電源技術(shù)中I2C及PM Bus總線(xiàn)介紹

　1 前言

　　由于數字電源的控制靈活、結構變化靈活、調節、維護方便和造價(jià)低的一系列優(yōu)點(diǎn)，代表了電源技術(shù)的發(fā)展方向。而在數字電源中，總線(xiàn)技術(shù)發(fā)揮了很重要的作用，本文結合數字電源中常用的總線(xiàn)技術(shù)加以介紹。

　　2 I2C總線(xiàn)

　　I2C總線(xiàn)是英文“Inter Integrated Circuit Bus”的縮寫(xiě)，常譯為“集成電路間總線(xiàn)”或“內部集成電路總線(xiàn)”。I2C總線(xiàn)以它強大的控制能力和精巧的電路結構，得到各生產(chǎn)廠(chǎng)家的認可。目前，I2C總線(xiàn)在許多電子產(chǎn)品中得到了廣泛應用。

　　I2C總線(xiàn)接口的有關(guān)技術(shù)指標最早在1982年確定。Philips公司將I2C總線(xiàn)以簡(jiǎn)單雙線(xiàn)接口的形式首先推出，用于在同一塊電路板或機柜中的有關(guān)電子部件之間實(shí)現通信，1987年P(guān)hilips公司擁有了I2C總線(xiàn)的專(zhuān)利。在I2C中有兩條信號線(xiàn)，一條用于時(shí)鐘信號的傳輸，一條用于數據信號的傳輸，通過(guò)I2C總線(xiàn)，可以在主控部件和從控部件之間完成有關(guān)命令、控制和工作信息通過(guò)兩條串行信號線(xiàn)來(lái)傳輸。I2C總線(xiàn)的最典型應用就是通過(guò)一個(gè)主控部件來(lái)完成有關(guān)部件之間的通信控制。由于I2C總線(xiàn)的使用簡(jiǎn)單性，所以目前I2C總線(xiàn)得到了廣泛的應用，I2C總線(xiàn)的有關(guān)性能不斷得到提高，通信速率和尋址范圍也在不斷提升。

　　作為工業(yè)標準，I2C總線(xiàn)作為一種很有吸引力的物理通信方式，在A(yíng)CCES bus、SM Bus、PSMI和IPMI工業(yè)標準總線(xiàn)中，I2C總線(xiàn)的有關(guān)技術(shù)指標也被引用。I2C總線(xiàn)可以應用于許多的微控制器，并且在許多應用場(chǎng)合，利用通用的I/O引腳，通過(guò)軟件也可以驅動(dòng)I2C總線(xiàn)。例如，在1991年，由一些公司牽頭開(kāi)發(fā)了ACCESS bus(存取總線(xiàn)，簡(jiǎn)稱(chēng)A.b)，這里利用了I2C總線(xiàn)作為它的物理通信層，從而使ACCESS bus具有使能被控器件的能力，ACCESS bus被用作是一種改進(jìn)的、簡(jiǎn)化的、規范的和靈活多用的方法來(lái)連接計算機的內部，外部器件到CPU，它支持像時(shí)鐘和電池電能監控等器件的工作，并且也支持鍵盤(pán)、鼠標、顯示器和調制解調器的工作。在1995年，ACCESS bus工作組(ABIG)發(fā)布了V3.0技術(shù)文件版本，一些公司(例如：USAR和日本Fujitsu公司都參加到了ABIG的活動(dòng)中，并在智能電池系統接口論壇Smart Battery system Interface Forum：SBS-IF)中積極參與工作。

　　2.1 關(guān)于I2C總線(xiàn)

