Xbox主板上的实时系统和后备电池

    Xbox主板上的实时系统是建立在一个采用0.13微米制造工艺的媒体通信处理器X〔MCPX〕内，并从一个振蕩频率为32.768千赫的晶振器〔6F〕来获取正好是１秒的时钟频率〔在第15位的二进制数为1时＝32768，正好输出一个方波脉冲到实时系统进行计数〕。然而在采用了这种制造工艺的MCPX，却不能象一般PC的RTC〔Real Time Clock〕一样可以利用后备电池来维持主板断电后实时系统的工作。有人猜测微软这样做是为了降低成本而没有引入象PC主板那样的long-life实时系统。为了解决在关机状态下维持MCPX内的实时系统工作电压(约2.5V)，微软用上了一个难得一见的Aerogel Capacitor → 稀密封电容器〔Aerogel被译成“气凝胶”或“稀密封”，外观像透明果冻的“气凝胶”，据称是世界上密度最精细的固体材料，且绝缘、绝热、绝音等效果也最佳，现在多应用在航天和高科技的领域〕

　　这个位于xbox主板C7G10的稀密封电解电容器的容量是1F〔Farad：法拉〕和和耐压是2.5V，它主要作用是维持和稳定MCPX内的实时系统约2.5V的电源。在测量得出要维持实时系统的工作其工作电流是0.14mA〔毫安〕和工作电压在1.3V～2.5V内，当该电容充足电后立即拨掉电源，它仍能为xbox的实时系统维持一段暂短的工作时间〔约2～3小时〕。因为Q=CV〔电量=电容X端电压〕所以１Farad〔法拉〕的电容器充足电后有储电量为2.5库仑〔AS〕，而实时系统只工作在1.3V～2.5V之间，以电容器每秒放出电流是0.14mA的周期比率下，可持续放电2个多小时，即：(2.5-1.3)AS÷0.00014A÷3600S=2.38H〔小时〕。

　　或许这时有朋友在质疑为何在我的xbox拨掉电源后在很短的时间内〔小于上述的计算时间〕再插入电源启动后，时间显示还是有错或是要重新设置时间。出现这种现象时被解释为该电容还没有完全充足电，因为该电容需要颇长的充电时间，再加上在电路接入一些防止大电流冲击的低阻值电阻，起码要1～2分钟或更多一些时间才被充足电。为求证这种解释，我在xbox上对该电容完全放电后测量两种不同状态下充电时间，第一种状态是插上电源后马上启动xbox，测量得0～60秒时电容的端电压从0.7V到2.2V和充入电流由100mA降至3.2mA,在2分钟时电压是2.28V和充入电流是1.25mA，到达3分钟和以后的时间里电压保持在2.35V和充入的电流维持在0.06mA。第二种状态是只插入电源而没有启动xbox，1分钟后量得电容端电压只有0.8V和充入电流是0.7mA，在三分钟时也只是0.9V和0.65mA，到15分钟时端电压才达到1.3V，经过漫长的三小时后才被充电到2.3V和保持微少的充入电流在0.06mA左右，这个结果也许解答了上述的问题了吧。

　　对于使用后备电池来供给一个需要有0.14毫安电流来维持实时系统的工作，其损耗是非常巨大的。而一个锂电池在普通的电脑主板上为实时系统供电时只有300nA〔nano〕纳诺安，最大也不大于500nA〔纳诺安〕。而媒体通信处理器X〔MCPX〕需要这样大的电流，可能是因为它采用了0.13u〔微米〕的制造工艺有关以及那些门电路存在着讨厌的漏电流。所以如果用一个3V和220mAH的CR2032钮扣锂电池来做后备电池，还需要串接一只二极管来降压至2.5V，此时可以求出后备电池能够维持xbox的实时系统工作在60天左右或更短一些，当xbox使用后备电池时亦必须用开关断开那个稀密封电解电容器。
　
　　因为我的xbox已经做好了一些外部的接口作为别的用途或实验来使用，所以也增设了一个电源开关，而不再需要经常拨掉和插入电源，方便了自己的使用。为此我就刻意地采用后备电池来作为xbox的实时系统在断电后的电源供给，尽管是不太理想，但也暂时满足了我现在的需要，呵呵！

以下是我现在接在xbox内暂时采用的后备电池供电电路图

注：图中所有元件值和型号均与计算和应该采用的型号有出入〔因为我只利用手头上现成的元件来做〕，仅供参巧。

R :降压电阻，把电压5.2V降至3.5V,此电压从电源板上D901负极获取。
C :可视为提供给电池充电时的电源滤波电容器。
D1 :是阻止电池电流反向流出。
Bat. :锂电池(CR2032: 3V、220mAH)，后备电源。
D2 :利用其导通电压为0.5V，实现向实时系统提供2.5V的后备电源。
D3 :释放继电器(Relay)通电时的瞬间反向电势。
Relay :微型继电器，转换主电源与后备电池对实时系统的供电。
Ca :从主板拆卸下来的Aerogel(稀密封)电解电容器〔在主板的C7G10上〕。

简要说明:

　　在xbox的电源板上有一组独立的Stand by电源，只要xbox插入电源线，它就有3.3V的电压和最大电流是75mA，我测量得到xbox实际所需的Stand by电流只有27mA。这组电压从高频变压器T1输出经D901整流后就有5.2V的直流电压，再经过IC901三端稳压集成电路(Regulator)LE33来提供一个稳定的3.3V的电源。为了减少对其影响，我让后备充电电源和微型继电器的工作电源从电源板的D901上获取的。所以xbox一旦插入电源(无论是xbox处于工作或非工作的状态)，电池就开始被充电，继电器也断开电池对实时系统的供电，并连接上稀密封电解电容器Ca，反之拨掉电源后，继电器因失去电源而断开电容Ca，而接通后备电池开始对实时系统的供电。

安装：

　　这个电路很简单，对元件要求也不高，只要连接无误就可以工作了。我是把上图中所有的元件、电池和从主板上拆卸下来的稀密封电解电容器安排在一块很少的实验板上，并在主板原来是焊有稀密封电容器的位置〔C7G10〕上的两焊点〔正极和负极，而那个负极焊口就是主板上的“地”线了〕上焊接一对针脚座，对应于后备电源板〔实验板〕的底面也焊接了两个引出针脚，这样插上去后既可以与主板连接又可以固定了这块小电路板。另一条线〔+5.2V〕是从主机电源板上的D901整流二极管的负极焊点上引出一条线来连接在实验板上的，我同样用了插线座来做。

　　其实后备电源的电路可以有很多不同的方案，可根据其原理来设计出自己的喜好，比如不一定用继电器来转换而采用集成电路来控制，又或者可选用大一些容量的电池或并联两个电池来维持更长时间……等等。见仁见智！