電源技術中I2C及PM Bus總線

　　1 前言

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

　　2 I2C總線

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

　　I2C總線接口的有關技術指標最早在1982年確定。Philips公司將I2C總線以簡單雙線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電子部件之間實現通信，1987年Philips公司擁有了I2C總線的專利。在I2C中有兩條信號線，一條用于時鐘信號的傳輸，一條用于數據信號的傳輸，通過I2C總線，可以在主控部件和從控部件之間完成有關命令、控制和工作信息通過兩條串行信號線來傳輸。I2C總線的最典型應用就是通過一個主控部件來完成有關部件之間的通信控制。由于I2C總線的使用簡單性，所以目前I2C總線得到了廣泛的應用，I2C總線的有關性能不斷得到提高，通信速率和尋址范圍也在不斷提升。

　　作為工業(yè)標準，I2C總線作為一種很有吸引力的物理通信方式，在ACCES bus、SM Bus、PSMI和IPMI工業(yè)標準總線中，I2C總線的有關技術指標也被引用。I2C總線可以應用于許多的微控制器，并且在許多應用場合，利用通用的I/O引腳，通過軟件也可以驅動I2C總線。例如，在1991年，由一些公司牽頭開發(fā)了ACCESS bus(存取總線，簡稱A.b)，這里利用了I2C總線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被用作是一種改進的、簡化的、規(guī)范的和靈活多用的方法來連接計算機的內部，外部器件到CPU，它支持像時鐘和電池電能監(jiān)控等器件的工作，并且也支持鍵盤、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 關于I2C總線

　　I2C總線是串行總線系統，I2C總線由兩根線組成，一根是串行數據線，常用SDA表示;另一根是串行時鐘線，常用SCL表示。CPU利用串行時鐘線發(fā)出時鐘信號，用串行數據線發(fā)送或接收數據，實現對被控電路的調整與控制。由于I2C總線只有兩根信號線，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總線占用CPU的引腳很少，只有兩個，有利于簡化CPU的外圍線路。

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

　　圖1 I2C總線系統電路結構示意圖

　　2.2 I2C總線接口電路

　　I2C總線上傳輸的是數字信號，如果I2C總線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總線接口電路，受控IC中I2C總線接口電路工作原理圖如圖2所示。接口電路一般由I2C控制器和控制開關等電路組成。由CPU送來的數據信息經譯碼器譯碼后控制信號才能對被控IC執(zhí)行控制操作。被控對象通過I2C總線接口電路接收由CPU發(fā)出的控制指令和數據，實現CPU對被控對象的控制。

　　I2C總線是雙向總線系統，通過I2C總線CPU可以向被控IC發(fā)送數據，被控IC也可通過I2C總線向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總線是雙向總線系統，因此CPU可以對I2C總線上掛接的有關電路進行故障檢查。

　　對生產自動化調整功能的電器，可將生產線上的計算機與電器的I2C總線相連，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總線的電器節(jié)省了很多可調電位器，簡化了調整工藝，產品的一致性好，工作可靠性高。

　　圖2 I2C總線系統的電路結構示意圖

　　2.3 I2C總線系統的功能

　　以CPU為核心的I2C總線系統，主要用完成以下幾個功能。

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　　用戶在使用電器時，通常要進行有關控制參量的調節(jié)、控制等操作，操作時只需按動本機鍵盤或遙控器鍵盤上的相應按鍵，CPU便通過I2C總線向被控電路發(fā)出有關控制指令。

　?、凭S修調整功能

　　完成對被控電器各單元電路進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行有關單元電路的各種工作參數調整。而在I2C總線的被控電器中，這些參數都可由操作人員進行專門的調整狀態(tài)后，通過遙控器或本機操作鍵來完成有關工作參數的調整。⑶故障自檢功能

　　由于I2C總線上的信息是由SDA和SCL兩線串行數據信號線雙向傳輸的，因此CPU可以對I2C總線的通信情況和被控集成電路的工作狀態(tài)進行監(jiān)測，并在屏幕上顯示檢測結果，為維修人員提供有關故障自檢信息。被控器送來的低電平應答信號，CPU就會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，在總線上不同時間傳送著眾多的控制信號，但各被控器只要把與自己地址相同的控制信號從總線上取下來，并進行識別和處理，得到相應的控制信號，就可以實現相應的控制。

　　2.4 I2C總線系統的控制過程

　　⑴CPU與存儲器之間的數據交換

　　I2C總線系統中的存儲器存儲有兩種信息：一是用戶信息，是用戶寫入的控制信息，此信息用戶可以更改，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，是由廠家寫入的控制數據，此信息用戶不能改變。電器正常工作時，CPU從存儲器中取出有關用戶信息和控制信息，并送往被控電路使其處于正常工作狀態(tài);當調整電器時，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改變這些控制信息，以確保采用I2C總線的電器處于最佳工作狀態(tài)。

　　⑵CPU對被控電器的控制過程

　　CPU對采用I2C總線的被控電器控制需經過以下過程。

　?、貱PU尋址過程。當CPU要對某被控器進行控制時，CPU將向總線發(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調用數據過程。CPU找到被控器后，就從存儲器中調出相應的用戶信息及控制信息，并通過I2C總線送到被控器，使被控器處于所要求的工作狀態(tài)。

　?、郾豢仄鲌?zhí)行指令的過程。被控器接收到指令后，便對指令進行譯碼，并將譯碼的結果與自己的控制內容編碼進行比較，以確定進行何種操作，這項工作是由總線接口電路中的譯碼器來完成的。確定進行何種操作后，總線接口電路中的相應控制開關便自動接通，控制數據經過控制開關送到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，完成有關操作。I2C總線數據傳送最繁忙的時刻是在采用I2C總線電路的剛開機一瞬間，由于被控電路沒有存儲數據的功能，因此，每次開機時CPU都要從存儲器中取出控制數據，送往各被控器，使被控器進人相應的工作狀態(tài)。因此，剛開機時CPU的控制任務最繁重，控制過程最復雜，損壞的可能性也就最大，所以使用I2C總線的電器應盡量避免頻繁開/關機。

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

　　由I2C總線控制的集成電路或器件必須具有專用的總線端子，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，均可以由總線控制。