCCPLL (Power rail for filters and PLLs)
Vous remarquerez que les ingénieurs font en sorte de placer ces circuits d'alimentation a proximité quasi immédiate des composants qu'ils alimentent. Voici le schéma-bloc de la carte mère. Sur la droite vous trouverez le tableau des convertisseurs DC-DC. Avec pour chacun d'entre eux sur quel rail il tire (entrée) et quel rail il constitue (sortie). Cliquez pour agrandir. On note au passage que le circuit imprimé est composé de 6 couches.
On peut résumer le tout sous forme d'arborescence afin de mieux cerner les dépendances (un circuit d'alimentation dépend toujours d'un autre) :
Avant d'aller plus loin, je vous conseille CHAUDEMENT de visiter les deux liens ci-dessous qui vous expliquent comment fonctionne la partie VRM (= circuit d'alimentation du processeur) sur une carte mère. Dès qu'il y a un SoC ou un CPU ou un GPU, il y a un VRM quelque part. Oui c'est en anglais, mais pas le choix, c'est bien expliqué. C'est la même chose que ce soit sur une PC de bureau ou portable.
- Mise en bouche pratique : Everything You Need to Know About The Motherboard Voltage Regulator Circuit
- Méthode hard : Voltage Regulator Module (VRM) - WikiChip
Les MOSFETs
Le terme MOSFET est normalement un type de transistor et l'acronyme d'une technologie. Dans la pratique on nomme mosfet un transistor ultra rapide et puissant qui joue le rôle d'interrupteur dans un circuit DC-DC comme par exemple un circuit VRM. Sur la photo ils sont de couleur noire estampillés K03B9 ou K03D4. Ils ont 3 électrodes : gate, drain et source. Sans eux pas de VRM. Les MOSFETs sont activés (pilotés) par des drivers qui eux mêmes sont activés par un contrôleur PWM.
Depuis plusieurs années déjà les drivers peuvent être embarqués avec les MOSFETs dans un seul package pour former un composant unique : les DrMOS.
Les phases
Chaque phase constitue un morceau du circuit VRM et comporte des transistors MOSFET qui sont activés séquentiellement par le contrôleur PWM. Chaque phase est constituée :
- d'une partie driver
- de 2 ou 3 MOSFETs (High & Low, peuvent être doublés : cas des phases virtuelles - Virtual Phases)
- d'une inductance
- de condensateurs de découplage
- de condensateurs de réserve d'énergie
- d'un circuit de feedback
Sur l'image suivante (cliquez pour agrandir), deux tensions distinctes sont produites, une de 1V (violet) et une autre de 1.1V (jaune). Le circuit se lit de gauche à droite. Il y a ici 2 phases pour le cœur du CPU, c'est très symétrique (ligne bleue). Il y a 2 paires de transistors (en fait un 3ème est caché de l'autre coté de la carte mère mais osef pour la compréhension), l'un est relié à la masse (Ground en vert) et l'autre au +19V du chargeur (ou le 11V si le PC est sur sa batterie) en rouge. En sortie des transistors et de l'inductance la tension n'est plus que de 1V. Ce sont les deux inductances grises qui se font rejoindre les 2 phases en une sortie de 1V unique. On voit (avec les larges pistes) que la tension de 1V va directement au CPU sous le socket blanc en haut à droite.
La tension de 1.1V est destinée au PCH, la piste descend vers le bas. Une seule phase est nécessaire pour lui.
Remarque : bien que les transistors PU4833 et PU4902 ne soient pas dans la même partie d'alimentation ils partagent pour autant la même tension d'arrivée de 19V du chargeur, vous pouvez apercevoir qu'une large piste relie les deux transistors. Ils "pompent" le même 19V d'arrivée. La masse aussi est commune évidemment. Maintenant tout ceci ne devrait plus avoir de secret pour vous.
Allez, deuxième exercice. Maintenant on s'attaque à la génération du 3.3V et du 5V. Et tout ce fait ici :
Oui c'est l'image brute. Voici les explications : tout à gauche il y a une puce carrée, c'est une TI (Texas Instruments) 51123, c'est comme le port salut c'est marqué dessus, il suffit de zoomer pour le lire. C'est lui qui a pour mission de générer les 3.3V et 5V. C'est un contrôleur LDO. Comment on sait tout cela ? C'est simple, en lisant son datasheet :
Très symétrique le schéma n'est-ce pas ?
- à gauche : production du 3.3V en sortie finale VO2
- à droite : production du 5V en sortie finale VO1
- de chaque coté une tension VIN (comprise entre 5.5 et 28V) arrive, cela tombe bien puisque la batterie est en 11V et le chargeur en 19V. Cette tension passe à travers deux MOSFETs qui sont pilotés par la puce via des broches DRVxx.
Avec les tensions c'est mieux (cliquez pour agrandir) :
- Dans la zone rouge à droite se situe le contrôleur avec toute sa batterie de composants passifs + quelques transistors.
- Dans la zone bleue les 4 transistors MOSFETs TPC8061 et TPC8065 qui commutent.
- Dans la zone jaune on retrouve les alimentations permanentes (ALW pour ALWAYS). Les 3.3V et 5V sont en fonction même si le PC est éteint, du moment que la batterie ou le chargeur soit connecté.
- Dans la zone violette ce sont les alimentions dites "RUN". Elles ne sont présentes que lorsque le PC est allumé (en running quoi). D'où la présence des 2 MOSFETs AO4468 finaux à droite qui laissent passer ou pas les tensions 3.3V et 5V depuis la partie permanente. Vous voyez que leur sorties se dirigent tout droit vers les broches d'alimentation du port SATA. Et oui il faut bien couper l'alimentation du port SATA quand on éteint l'ordinateur.
Concernant les puces flash SPI :
Sur ce schéma on remarque la puce flash SPI destinée au PCH (en haut) est alimentée par sa broche VCC avec le rail +3.3V commuté (3.3V_RUN). Elle n'est alimentée qu'à l'allumage du PC. A contrario, la puce flash de l'EC est alimentée avec le rail +KBC_PWR permament tout comme la puce de l'EC, et ce même si le PC est éteint ou en veille. Comme l'EC surveille tout il est normal qui soit alimenté en permanence et que sa puce flash qui en dépend le soit aussi.