簡介

電源子系統(tǒng)目前正在越來越多地集成到整個系統(tǒng)中。電源系統(tǒng)已經(jīng)從單獨的必不可少的危險裝置轉(zhuǎn)變成可監(jiān)控的子系統(tǒng)。當今的系統(tǒng)已經(jīng)開始將電源子系統(tǒng)視為可控制的外設(shè)來對待。這些系統(tǒng)可控制的電源子系統(tǒng)可以實現(xiàn)諸多優(yōu)勢，如節(jié)電、排序及裕度調(diào)整等。然而，系統(tǒng)設(shè)計人員與電源設(shè)計人員必須創(chuàng)建他們自己的用戶方法，因為尚無任何行業(yè)標準作為指導。隨著最近對數(shù)控電源解決方法的重視，擁有面向電源子系統(tǒng)的標準化系統(tǒng)通信解決方法變得更加重要。新的pMBus（電源管理總線)、通信協(xié)議已經(jīng)開發(fā)成功，用于系統(tǒng)與電源子系統(tǒng)之間的主板和支架(board-and-shelf)通信。本文討論了使用pMBus時的設(shè)計要求。還將舉例討論標準的電源子系統(tǒng)通信解決方法，從而使我們輕松了解pMBus的優(yōu)勢。

電源解決方法的通信

SMBus是第一批電源子系統(tǒng)通信行業(yè)標準中的一個。組織將該總線含義為智能電池系統(tǒng)(SmartBatterySystem，SBS)，即存取總線(Accessbus)的擴展。存取總線基于具有地址限制的I2C總線之上。SMBus解決方法含義了多主機協(xié)議，以滿足電池管理要求。多主機要求是因為系統(tǒng)主機及電池會在不同時間進入主機狀態(tài)。目標是擁有這樣的系統(tǒng)：能夠由系統(tǒng)控制智能電池的電極(pole)，但是仍然允許電池請求幫助和配置充電器。該含義還包括總線禮節(jié)(busetiquette)，如總線hog限制及其他超時情況(time-out)。該協(xié)議還解決了許多用戶問題，如用戶在沒有系統(tǒng)通知的情況下進行的自發(fā)的電池斷路。為了強化協(xié)議，還供應(yīng)了數(shù)據(jù)包糾錯(packetErrorChecking)。該選項在每個通信數(shù)據(jù)包末尾包含一個單字節(jié)代碼pEC。pEC是一個8位CRC（循環(huán)冗余校驗）。

本地電源通信當前使用的另一個標準是智能平臺管理接口(IpMI)。雖然不是為電源通信而專門設(shè)計，但在和電源管理相關(guān)的許多方面IpMI都有用到。與SMbus相同，IpMI也是基于I2C的，但是只支持主機模式寫入(MasterModeWrite)而非重啟來更改數(shù)據(jù)總線方向。IpMI還比SMBus進行更多的會話。設(shè)備要請求信息或發(fā)送響應(yīng)。通信數(shù)據(jù)包的第一部分是連接報頭。該部分包括設(shè)備地址。該設(shè)備將接收數(shù)據(jù)包與信息，以識別數(shù)據(jù)包的功能。數(shù)據(jù)包的第二部分首先是發(fā)送數(shù)據(jù)包的設(shè)備地址，然后是命令和數(shù)據(jù)。每個段的最后部分是校驗和，以幫助檢測通信問題。

pMBus特殊利益集團(SIG)已經(jīng)選擇將SMBus1.1作為通信協(xié)議使用。作為決策的一部分，pMBusSIG加入了SBS組織。除了公共總線之外，電源與電池管理之間還有許多共同利益。pMBus確實通過采用單個主機簡化了協(xié)議。

表1、有關(guān)電源使用的通用協(xié)議考慮事項pMBus1.0SMBus1.1IpMI1.5通信類型來源于I2C，SMBus1.1單個主機來源于I2C，10KHz到100KHz時鐘來源于I2C，只支持I2C主機寫入操作錯誤檢測可選pEC可選pEC校驗和當前規(guī)范版本V1.0V2.0V2.0告警方式SMBAlertSMBAlert，主機通知協(xié)議(HostNotificationprotocol)到事件接收器的事件通知用于兩字節(jié)傳輸與錯誤檢測的總線流量6字節(jié)6字節(jié)7字節(jié)請求9字節(jié)響應(yīng)總共16字節(jié)

主機設(shè)備可能有多個，但是我們將pMBus電源設(shè)備含義為從屬。pMBus利用SMBus告警線路向主機發(fā)送信號，通知電源設(shè)備要注意。SMBusAlert通常不用于電池組(batterypack)應(yīng)用程序中。電池應(yīng)用程序已經(jīng)關(guān)閉了多主機方法和用于主機通知的電池廣播。當pMBus設(shè)備宣布pMBus告警線路之后，該設(shè)備將確認pMBus告警響應(yīng)地址(ARA)。當找到ARA之后，告警從屬設(shè)備將把其地址以接收字節(jié)順序放置在數(shù)據(jù)字段中。pMBusSIG已經(jīng)選擇ARA方法來降低與主機通知相關(guān)的復雜性及相應(yīng)成本。

pMBus規(guī)范還包括用于每個從設(shè)備的可選控制信號pMBusControl。這個Control信號可啟用或禁用電源轉(zhuǎn)換器的輸出。使用此控制信號的系統(tǒng)要一個專用的連接，將主機連接至各個從設(shè)備或連接至要這一控制級別的從設(shè)備組。盡管這肯定會新增至電源管理的信號走線，但是在要快速關(guān)斷的系統(tǒng)中可能會要此接口。

