Разбираем схемотехнику Macbook Pro 15'' ч.1 / Habr

Регулярно в процессе разработки электроники возникают вопросы: "А как правильно? А так можно? Будет ли это работать?". В связи с этим предлагаю посмотреть: а как же проектируют свои устройства передовые технологические компании? Где они ошибаются, а что делают превосходно.

Macbook Pro 15'' на Intel i7

Компания Apple довольно популярна, у многих вызывает доверие ее продукты. Поэтому сегодня разберем схему материнской платы Macbook Pro 15'' на Intel i7. Схема 2017 года, понятно что на текущий момент есть более передовые решения, однако интересно посмотреть на подход Apple, поучиться полезным приемам и немного покритиковать).

Macbook Pro 15'' 2018 с открытой крышкой

Материнская плата Macbook Pro 15''

Разбирать мы будем именно материнскую плату, поскольку 90% электроники сосредоточенно именно там. У макбуков есть огромное количество конфигураций, отличаются они диагональю экрана, процессорами, количеством памяти, дополнительным функциями по типу touchbar. Поискав в интернете нашел плату, которая максимально соответствует схеме:

Материнская плата Macbook на базе intel i7

Как видно, плата довольно плотная, уверен перед разработчиками стояла задача оптимизации занимаемого пространства. Большинство компонентов BGA, нет ни одного компонента со сквозными выводам, даже корпусов SOP не видно.

Принципиальная схема материнской платы

Ну что же, самое время перейти к схеме, разобрать ее полностью за один раз тяжело, поэтому я разобью эту задачу на несколько частей. Начнем мы, конечно же, с самой важной и любимой мною части - аналоговых страницы. Разберем источники питания, силовые ключи, систему измерения, аудио.

В схеме 131 страниц, около 10 служебных страниц, итого 120 страниц чистых схем. Я выделил красным те страницы, которые я буду разбирать сегодня. Идти буду не по порядку, а исходя из логики работы платы.

Схему можно найти в интернете по запросу в Google:
Apple X1190 820–01041 051-02643) r4.0.0 ali.

Разбирать я планирую на более менее продвинутом уровне, т.е. без разъяснений, что именно такое импульсный источник питания, линейный регулятор, цепи компенсации, обратная связь и т.д. Буду выделять в основном интересные моменты, неочевидные нюансы или хорошие решения.

Источники питания

73_Power - 5V 3.3V Supply

Начнем мы со страницы 73, которую рисовал некий Silu (видно по оглавлению). На этой странице формируются системные питания 5В и 3.3В.

Для формирования этих питаний используется двухфазный PWM контроллер с драйвером от TI - TPS51980A. Спецификацию на конкретно этот контролер я не нашел, однако у TI есть контроллер практически 1 в 1 - TPS51220A.

В качестве ключей используются так называемые power block, стойка ключей, оптимизированные под работу в понижающих преобразователях. В схеме используется CSD58779Q3D, на который также нет документации, но он практически аналогичен CSD86356Q5D. Нижний ключ оптимизирован под большой ток, но имеет большую входную емкость. Верхний - оптимизирован под быстрое переключение, но имеет большее сопротивление канала.

Погрузимся в подробности работы контроллера на примере питания 3.3В. Заметим, что у контроллера есть два режима работы: обратная связь по напряжению с запатентованной модуляцией D-CAP от TI или управление по току. Конечно, предпочтительной будет обратная связь по току, поскольку она гораздо быстрее реагирует на изменения выходной нагрузки, что важно при резких скачках потребления. Из классических решений - демпферный резистор в затворе верхнего ключа, он несколько увеличивает потери, но, видимо, Силу посчитал, что снижение излучаемых помех в данном случае важнее. Еще бы я отметил хорошее решение с резистивным делителем R7692, R7693, это сделано для того, чтобы уложиться в границы измерения внутреннего усилителя внутри PWM контроллера без добавления внешнего шунта. Однако тут есть один нюанс, в такие моменты важно соблюдать постоянную времени. В схеме значения постоянных:

$\frac{L7660}{Rdcr} << (R7693||R7692)*C7693$

Это значит, что при переходном процессе переменная составляющая тока будет ослаблена, что может привести к случайному срабатыванию порога OCP.

