數字電源管理――PMBus

復雜性

SMBus 1.1標準的篇幅達39頁(yè)。PMBus 1.2則為125頁(yè)。而且，制造商們除此之外還添加了他們自己的特殊寄存器和功能性(配有100多頁(yè)的相關(guān)規范)。那么，如何應對所有這些復雜性呢?基本上是借助工具和重用。當然，還包括相關(guān)的規范，其可通過(guò)System Management Interface Forum獲得。

使用模型

我將提出兩種重要的使用模型，雖然可能還有其他的使用模型，不過(guò)此二者是我發(fā)現得到大量運用的兩種主要模型：

1. 配置(Configure)和部署(Deploy)

2. 監視(Monitor)和運作(Act)

最重要的PMBus命令集之一用于存儲和恢復操作存儲器和非易失性存儲器之間的設定值。當與用于改變操作存儲器(行為特性)的命令相組合時(shí)，其可支持Configure和Deploy使用模型。

配置(Configure)和部署(Deploy)

大多數PMBus產(chǎn)品制造商都擁有一種GUI工具，該工具可通過(guò)PMBus和一個(gè)接口轉換板與其產(chǎn)品進(jìn)行通信。在多數場(chǎng)合中，接口轉換板通過(guò)USB連接至一部主PC?；臼褂媚Ｊ绞窃诳偩€(xiàn)上配置PMBus器件的所有寄存器，并將其數值存儲于非易失性存儲器中。這樣，當系統通電或復位時(shí)，所有的器件在啟動(dòng)期間將從非易失性存儲器來(lái)給操作存儲器加載。

這種模型的基本優(yōu)勢在于其簡(jiǎn)單性。工具能夠通過(guò)數據組織、模板和項目重用來(lái)消除PMBus的大部分復雜性。第二項優(yōu)勢是成本較低，因為不需要采用“額外的”器件來(lái)管理總線(xiàn)。

此模型的主要劣勢是喪失了正常操作期間PMBus的所有功能。在異常情況下(比如：發(fā)生了故障)，所有的器件都必須自主地做出反應，但靈活性受到限制，而且缺少協(xié)調。在復位時(shí)情況同樣如此。所有的器件均必須自主啟動(dòng)。

讓我們來(lái)研究一下由此強加的某些限制條件。假設一種電源架構具有由一個(gè)IBC(中間總線(xiàn)控制器)運作的12軌POL(負載點(diǎn))轉換器。POL1存在OC(過(guò)流)故障，而且故障響應是關(guān)斷電源軌。由于總線(xiàn)上沒(méi)有用于對故障做出反應的任何主機控制器，因此其他的電源軌將繼續運作，除非POL1的OC通過(guò)負載在另一個(gè)電源軌上引起了某種故障。

為了克服這些限制，許多器件都具有附加的IO引腳，這些引腳允許器件在沒(méi)有PMBus的情況下進(jìn)行相互通信。傳統的方法是在器件之間采用漏極開(kāi)路信號。通常有3個(gè)引腳：

• SYNC(同步)

• RUN(運行)

• GPIO(通用輸入輸出)

SYNC引腳用于在復位時(shí)建立一個(gè)公共時(shí)基。這提供了用于接通/關(guān)斷事件排序的準確時(shí)間相關(guān)。RUN引腳可使所有器件利用一個(gè)外部邏輯門(mén)或器件本身實(shí)現同時(shí)復位。GPIO通常是一個(gè)故障輸出和故障輸入。這允許源自某個(gè)器件的故障傳播至其他器件。這些引腳雖然并非PMBus規范的一部分，但為了讓Configure和Deploy使用模型作為一個(gè)系統來(lái)工作，它們卻是必不可少的。

監視(Monitor)和運作(Act)

最靈活的使用模型需要一個(gè)在系統操作期間處于運行狀態(tài)的PMBus主機。由于能夠全面使用完整的命令集，因此系統僅受限于PMBus的速度和您的想象力。

有幾種用于構建PMBus主機的子模型。一個(gè)微處理器或微控制器、FPGA邏輯器件或一個(gè)嵌入在FPGA中的控制器。通常，它是某種類(lèi)型的控制器，即使是內嵌于一個(gè)FPGA中。它只是更容易實(shí)現，而且更加靈活。

Alert引腳一般連接至控制器上的一個(gè)中斷引腳。當存在某種故障時(shí)，微處理器(μP)通過(guò)以下方式對中斷做出反應：獲得故障器件的地址、通過(guò)PMBus查詢(xún)相關(guān)狀況、并采取措施以校正問(wèn)題或使電源軌斷電。

控制器也用于遙測。數據可以用來(lái)預測故障、測量功耗或調試罕見(jiàn)的故障。另外，控制器還將在復位時(shí)設置所有的電源軌。

該使用模型的終極價(jià)值是靈活性。不過(guò)，必需為此付出代價(jià)：開(kāi)發(fā)時(shí)間/成本和更多的硬件。雖然開(kāi)發(fā)成本能夠借助可重用框架而略有減低，但硬件成本的額外增加卻是無(wú)法避免的。

混合模型

根據我的經(jīng)驗，有許多工程師都在使用Configure和Deploy模型，少部分的工程師則采用Monitor和Act模型。當采用后者時(shí)，很少是以其純粹的形式來(lái)使用。利用工具來(lái)處理大部分的配置要常見(jiàn)得多，借助的方法是：確保接口轉換板與主機具有兼容性，并且僅將PMBus主機用于遙測、高級故障處理和最終用戶(hù)通知。

另外，這種工作的劃分還可提供針對策略和安全決定的某種控制。電源工程師能夠通過(guò)一種工具來(lái)控制電源軌電壓、啟動(dòng)定時(shí)和主要的故障響應。而利用針對PMBus主機所發(fā)出之容許命令的規則，嵌入式軟件設計人員的工作內容被限定為一組有助于調試的安全遙測功能和異常情況記錄。

最終決定

做出有關(guān)使用模型的決策并不簡(jiǎn)單。通常，直到您設計了自己的首個(gè)數字電源架構之后才會(huì )真正了解本應當怎么做。希望通過(guò)這文章系列可使這些決策變得更加容易，而且您甚至可以在最終設計之前進(jìn)行架構的原型設計(假定擁有我所提供的資源)。如果您有話(huà)題希望在我今后的文章中看到討論，請給我們知道，我們將盡全力對其作相關(guān)的論述。