PMBus――數(shù)字電源開放標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議

近年來，許多相關(guān)的因素導(dǎo)致對數(shù)字電源管理的需求急劇上升。許多板卡設(shè)計(jì)人員已經(jīng)轉(zhuǎn)向開發(fā)中間總線電源結(jié)構(gòu)，通過使用多個(gè)單板DC/DC轉(zhuǎn)換器來產(chǎn)生不同硅器件所需要的多樣化的電源要求。這導(dǎo)致一個(gè)很明顯的結(jié)果就是在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)測試及日常使用的過程中，配置、控制及監(jiān)控這些電源將變得更加的復(fù)雜。光是控制上電/下電時(shí)序就需要專門的可編程集成電路及大量的額外部件，更別說用于靈活的系統(tǒng)級(jí)控制和診斷所需要的配置或?qū)崟r(shí)反饋設(shè)施。

目前許多高性能的DC/DC轉(zhuǎn)換器仍是通過簡單的無源元件產(chǎn)生的模擬信號(hào)來進(jìn)行設(shè)置和控制。即使具有最先進(jìn)電源轉(zhuǎn)換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的高性能轉(zhuǎn)換器，也有可能需要使用外部調(diào)節(jié)電阻和電容來確定諸如啟動(dòng)時(shí)間、輸出點(diǎn)值及開關(guān)頻率等參數(shù)。當(dāng)然，這些參數(shù)沒有一個(gè)是可以在匆忙中更改的，因此自適應(yīng)的電源管理方案也就不可能實(shí)現(xiàn)，更別說推測性的電源管理方案。

除了一些專門用于微處理器(其以VID代碼的形式為輸出電壓控制提供有限的數(shù)字編程性)的轉(zhuǎn)換器之外，市場上大多數(shù)磚形轉(zhuǎn)換器、中間總線轉(zhuǎn)換器及負(fù)載點(diǎn)(Point of load)POL轉(zhuǎn)換器仍然是采用模擬控制的。對數(shù)字控制需求最為迫切的是非隔離負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器，因?yàn)檫@些轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器，因此，毫無疑問，設(shè)計(jì)者們希望能夠很快得到其他的數(shù)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(fù)載點(diǎn)

轉(zhuǎn)換器的USB驅(qū)動(dòng)的單板及一個(gè)電腦圖形用戶界面

造成這種現(xiàn)象的原因很簡單：直到現(xiàn)在，業(yè)界對于數(shù)字電源管理還沒有達(dá)成共識(shí)。許多電源生產(chǎn)商已經(jīng)推出了數(shù)字可編程負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器，向解決這個(gè)問題的方向邁進(jìn)了，但是轉(zhuǎn)換器是基于自主開發(fā)的結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體器件，因此開發(fā)成本會(huì)比較高，這就需要從其他方面進(jìn)行補(bǔ)償，將顧客鎖定在狹窄的供應(yīng)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(xiàng)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是一種開放標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字電源管理協(xié)議?？赏ㄟ^定義傳輸和物理接口以及命令語言來促進(jìn)與電源轉(zhuǎn)換器或其他設(shè)備的通信。該協(xié)議是由一群認(rèn)為由于沒有合適的標(biāo)準(zhǔn)而抑制了全數(shù)字電源管理解決方案的發(fā)展的電源和半導(dǎo)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(rèn)可。今年3月，該協(xié)議的修正版1.0公之于眾，而其所有權(quán)也交由獨(dú)立的特別利益組織(SIG，即系統(tǒng)管理接口論壇)，負(fù)責(zé)該標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)換器的標(biāo)準(zhǔn)。其并未規(guī)定波型因數(shù)、引出線等屬性(這些屬性由業(yè)界的聯(lián)盟組織POLA和DOSA來制定)，也未解決電源之間的通信問題(該問題仍然由半導(dǎo)體和電源生產(chǎn)商負(fù)責(zé))。

低成本實(shí)時(shí)控制

PMBus傳輸層是基于低成本SMBus (系統(tǒng)管理總線)的1.1版本，這是個(gè)功能更為強(qiáng)健的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)I2C串行總線的版本，具有分組錯(cuò)誤檢查和主機(jī)通知功能。I2C總線原來是由飛利浦電子公司開發(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(tǒng)管理。SMBus廣泛應(yīng)用于基于 Intel技術(shù)的服務(wù)器上，為系統(tǒng)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(hào)線 SMBALERT，可以使從屬設(shè)備(如負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器)中斷系統(tǒng)主機(jī)或總線的控制，這種安排要比系統(tǒng)使用主機(jī)來不斷輪詢從機(jī)的方式更為靈活，而且其對主機(jī)處理器造成的負(fù)擔(dān)也更小，這就使得設(shè)計(jì)者們能夠更容易地實(shí)現(xiàn)事件驅(qū)動(dòng)的閉環(huán)控制方案。此外，PMBus 協(xié)議規(guī)定所有從屬設(shè)備必須將其默認(rèn)的配置數(shù)據(jù)保存在永久性存儲(chǔ)器內(nèi)或使用針腳編程，這樣它們在上電時(shí)無須再與總線通信。這樣系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間大大少于市場上的其他數(shù)字控制解決方案。該解決方案要求控制總線對所有的從屬設(shè)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(shè)備的物理地址是通過專門的針腳來定義的。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(shù)據(jù)及中斷線之外，PMBus協(xié)議還規(guī)定了兩種與電源轉(zhuǎn)換設(shè)備共同使用的硬件信號(hào)，一個(gè)是與總線發(fā)出的命令共同使用的控制信號(hào)，用于啟動(dòng)和關(guān)閉單個(gè)從屬設(shè)備：另一個(gè)是可選的“寫保護(hù)”信號(hào)，可用于防止更改存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)。典型實(shí)例如圖2所示。 SMBus 使用有線的“與”(邏輯電路)連接到總線上的所有設(shè)備，以便在總線上的設(shè)備發(fā)生沖突時(shí)做出裁決，這在電氣方面與I2C總線相似。

圖2：基于PMBus的數(shù)字電源管理的典型連接