Домен 3.3 со страницы Power - 5V 3.3V Supply

С доменом 5В все то же самое, никаких новых откровений, поэтому переходим к следующей странице.

67_VR 3.3V G3H & Battery Conn

На этой странице особо ничего интересного - двухфазный BGA источник со встроенными ключами для формирования 3.3В в состоянии G3. На входе совсем маленькие полимерные танталы в корпусе B3(3.5x2.8мм). В обратной связи источника - дополнительный резистор для регулировки выходного напряжения.

Источник питания на странице VR 3.3V G3H & Battery Conn — Источник питания со страницы VR 3.3V G3H & Battery Conn

75_PMIC BUCKS AND SWs

С 75 страницы у нас начинается PMIC - большая BGA микросхема с кучей встроенных импульсных ключей, LDO, аналоговых измерителей напряжения, тока, цифровыми интерфейсами. К сожалению, документации на нее я не нашел, но функции у подобных микросхем одинаковые: формирование напряжений и мониторинг питаний. Посмотрим поближе на область, выделенную черным прямоугольником:

Для питания доменов процессора требуется довольно много тока, разработчики применили тут довольное интересное решение. К внутренним ключам PMIC подключены 4 катушки разного номинала, размера и с разным током насыщения. Догадываюсь, что таким образом, разработчики решают несколько проблем:

Унифицируют позиции в схеме;
Распределяют нагрузку на ключи в PMIC;
Снижают выходные пульсации за счет задействования дополнительных фаз;
Добавляют возможность управление режимами работы PMIC (микросхема может отключать/включать нужные фазы в моменты роста или падения потребления).

Замечу, что все катушки довольно маленькие по габаритам. Гораздо проще разместить несколько маленьких катушек, чем одну большую.

76_PMIC LDOs

На этой странице также ничего интересного: LDO от PMICa и некоторые цифровые выводы. Единственное, позабавил очень маленький ключик с регулированием времени нарастания - U7901.

77_PMIC GPIOs & Control

Страница с аналоговой частью PMIC и интерфейсом управления. Догадываюсь, что выводы с припиской AMUX_* приходят на аналоговый мультиплексор, который последовательно подключает цепи напряжений и токов к АЦП внутри чипа. Отдельный кварцевый резонатор для PMIC предназначен для внутреннего RTC. Предполагаю, что чип разработан на заказ исключительно для Apple, слишком уж идеально распиновка ложится на существующие сигналы.

78_VR VCCIO

Переходим к отдельным источникам питания для низковольтных доменов. U8110 - очередной PWM контроллер (теперь от Renesas) со встроенным драйвером и измерительными цепями. В роли power block уже другое наименование от TI, возможно более оптимизированный под бОльшую частоту и меньший период заполнения. Если в случае 3.3В ток измерялся на DCR силового индуктора, (я тоже всегда стараюсь так делать) тут Силу почему то сделал по другому. Из схемы видно, что DCR L8102 составляет 7.2мОм, сопротивление шунта 2мОм, соответственно возможно было поставить делитель на измерение тока по аналогии с питанием 3.3В. Кто то может возразить, что DCR индуктора наверняка будет гулять в диапазоне 20%, но уверяю вас - это не так критично, поскольку можно рассчитать делитель под самых худший случай. Единственное на что повлияют эти 20% - это срабатывание защиты по току, но 20% в рамках OCP приемлемая цифра.

На выводе SW стоят демпферы, не утверждаю что они бесполезные, но интересно посмотреть отчеты, форму сигнала с ними и без них.

