【最硬核没有之一】比特大陆蚂蚁矿机S9整机电路原理分析

在三月份经历寒冬的比特币，终于在四月份看到了春天，币价重回九千美元大关。以下是比特币近三个月价格统计图：



3月份币价大跌，朋友圈刷屏去赛格跳楼。最近这些人又喜笑颜开得回到工位，继续做他们的矿机、虚拟货币生意。




我们当时就做出过预测：只要市场有炒作，区块链和数字货币的生意就永远不会落幕。果然，四月份比特币价格重回九千美元大关。



之前我们详详细细地拆解了3台主流比特币挖矿机，并做了主流比特币挖矿机硬件分析报告：

• 比特大陆蚂蚁矿机S9
  
• 神马矿机M3
  
• 翼比特E10
  
• 主流比特币挖矿机硬件分析报告
  
• 还有我们的公开课及视频
  
  

前几期我们矿机专场解析了市场主流矿机原理结构及BOM信息，由于时间关系部分回路未做详细解读，多个正在或者将要进行设计生产的矿机厂商联络我们一起探索。今天，我们根据机器及PCBA实物，以蚂蚁S9为例进一步分析整机电气原理（附部分反推原理图）：



1
主控制板电源部分

1.蚂蚁S9主控制板SOC供电IC采用TI的TLV62130，该芯片输入电压范围3~17V，输出电压0.9V~5V可调，最大输出电流为3A，厂家推荐回路如下：


在本机中由于采用多颗DC-DC回路成本较高，外围回路复杂；可以参照XILINX推荐单颗多路输出的DC-DC降压芯片(ADP5052)，应用如下图：


具体可参考回路时序要求及PCB LAYOUT布线实际考量。

2. 蚂蚁S9控制板采用TI的TPS51200做DDR的电源管理，可以采用GMT的G2985进行替代设计，如下实际应用图：

                           

2
温度传感器回路

由于算力板功耗较大(蚂蚁S9单片算力板功率约450~530W，神马M3及翼比特E10单片算力板功耗约650~750W)，机器长期高温环境运行，需要侦测算力板工作温度以调节风扇工作模式.常规采用：TMP431/TMP451,LD75等，如下是S9算力板温度检测回路，采用了2种芯片，分别为：TMP451AIDQFR及NCT218MTR2G.参考TMP431芯片的应用回路图结合PCBA实物反推出回路原理图如下：
   


3
ASIC芯片及外围回路

1. 蚂蚁S9 13.5T整机共计189PCS算力芯片（官方信息为:BM1387B），其中每单片算力板为63颗，每3颗芯片为一组，共21串。此项设计为比特大陆专利产品（详细可参考申请公布号：CN105045364），  如下是S9算力板去除散热片后的正反面实物图：
         
   

备注：算力板双面均贴有散热片，其中A面体积较大的散热片为手贴，B面与PCB直接接触的为SMT完成。

2. 将芯片拆下后，PCB焊盘及实际LAYOUT图如下：
     

从PCB实物通过走线可以得出算力板的信号走向如下：

TX 信号：由芯片 27 脚进， 5 脚出；
RX 信号：由芯片由 4 脚进， 28 脚输出；
RST 信号：由芯片 32 脚进， 1 脚输出；
CLK 信号：由芯片 24 脚进， 6 脚出；   
BO 信号：由芯片 30 脚进， 2 脚输出。

根据芯片外围走线，确认出芯片的信号流向及各工作电压，如下图为芯片的实物图及芯片功能引脚图：

        

根据实物测量出PCBA上有如下几组电压：CORE电压：0.4V 、0.8V、1.8V、2.5V。

如下是芯片的实物图及根据芯片实物图结合PCB描绘的芯片功能引脚图(部分可能有描述不准):




4
PIC回路（2.3V-5.5V (PIC16F1704 ）

控制算力板工作及将算力板信息反馈回主控制板，回路图大致如下：


U1第 1 脚为 VDD  3.3V， PIN 14 为 GND，PIN 9/PIN10 脚I2C 总线，与主控制板进行通信。

PIN5、PIN6、PIN7 脚为 PIC 地址；PIN8/PIN11输出信号控制 DC-DC工作状态。

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