另一個pMBus問題是到設(shè)備組的通信（但不是同時到所有設(shè)備）。例如，假如系統(tǒng)要同時啟動三個電源轉(zhuǎn)換器，則所有三個轉(zhuǎn)換器都必須接收到同一個命令，以便支持它們各自的輸出。在一個通信包內(nèi)使用重復的啟動可以執(zhí)行此功能。每個設(shè)備被逐個單獨尋址，但是設(shè)備間的通信不會發(fā)送停止位。當配置完所有設(shè)備之后，再發(fā)送停止位，以便觸發(fā)該操作。另一種方法是使用pMBusControl行，以便一次性啟用所有電源上的輸出。

隔離通信在某些電源應(yīng)用中，通信線路必須跨越隔離邊界。圖1顯示了適用于雙向通信線路的光隔離電路。這種方法可用于pMBus數(shù)據(jù)或時鐘線路。pMBus數(shù)據(jù)線路是雙向的，因為它是用于SMBus或IpMI的同一條線路。即使IpMI只使用主機寫入(MasterWrite)模式，從設(shè)備也必須了解該數(shù)據(jù)，因此這就要求數(shù)據(jù)是雙向的。

其他接口線路也可能是雙向的。用于所有三條總線的時鐘線路可能要是雙向的。假如要從設(shè)備進行時鐘伸展，則時鐘線路是雙向的。當從設(shè)備要更多時間來接收數(shù)據(jù)位時，或在其他情況中，要時間以確定是否應(yīng)了解命令時，會出現(xiàn)時鐘伸展。在跨越隔離邊界的多主機設(shè)計中，時鐘線路始終是雙向的。

SMBAlert線路和pMBusControl線路都不是雙向的。從設(shè)備控制SMB告警線路，不要了解其他設(shè)備是否正在向某些設(shè)備發(fā)出警報。當主機設(shè)備已經(jīng)知曉告警狀態(tài)，告警的從設(shè)備將使SMB告警線路進入工作狀態(tài)。pMBusControl線路將主機設(shè)備連接到一個或多個從設(shè)備上，它不是雙向總線。

同步降壓型pMBus示例

圖2顯示了降壓轉(zhuǎn)換器的一個簡化示例，其使用了pMBus通信。示例中出現(xiàn)的可選的總線保護電路適用于pMBus不起用途(gooff-board)的情況。大多數(shù)情況下，不要可選電路。uC或DSp可監(jiān)控各種模擬輸入，其中包括Vin、Vout、平均電流及穩(wěn)定。目前的測量方法是使用電感器的ESR以及電熱調(diào)節(jié)器的數(shù)字控制器供應(yīng)的信息來補償溫度。在測量電流強度與溫度的過程中，數(shù)字控制器可以在允許的范圍內(nèi)操作電源轉(zhuǎn)換器。使用pMB告警線路，控制器可通知系統(tǒng)狀態(tài)是否接近操作限制?？蓪MBusControl連接到輸入數(shù)字控制器中的中斷輸入。這樣，通過對數(shù)字控制進行編程來提高其采取適當措施的速度。在任何情況下，電源都必須是可靠的，能夠保護自己。新一代的數(shù)字電源設(shè)備UCD7K已經(jīng)集成了以全時模式保護功率級的安全電路。此外，這些專用驅(qū)動器還集成了許多特殊的功能，如偏置調(diào)節(jié)器(biasregulator)及運算放大器等，以便為數(shù)字控制器供電，并幫助進行信號調(diào)節(jié)。

數(shù)字控制器如該圖所示，擁有適當?shù)膒WM分辨率來實現(xiàn)穩(wěn)壓，2ns或更高水平。當這種能力與pMBus命令集相結(jié)合時，系統(tǒng)就會適應(yīng)實時響應(yīng)。面向電源控制的數(shù)字控制器新家族成員UCD9K現(xiàn)已推出。這些數(shù)字控制器擁有非常高的pWM分辨率，不要以非常高的頻率運行系統(tǒng)時鐘。此外，它們還擁有pMBus支持。數(shù)字方式的閉環(huán)優(yōu)勢是，數(shù)字控制可以選擇預先配置的適合當前工作要求的環(huán)路補償方程。這些環(huán)路補償方程可以在制造期間配置，或者可以實時調(diào)節(jié)。無論采用哪一種方法，pMBus都能供應(yīng)可完成這項任務(wù)的通信方法。

結(jié)論應(yīng)使用適當?shù)耐ㄐ趴偩€進行電源控制與配置，以便滿足特定要。盡管有一些標準能夠滿足少量電源通信要求，但是電源獨一無二的要求要某種程度的修改。此外，類似于電池管理，電源必須自身供應(yīng)全時保護。我們含義了

pMBus，以滿足電源通信的要求。它不僅滿足了在制造過程中進行配置和通信的要，而且還供應(yīng)了與電源解決方法進行通信的系統(tǒng)，而不會引發(fā)大量的開銷。pMBus將會顯著加速數(shù)字電源的普及。