Оранжевым выделил дополнительные резисторы в цепи затворов, суммарно получается 3.3Ома. Опять таки не буду утверждать, но для нижнего ключа с учетом достаточного низкого DC (0.95В/12В) должны быть довольно резкие фронты, чтобы снизить потери, что критично для таких устройств как ноутбуки. Возможно, у нижнего транзистора очень маленькая входная емкость, нужно смотреть результаты валидации.

PWM контроллер с ключами на листе VR VCCIO — PWM контроллер с ключами со страницы VR VCCIO

Можно заметить, что на положительной и отрицательной цепях sense присутствуют делители, даже несмотря на то, что отрицательная, по сути, является землей процессора (и всей платы). Хорошее решение, поскольку важна именно разница потенциалов, а не абсолютные значения, а земля у процессора может быть на пару десятков мВ выше земли контроллера.

Ниже видим цепь управления EN контроллера R8158, C8190 небольшой RC фильтр с частотой среза ~120кГц. Далее идет С8192, который также замедляет срабатывание сигнала. Не до конца ясна роль С8192 в таким случае. Возможно, чтобы задать некий гистерезис (напишите, если знаете зачем).

PWM контроллер и цифровая логика на листе VR VCCIO — PWM контроллер и цифровая логика со страницы VR VCCIO

69_IMVP IC

Вот мы и подошли к самым нагруженным доменам CPU. Архитектура таких доменов обычно складывается из 3х частей:

Продвинутый PWM контроллер с несколькими каналами, датчиками тока, напряжения, мощности, температуры и цифровым интерфейсом;
Умные ключи, они похожи на power block, которые мы встречали выше, однако, в них встроен драйвер и некоторые измерительные цепи. Обычно их называют DrMos или SPS;
Цепи измерителей тока, напряжения, мощности. Поскольку у PWM контроллера обычно ограничено количество масштабирующих коэффициентов (из мВ в А), приходится приводить измеренные токи к этим значениям. Для этого могут использоваться как обычные делители, так и ОУ.

На данной странице расположен PWM контроллер и некоторые масштабирующие цепи с фильтрами. Посмотрим подробнее на контроллер: он принадлежит к семейству VR12, это можно видеть по характерным выводам PROG1-PROG5. У контроллера есть функция измерения общей мощности (PSYS), сигнал уведомления процессора о том, что ключи слишком горячие и пора бы снижать потребление (VR_HOT*). В качестве управления используется проприетарный протокол от Intel похожий на I2C.

У контроллера есть 3 канала ШИМа: A, B, C. Канал А рассчитан на 3 фазы, канал В - на 2, канал С - на 1. К каждому каналу прилагается измерение тока отдельной фазы, общего тока на канал, напряжения, температуры. Также для каждого канала доступна индивидуальная компенсация с помощью выводов COMP.

Документации на представленную микросхему я на нашел, но ISL95831 не сильно отличается. Посмотрим на его начинку. За исключением внутренних драйверов, никаких отличий у этих микросхем практически нет.

FB, RTN - Используется для удаленного измерения напряжения прям с пинов процессора;
COMP - Компенсация и подстройка преобразователи под ваши нужды;
ISUMP, ISUMN - цепь измерения суммарного тока на весь канал;
ISENx - Индивидуальные измерение тока с каждой фазы;
VSEN - Измерение напряжения (какого именно - на усмотрение разработчика);
PWMx - Сигнал ШИМ для силовых фаз;
NTC - Удаленное измерение температуры, для этого необходимо установить NTC определенного номинала у ключей.

70_IMVP VCC Block

На этой странице у нас 3 фазы с общим током 128А. Опять присутствуют снабберы, но в данном случае не установлены на плате. Цепи CPUCORE_ISNSx_P/N отвечают за измерение тока на каждой фазе, далее они суммируются на ОУ (на другой странице) и идут к PMIC на странице 77.

