PMBus――數字電源開(kāi)放標準協(xié)議

近年來(lái)，許多相關(guān)的因素導致對數字電源管理的需求急劇上升。許多板卡設計人員已經(jīng)轉向開(kāi)發(fā)中間總線(xiàn)電源結構，通過(guò)使用多個(gè)單板DC/DC轉換器來(lái)產(chǎn)生不同硅器件所需要的多樣化的電源要求。這導致一個(gè)很明顯的結果就是在產(chǎn)品的設計、生產(chǎn)測試及日常使用的過(guò)程中，配置、控制及監控這些電源將變得更加的復雜。光是控制上電/下電時(shí)序就需要專(zhuān)門(mén)的可編程集成電路及大量的額外部件，更別說(shuō)用于靈活的系統級控制和診斷所需要的配置或實(shí)時(shí)反饋設施。

目前許多高性能的DC/DC轉換器仍是通過(guò)簡(jiǎn)單的無(wú)源元件產(chǎn)生的模擬信號來(lái)進(jìn)行設置和控制。即使具有最先進(jìn)電源轉換拓撲結構的高性能轉換器，也有可能需要使用外部調節電阻和電容來(lái)確定諸如啟動(dòng)時(shí)間、輸出點(diǎn)值及開(kāi)關(guān)頻率等參數。當然，這些參數沒(méi)有一個(gè)是可以在匆忙中更改的，因此自適應的電源管理方案也就不可能實(shí)現，更別說(shuō)推測性的電源管理方案。

除了一些專(zhuān)門(mén)用于微處理器(其以VID代碼的形式為輸出電壓控制提供有限的數字編程性)的轉換器之外，市場(chǎng)上大多數磚形轉換器、中間總線(xiàn)轉換器及負載點(diǎn)(Point of load)POL轉換器仍然是采用模擬控制的。對數字控制需求最為迫切的是非隔離負載點(diǎn)轉換器，因為這些轉換器廣泛用于板卡上并為器件提供最終電壓。然而，這個(gè)需求也適合于隔離轉換器，因此，毫無(wú)疑問(wèn)，設計者們希望能夠很快得到其他的數字可編程電源。

圖1：Artesyn Technologies的PMBus的展示套裝，包括一個(gè)具有8個(gè)可編程負載點(diǎn)

轉換器的USB驅動(dòng)的單板及一個(gè)電腦圖形用戶(hù)界面

造成這種現象的原因很簡(jiǎn)單：直到現在，業(yè)界對于數字電源管理還沒(méi)有達成共識。許多電源生產(chǎn)商已經(jīng)推出了數字可編程負載點(diǎn)轉換器，向解決這個(gè)問(wèn)題的方向邁進(jìn)了，但是轉換器是基于自主開(kāi)發(fā)的結構和半導體器件，因此開(kāi)發(fā)成本會(huì )比較高，這就需要從其他方面進(jìn)行補償，將顧客鎖定在狹窄的供應鏈及限制性的許可協(xié)議中。而且，由于硬件和軟件都是用于單一目的，因此這項技術(shù)就不可能被其他單板器件的生產(chǎn)商所使用。

什么是PMBus

PMBus是一種開(kāi)放標準的數字電源管理協(xié)議?？赏ㄟ^(guò)定義傳輸和物理接口以及命令語(yǔ)言來(lái)促進(jìn)與電源轉換器或其他設備的通信。該協(xié)議是由一群認為由于沒(méi)有合適的標準而抑制了全數字電源管理解決方案的發(fā)展的電源和半導體生產(chǎn)商共同建立的。目前，這個(gè)協(xié)議正在迅速地獲得業(yè)界的認可。今年3月，該協(xié)議的修正版1.0公之于眾，而其所有權也交由獨立的特別利益組織(SIG，即系統管理接口論壇)，負責該標準的進(jìn)一步發(fā)展和推廣。

值得注意的是PMBus 并不是一個(gè)針對AC/DC或DC/DC轉換器的標準。其并未規定波型因數、引出線(xiàn)等屬性(這些屬性由業(yè)界的聯(lián)盟組織POLA和DOSA來(lái)制定)，也未解決電源之間的通信問(wèn)題(該問(wèn)題仍然由半導體和電源生產(chǎn)商負責)。

低成本實(shí)時(shí)控制

PMBus傳輸層是基于低成本SMBus (系統管理總線(xiàn))的1.1版本，這是個(gè)功能更為強健的業(yè)界標準I2C串行總線(xiàn)的版本，具有分組錯誤檢查和主機通知功能。I2C總線(xiàn)原來(lái)是由飛利浦電子公司開(kāi)發(fā)用于集成電路間通信的，而SMBus則被因特爾公司用于PC及服務(wù)器的通信系統管理。SMBus廣泛應用于基于 Intel技術(shù)的服務(wù)器上，為系統管理提供智能的外圍管理接口(IPMI)的物理層和傳輸層。

SMBus具有一個(gè)第三信號線(xiàn) SMBALERT，可以使從屬設備(如負載點(diǎn)轉換器)中斷系統主機或總線(xiàn)的控制，這種安排要比系統使用主機來(lái)不斷輪詢(xún)從機的方式更為靈活，而且其對主機處理器造成的負擔也更小，這就使得設計者們能夠更容易地實(shí)現事件驅動(dòng)的閉環(huán)控制方案。此外，PMBus 協(xié)議規定所有從屬設備必須將其默認的配置數據保存在永久性存儲器內或使用針腳編程，這樣它們在上電時(shí)無(wú)須再與總線(xiàn)通信。這樣系統啟動(dòng)時(shí)間大大少于市場(chǎng)上的其他數字控制解決方案。該解決方案要求控制總線(xiàn)對所有的從屬設備進(jìn)行配置以作為上電初始化程序的一部分。

每個(gè)從屬設備的物理地址是通過(guò)專(zhuān)門(mén)的針腳來(lái)定義的。硅生產(chǎn)商可以提供各種各樣的創(chuàng )新方案，如3種狀態(tài)的針腳和電阻阻值編程等。除了SMBus的時(shí)鐘、數據及中斷線(xiàn)之外，PMBus協(xié)議還規定了兩種與電源轉換設備共同使用的硬件信號，一個(gè)是與總線(xiàn)發(fā)出的命令共同使用的控制信號，用于啟動(dòng)和關(guān)閉單個(gè)從屬設備：另一個(gè)是可選的“寫(xiě)保護”信號，可用于防止更改存儲器中的數據。典型實(shí)例如圖2所示。 SMBus 使用有線(xiàn)的“與”(邏輯電路)連接到總線(xiàn)上的所有設備，以便在總線(xiàn)上的設備發(fā)生沖突時(shí)做出裁決，這在電氣方面與I2C總線(xiàn)相似。

圖2：基于PMBus的數字電源管理的典型連接