　　I2C總線(xiàn)是串行總線(xiàn)系統，I2C總線(xiàn)由兩根線(xiàn)組成，一根是串行數據線(xiàn)，常用SDA表示;另一根是串行時(shí)鐘線(xiàn)，常用SCL表示。CPU利用串行時(shí)鐘線(xiàn)發(fā)出時(shí)鐘信號，用串行數據線(xiàn)發(fā)送或接收數據，實(shí)現對被控電路的調整與控制。由于I2C總線(xiàn)只有兩根信號線(xiàn)，因此數據的傳輸方式是串行方式，其數據傳輸速度低于并行數據傳輸方式，但I2C總線(xiàn)占用CPU的引腳很少，只有兩個(gè)，有利于簡(jiǎn)化CPU的外圍線(xiàn)路。

　　在I2C總線(xiàn)系統中，CPU是核心，I2C總線(xiàn)由CPU電路引出，其他被控對象均掛接在I2C總線(xiàn)上，I2C總線(xiàn)系統電路結構示意圖如圖1所示。

　　圖1 I2C總線(xiàn)系統電路結構示意圖

　　2.2 I2C總線(xiàn)接口電路

　　I2C總線(xiàn)上傳輸的是數字信號，如果I2C總線(xiàn)上掛接的被控集成電路為模擬電路，為便于與被控模擬電路通信，在被控對象中需要增加I2C總線(xiàn)接口電路，受控IC中I2C總線(xiàn)接口電路工作原理圖如圖2所示。接口電路一般由I2C控制器和控制開(kāi)關(guān)等電路組成。由CPU送來(lái)的數據信息經(jīng)譯碼器譯碼后控制信號才能對被控IC執行控制操作。被控對象通過(guò)I2C總線(xiàn)接口電路接收由CPU發(fā)出的控制指令和數據，實(shí)現CPU對被控對象的控制。

　　I2C總線(xiàn)是雙向總線(xiàn)系統，通過(guò)I2C總線(xiàn)CPU可以向被控IC發(fā)送數據，被控IC也可通過(guò)I2C總線(xiàn)向CPU傳送數據，但被控IC是接收數據還是發(fā)送數據則由CPU控制。由于I2C總線(xiàn)是雙向總線(xiàn)系統，因此CPU可以對I2C總線(xiàn)上掛接的有關(guān)電路進(jìn)行故障檢查。

　　對生產(chǎn)自動(dòng)化調整功能的電器，可將生產(chǎn)線(xiàn)上的計算機與電器的I2C總線(xiàn)相連，根據電器不同調整項目的預置功能和要求，將最佳調整數據傳送到電器的E2PROM存儲器中，也可將標準數據固化在CPU的只讀存儲器中。采用I2C總線(xiàn)的電器節省了很多可調電位器，簡(jiǎn)化了調整工藝，產(chǎn)品的一致性好，工作可靠性高。

　　圖2 I2C總線(xiàn)系統的電路結構示意圖

　　2.3 I2C總線(xiàn)系統的功能

　　以CPU為核心的I2C總線(xiàn)系統，主要用完成以下幾個(gè)功能。

　?、庞脩?hù)操作功能

　　用戶(hù)在使用電器時(shí)，通常要進(jìn)行有關(guān)控制參量的調節、控制等操作，操作時(shí)只需按動(dòng)本機鍵盤(pán)或遙控器鍵盤(pán)上的相應按鍵，CPU便通過(guò)I2C總線(xiàn)向被控電路發(fā)出有關(guān)控制指令。

　?、凭S修調整功能

　　完成對被控電器各單元電路進(jìn)行工作方式設定和調整的控制功能。在普通電器中，是利用可調電位器進(jìn)行有關(guān)單元電路的各種工作參數調整。而在I2C總線(xiàn)的被控電器中，這些參數都可由操作人員進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的調整狀態(tài)后，通過(guò)遙控器或本機操作鍵來(lái)完成有關(guān)工作參數的調整。⑶故障自檢功能