CPUCORE_ISUMN/P отвечают за суммарный ток на всех 3 фазах и суммируются в равных пропорциях по аналогии с диаграммой из даташита:

Также в U7210, U7220, U7230 доступно включение режима FCCM, в этом режиме снижаются выходные пульсации, но повышаются потери в ключах, об этом расскажу чуть позже.

Синем я выделил не до конца понятное мне решение, цепи измерения тока первой фазы подключены через 400кОм в цепи измерения тока фаз 2, 3 и наоборот (на 2 фазу подключены 1, 3 итд). Возможно, это сделано для того, чтобы дополнительно сбалансировать нагрузку между фазами, либо устранить ошибку измерения.

Я не стал напоминать про возможность измерения тока на DCR индуктора, поскольку тут уже ограничения тока +20% могут быть критичными ввиду того, что в PWM контроллере есть четкие требования по максимальному потреблению.

71_IMVP SA Block

Еще одна фаза (От Vishay). Функционал 1 в 1, но меньший ток. Также присутствует режим ZCD/FCCM. В режиме FCCM на малых нагрузках ток в индукторе может опускаться ниже 0. Поскольку источник работает в синхронном режиме, весь отрицательный ток выделяется в тепло на нижнем ключе, снижая эффективность. В режиме же ZCD источник эмулирует работу диода. Таким образом, как только ток пересекает 0, драйвер отключает нижний ключ повышая КПД системы.

72_IMVP GT Block

Ничего нового, такие же фазы, как и на странице 71, единственное отличие - меньшая индуктивность за счет двух фаз.

74_VR 2.5V & 1.2V/VTT

На этой странице расположились источники питания для DDR4. U7700 очередной маленький источник со встроенными ключами от TI. Из интересного можно отметить его функцию повышения выходного напряжения на 5%(которой не воспользовались) для компенсации падения на шине питания.

U7701 - PWM контроллер со встроенным LDO для питания терминации DDR (VTT). Внутренний модулятор работает в режиме D-CAP. Это значит, что источник управляется по напряжению, что увеличивает время отклика цепей управления. Помимо этого, режим D-CAP требует относительно высокий ESR.

Цепи измерение тока источников идут в дифференциальный усилитель (на другой странице). Еще тут можно отметить интересные 3х выводные конденсаторы. Скоро к ним вернемся

87_SSD0 PMIC & VR

Переходим к питанию периферии, на очереди у нас SSD. U9000 - очередной PMIC, опять видим решение с дросселями разного номинала. Кроме того, в PMIC встроена разрядная цепь, что довольно полезно, особенно учитывая, что разрядные резисторы не ставят в портативных устройствах.

U9080 - импульсный двухфазный BGA источник от TI. Внутри микросхемы уже присутствует внутренняя компенсация, и она стабильная с выходной емкостью, которая присутствует на схеме. Однако в Apple решили добавить ускоряющий конденсатор C9085, который вступает в дело на частоте ~15кГц. Возможно, это уже протестированное решение, если же нет, такой конденсатор может привести к неравномерности передаточной характеристики системы управления.

92_SSD1 PMIC & VR

Аналогична предыдущей странице, но для питания SSD1

101_VR GPU Core

Тут у нас питание ядра GPU, максимальный ток до 64А. Под это дело, конечно, потребовался новый PWM контроллер. PWM контроллер по структуре практически 1 в 1 с тем, что был на странице 69. Главные отличия - количество каналов, два встроенных драйвера и управление выходным напряжением через выводы SVC, SVD, SVT. Power block тоже новый, от IRF. Максимальный рабочий ток для каждого - 60А. Ток фаз измеряется и суммируется по аналогии со страницей 70. Сигналы управления 3-ей фазой, которой не хватило драйвера, уходят на страницу 98.

Две фазы питания ядра GPU со страницы VR GPU Core

98_VR 1.05V GPU & 1.35V FB

На этой странице у нас питание памяти для GPU. И опять новые PWM контроллеры и power block от Vishay. У PWM контроллера очень удобный способ установки защиты по превышению тока. Для этого используется источник тока в 8.5мкА и сопротивление RA315. Выходное напряжение выставляется цифровым способом, для этого используются выводы SET0/1, VID0/1 (подробнее об этом позже).

Питание PP1V5R1V35_S0_GPU_MEM на странице VR 1.05V GPU & 1.35V FB — Питание PP1V5R1V35_S0_GPU_MEM со страницы VR 1.05V GPU & 1.35V FB

Также на этой странице расположена оставшаяся 3-я фаза питания ядра GPU. Для переключения QA340 используется отдельный драйвер. Вы спросите: "Почему бы не использовать те же SIC535CD/FDMF5808A с листов 70-71?" В таком случае можно было бы избавиться от драйвера. Возможно, это связанно с тем, что их характеристики слишком отличаются.

3-я фаза PPVCORE_S0_GPU на странице VR 1.05V GPU & 1.35V FB — 3-я фаза PPVCORE_S0_GPU со страницы VR 1.05V GPU & 1.35V FB

104_GPU Baffin VSS/Misc

Завершает череду питания GPU импульсный источник от TI. Никаких новых решений тут не наблюдается. Присутствует классический прием с небольшим номиналом RA901 к VOS, который позволяет немного поднять выходное напряжение.

Источник питания 1.8 на странице GPU Baffin VSS/Misc — Источник питания 1.8 со страницы GPU Baffin VSS/Misc

34_TBT 5V REGULATOR

Переходим к питанию контроллера Thunderbolt. Тут нас ожидает новый power block от Onsemi. В очередной раз повторюсь, что можно было бы измерять ток на DCR индуктора. Кроме того, в данном случае при максимальном токе 6.6А я бы вообще использовал источник со встроенными ключами, это сильно дешевле и занимает меньше места.

112_USB-C T 5V VR

Абсолютно идентичная странице 34 схемы преобразователя. Кстати, если подробнее посмотреть на схему формирования выходного напряжения, то окажется, что она довольно интересно работает. С помощью VID0/1 выбирается какие ключи будут замкнуты. Комбинируя состояния, можно получить широкий диапазон выходного напряжения с большой точностью.

На этом источники питания закончились. Теперь переходим к потребителям.

8_CPU Power

Абсолютно ничего примечательного, цифровой интерфейс для управления источниками и парочку конденсаторов.

9_CPU Ground

Страница исключительно с земляными контактами CPU

10_CPU Decoupling 1

11_CPU Decoupling 2

Предлагаю рассмотреть эти две страницы вместе, поскольку элементы на них одинаковые. Наибольший интерес тут представляют трехвыводные конденсаторы, которые мы встречали и ранее. В чем же их особенность?

За счет наличия третьего вывода значительно снижается последовательная индуктивность (ESL). Такие конденсаторы хорошо подходят для доменов питания с высоким dI/dt.

Пример серии конденсаторов Panasonic с 3мя выводами

16_PCH Power

Страница исключительно с выводами питания PCH, разбирать нечего.

17_PCH Decoupling

Разработчики Apple используют LC фильтры или фильтры с ферритовыми бусинами для питания аналоговых доменов PCH (XTALL, PLL). Абсолютно правильный подход, не всегда чистых конденсаторов достаточно, иногда полезно ввести контролируемые потери на высоких частотах (в ферритовых бусинах) чтобы тот же PLL не защелкнулся при провале напряжения.

42_SoC Power 1

43_SoC Power 2

На данных страницах нас встречают проходные конденсаторы - еще один способ снизить последовательную индуктивность (ESL). К сожалению, такие конденсаторы обычно дороже и имеют меньшую удельную емкость поэтому их используют в цепях с высокими di/dt.

44_SoC Power 3

Тут мое внимание привлек фильтр с ферритовой бусиной, причем еще и демпфированный резистором. Прекрасное решение, особенно если учитывать, что LC фильтр может уйти в резонанс и усилить шумы.