　　由于I2C總線(xiàn)上的信息是由SDA和SCL兩線(xiàn)串行數據信號線(xiàn)雙向傳輸的，因此CPU可以對I2C總線(xiàn)的通信情況和被控集成電路的工作狀態(tài)進(jìn)行監測，并在屏幕上顯示檢測結果，為維修人員提供有關(guān)故障自檢信息。被控器送來(lái)的低電平應答信號，CPU就會(huì )判斷該被控器有故障，并終止數據傳送。由于各被控集成電路和器件均有自己的地址，所以，在總線(xiàn)上不同時(shí)間傳送著(zhù)眾多的控制信號，但各被控器只要把與自己地址相同的控制信號從總線(xiàn)上取下來(lái)，并進(jìn)行識別和處理，得到相應的控制信號，就可以實(shí)現相應的控制。

　　2.4 I2C總線(xiàn)系統的控制過(guò)程

　?、臗PU與存儲器之間的數據交換

　　I2C總線(xiàn)系統中的存儲器存儲有兩種信息：一是用戶(hù)信息，是用戶(hù)寫(xiě)入的控制信息，此信息用戶(hù)可以更改，如各種模擬控制量(例如電源的OVP、OCP、OTP和所需輸出電壓值等);另一種是控制信息，是由廠(chǎng)家寫(xiě)入的控制數據，此信息用戶(hù)不能改變。電器正常工作時(shí)，CPU從存儲器中取出有關(guān)用戶(hù)信息和控制信息，并送往被控電路使其處于正常工作狀態(tài);當調整電器時(shí)，CPU也從存儲器中取出控制信息，檢修人員使用正確的調試步驟來(lái)改變這些控制信息，以確保采用I2C總線(xiàn)的電器處于最佳工作狀態(tài)。

　?、艭PU對被控電器的控制過(guò)程

　　CPU對采用I2C總線(xiàn)的被控電器控制需經(jīng)過(guò)以下過(guò)程。

　?、貱PU尋址過(guò)程。當CPU要對某被控器進(jìn)行控制時(shí)，CPU將向總線(xiàn)發(fā)出該被控器的地址指令，被控器收到指令后，便發(fā)出應答信息，CPU總線(xiàn)收到應答信息后，就將該被控器作為控制對象。

　?、贑PU調用數據過(guò)程。CPU找到被控器后，就從存儲器中調出相應的用戶(hù)信息及控制信息，并通過(guò)I2C總線(xiàn)送到被控器，使被控器處于所要求的工作狀態(tài)。

　?、郾豢仄鲌绦兄噶畹倪^(guò)程。被控器接收到指令后，便對指令進(jìn)行譯碼，并將譯碼的結果與自己的控制內容編碼進(jìn)行比較，以確定進(jìn)行何種操作，這項工作是由總線(xiàn)接口電路中的譯碼器來(lái)完成的。確定進(jìn)行何種操作后，總線(xiàn)接口電路中的相應控制開(kāi)關(guān)便自動(dòng)接通，控制數據經(jīng)過(guò)控制開(kāi)關(guān)送到D/A轉換器，轉換成模擬控制電壓，用以控制相應的模擬電路，完成有關(guān)操作。I2C總線(xiàn)數據傳送最繁忙的時(shí)刻是在采用I2C總線(xiàn)電路的剛開(kāi)機一瞬間，由于被控電路沒(méi)有存儲數據的功能，因此，每次開(kāi)機時(shí)CPU都要從存儲器中取出控制數據，送往各被控器，使被控器進(jìn)人相應的工作狀態(tài)。因此，剛開(kāi)機時(shí)CPU的控制任務(wù)最繁重，控制過(guò)程最復雜，損壞的可能性也就最大，所以使用I2C總線(xiàn)的電器應盡量避免頻繁開(kāi)/關(guān)機。

　　根據電器功能的強弱以及在I2C總線(xiàn)上掛接的被控電路的不同，在I2C總線(xiàn)采用的CPU上可引出一組或多組I2C總線(xiàn)。

　　由I2C總線(xiàn)控制的集成電路或器件必須具有專(zhuān)用的總線(xiàn)端子，即SDA端子與SCL端子。凡是具有SDA、SCL端子(引腳)的集成電路或器件，均可以由總線(xiàn)控制。