96_GPU Baffin Core/FB Power

На странице расположены конденсаторы, аналогичные тем, которые мы обсуждали ранее.

45_SoC Ground

80_SOC/PMIC Aliases

115_Power Alias 1

116_Power Alias 2

Страницы, которые относятся к питанию, но смысловой нагрузки не несут.

122_Desense Caps 1

123_Desense Caps 2

124_Desense Caps 3

На трех этих листах расположено огромное количество конденсаторов в корпусах 0201 номиналом от 3пФ до 12пФ. Подобные номиналы используются для улучшения ЭМС платы в целом, снижение наводок с RF части схемы, и возможно, тонкая подстройка PDN доменов.

Аналоговые узлы

С источниками питания завершили, приступим к аналоговым блокам: датчики измерения тока, напряжения, температуры. Затронем силовые ключи, схемы защиты и зарядки, аудио и подсветку дисплея.

53_Power Sensors High Side

Начнем с датчиков измерения тока и напряжения. Кстати, хочу заметить, что страницы с измерителями рисовал уже не Silu, а Troy, что можно увидеть из оглавления. Итак, в качестве измерителя тока используется классический INA - дифференциальный усилитель от TI. Исходя из данных на схеме, можно рассчитать выходное напряжение для U5410. При максимальном тока в 3.3А, сопротивлении шунта 5мОм и усилении 200 получаем ровно 3.3В на выходе. Далее стоит делитель в два раза, скорее всего, у PMICа (туда и идет цепь), Vref = 1.8В, что заставляет разработчиков уменьшать напряжение до 1.65В. Но тут возникает вопрос - а зачем делить это напряжение, если можно взять INA с усилением 100 и сразу получить 1.65В? По моему мнению, возможны три причины:

Схему накопировали из других устройств, не думая об оптимизации, поскольку она уже работала;
INA с усилением 200 стоит значительно меньше, чем с усилением 100, хотя я в этом сомневаюсь;
Разработчики таким образом решили увеличить помехозащищенность сигнала. Т.е. по плате от U5410 до U7800 идет дорожка с напряжением 3.3В, деление до 1.65В происходит непосредственно у PMICa. Полученная ошибка при воздействии помех на напряжение 3.3В будет в 2 раза меньше, чем на 1.65В.

Я больше всего склоняюсь к третьему варианту, учитывая указания ставить делитель у PMICa.

В левой части представлены измерители входного напряжения, которые идут в SoC от Apple. На схему даже добавлена таблица для подбора делителей и фильтров для них в зависимости от микросхемы. Чуть ниже Q5480 отвечают за подключение к измерителю напряжения питания датчиков. Скорее всего, это сделано для дополнительной калибровки полученных значений.

54_Power Sensors Load Side

На этой странице видим дифференциальный усилитель U5540 с дискретными компонентами. На + и - приходят соответствующие напряжения с шунтов многофазных источников и суммируются с одинаковым весом. В качестве усилителя используется ISL28133 - чопперный усилитель с Vos = 8мкВ. В целом, довольно логично, учитывая коэффициент усиления равный 141 (дальше еще больше). Ниже у нас уже другой усилитель от LT. Мне искренне не понятно назначение диода, поскольку ОУ выдерживает напряжение до 12В.

Разберем подробнее схему с U5530. В данном случае мы видим тот же дифференциальный усилитель, но с токовым выходом. Для наглядности я промоделировал данную схему. Основная идея - падение напряжения на шунте равно падению на резисторе R3. Разность потенциалов создает ток через R3:

$I_{R3} = \frac{(Vsns+)-(Vsns-)}{R3}$

Далее полученный ток проходит через транзистор M1 и превращается в напряжение на R5. Коэффициент усиления R5/R3 = 145. Преимущества такой схемы - передача сигнала током, а не напряжением, за счет этого гораздо сложнее навести шум.

Моделирование токового дифференциального усилителя

55_Power Sensors Extended 1

На этой странице в основном все те же INA, но есть один блок, заслуживающий внимания. Помните токовый усилитель с прошлой страницы на отдельных компонентах? Так вот, U5670 - тоже самое, только в интегральном исполнении от LT. Принцип работы абсолютно аналогичный, за исключением одной детали. У усилителя от LT есть отдельный вход для измерения (-INS) с током потребления около 0, а есть вход (-INF) который будет насильно потреблять ток вместо -INS. На печатной плате они должны идти дифференциальной парой и разделяться сразу после точки измерения.

Токовый усилитель со страницы Power Sensors Extended 1

56_Power Sensors Extended 2

На этом листе расположился очередной дифференциальный усилитель U5740. Тут его коэффициент усиления составил аж 421. На схеме указано, что напряжение на Vsense = 12mV, при усилении 421 мы получим ровно 5В, а питание у усилителя 3.3В. Очень похоже на ошибку. Еще на схеме присутствуют два SAR АЦП, на них приходят сигналы с датчиков, которым не хватило места на АЦП PMICa.

57_Thermal Sensors

В качестве датчиков температуры используются измерители от TI. Они способны измерять температуру, основываясь на экспоненциальном увеличении падения напряжения на переходе б-э с ростом температуры. Для удобства измерения такие диоды/транзисторы встроены прям в кристалл, например, в GPU, USB-TBT мост. Хочу отметить, что дискретные транзисторы подобраны не совсем оптимальные. Их бетта довольно сильно гуляет, что может сказаться на точности.

58_Power Sensor Extended 3

Тут все те же INA и делители, которые мы рассматривали ранее.

61_Audio Jack Codec

Аудио кодек от Cirrus. Сразу отмечу огромное количество ферритовых бусин и фильтров разного номинала, что характерно для схем с аудио. В качестве источника используется "Ultra-Low Noise and High PSRR" LDO. В схеме есть намеренное разделение на аналоговую и цифровую землю. Я не всегда поддерживаю такие вещи, но в данном случае тоже считаю это оправданным. В остальном довольно стандартный кодек с I2S интерфейсом и аж двумя внутренними charge pump для формирования отрицательного напряжения. Забавная подпись:

R/C6550 FILTER TO ADDRESS OUT-OF-BAND NOISE ISSUE SEEN ON EARLY HEADSETS.

Похоже, раньше в этой области были проблемы с шумами из на наводок с других частей схемы.

Архитектура подобного кодека от Cirrus. Из интересного - отдельные выводы для ESD защиты с полным описанием внутренних схем.

62_Audio Left Amplifiers

В продолжение аналоговой часть тут у нас мощный аудио усилитель класса D, что видно по цепям boost. Управление идет с SoC от Apple по I2S. Верхний усилитель (Woofer) отвечает за звук на низких частотах, а нижний (Tweeter) воспроизводит высокие частоты. На выходе наши любимые бусины для устранения шумов.

Документации на усилитель из схемы я не нашел, но вот как выглядит очень похожая микросхема от RT9120S Richtek:

63_Audio Right Amplifiers

Все тоже самое, только для динамиков справа.

64_Audio Flex Connectors

Оставшиеся сигналы с кодека уходят на гибкий разъем, который далее пойдет на Jack 3.5. Тут мы видим феррит и на линии данных. Это не удивляет, поскольку аудио очень чувствительно к высокочастотным помехам. На разъеме нет ESD, поскольку большинство расположено в кодеке и, скорее всего, на плате с разъемом Jack. На этой странице можно заметить еще одну забавную вещь - отдельную микросхему для защищенного включения/отключения цифрового микрофона. Если микросхема не выдала разрешение, сигнал далее никуда не пойдет из за элементов U6640, U6641.

68_PBUS Supply & Battery Charger

Классическое решение для зарядника без лишних наворотов. В качестве контроллера - ISL9240 от Renesas. Основа - buck boost для регулирования выходного напряжения. Q7065 открывается, когда необходимо зарядить батарею от входного напряжения. Нужно иметь ввиду, что из за внутреннего диода Q7065 buck boost должен формировать напряжение больше батареи, чтобы ее не разряжать. На токоизмерителных цепях стоят фильтры для ограничения времени реакции, а на выходе - параллельные предохранители на 24А суммарно.

79_Power FETs

На этой странице силовые ключи, такие мы уже видели в прошлой части. Внутри транзистор с контролируемым временем открытия и схемы защиты. На странице присутствует 3 разных типа ключей. Не знаю, почему было принято такое решение, ведь разница между 27мОм и 34мОм минимальна. Еще можно увидеть два разных компонента "И" тоже не понятно зачем потребовалось так плодить номенклатуру.

81_LCD Backlight Driver

Переходим к подсветке дисплея. Сразу видим цепи измерения тока, которые мы обсуждали на других страницах. Роль Q8400 - отключение входного питания от повышающего источника U8400. Довольно удобная функция. Как всегда, документации на эту микросхему нет, но есть очень похожий LP8545 от TI. В случае работы до 55В допустимо использовать силовой ключ внутри контроллера. Когда напряжение превышает 55В, требуется внешний. В данном случае максимально на выходе возможно 59В, соответственно, потребовался Q8401 и вывод GD. В обратной связи можно заметить C8430, хоть он и DNP я искренне не понимаю его назначение, он только замедляет отклик преобразователя (обычно стремятся, наоборот, ускорить).

94_GPU PCC

Что - то подобное мы уже видели ранее. Слева - дифференциальный усилитель, но почему то уже на другом ОУ. Коэффициент в данном случае равен 200. После усиления сигнал с шунта сравнивается с опорными 3.04В на компараторе U9901. В случае если усиленное падение на шунте больше 3.04В, компаратор срабатывает и выдает сигнал allert GPU для снижения потребления. У компаратора предусмотрен небольшой гистерезис за счет R9906 для снижения влияния шумов.

Схема измерения и формирования ошибки со страницы GPU PCC

Думаю, вы удивитесь, как и я, но на той же странице я обнаружил мультивибратор. Не будем обсуждать, почему бы его не сделать на тех же ОУ, это не так важно. Факт в том, что я не встречал мультивибраторов уже лет 5. Еще один важный нюанс: под схему "растяжения" импульса лучше подошел бы одновибратор, который, кстати, также легко делается на ОУ.

48_MESA

Помните touch ID? Так вот, это разъем именно к нему, показан справа снизу. На схеме повышающий преобразователь LM3638 и LDO от ONsemi. LDO формирует 3В из 3.3В. Учитывая очень низкое падение, разработчики добавили подпись, что лучше бы оставить возможность питать LDO от 5В, очень логично. В остальном все решения мы уже видели. Конденсаторы маленького номинала от RF помех и ферриты.

33_USBC X Connector Support

Серьезная защита для линий СС USB-C. 100Омные термисторы, скорее всего, предназначены для предварительно зарядки линий, чтобы не было излишних бросков тока. Далее с помощью биполярного транзистора и цепей задержки C3432, R3432, D3432 открывается силовой транзистор.

111_USBC T Connector Support

Абсолютно аналогичная схема.

Выводы

Могу сказать, что впечатления от схемы у меня положительные. Конечно, в некоторых местах нарисована она ужасно, но большинство зарубежных компаний рисуют именно так. Безусловно, очень раздута компонентная база. Это видно по зоопарку различных контроллеров, ключей, усилителей и прочего. Некоторые решения 100% можно было бы сделать с меньшим числом компонентов (или с компонентами дешевле). Нашлось пару некритичных ошибок и одна довольно критичная. Однако, есть и очень грамотные технические решения, которые стоит добавить в свой арсенал.

Отдельно хочется упомянуть, что, судя по схеме, она относится к EVT стадии проекта, поэтому возможно наличие ошибок.