電源中常用的總線技術(shù)

1 前言

隨著IT技術(shù)對電源技術(shù)的滲透，數(shù)字電源技術(shù)應(yīng)運而生，由于數(shù)字電源的控制靈活、結(jié)構(gòu)變化靈活、調(diào)節(jié)、維護方便和造價低的一系列優(yōu)點，代表了電源技術(shù)的發(fā)展方向。而在數(shù)字電源中，總線技術(shù)發(fā)揮了很重要的作用，本文結(jié)合數(shù)字電源中常用的總線技術(shù)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(nèi)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(jié)構(gòu)，得到各生產(chǎn)廠家的認可。目前，I2C總線在許多電子產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用。

I2C總線接口的有關(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(guān)電子部件之間實現(xiàn)通信，1987年P(guān)hilips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(shù)據(jù)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(guān)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(yīng)用就是通過一個主控部件來完成有關(guān)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(yīng)用，I2C總線的有關(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(guān)技術(shù)指標也被引用。I2C總線可以應(yīng)用于許多的微控制器，并且在許多應(yīng)用場合，利用通用的I/O引腳，通過軟件也可以驅(qū)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(nèi)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(diào)制解調(diào)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的活動中，并在智能電池系統(tǒng)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

I2C總線是串行總線系統(tǒng)，I2C總線由兩根線組成，一根是串行數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)線發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對被控電路的調(diào)整與控制。由于I2C總線只有兩根信號線，因此數(shù)據(jù)的傳輸方式是串行方式，其數(shù)據(jù)傳輸速度低于并行數(shù)據(jù)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(tǒng)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(tǒng)電路結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 I2C總線系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 I2C總線接口電路

I2C總線上傳輸?shù)氖菙?shù)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(guān)等電路組成。由CPU送來的數(shù)據(jù)信息經(jīng)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(shù)據(jù)，實現(xiàn)CPU對被控對象的控制。

I2C總線是雙向總線系統(tǒng)，通過I2C總線CPU可以向被控IC發(fā)送數(shù)據(jù)，被控IC也可通過I2C總線向CPU傳送數(shù)據(jù)，但被控IC是接收數(shù)據(jù)還是發(fā)送數(shù)據(jù)則由CPU控制。由于I2C總線是雙向總線系統(tǒng)，因此CPU可以對I2C總線上掛接的有關(guān)電路進行故障檢查。

對生產(chǎn)自動化調(diào)整功能的電器，可將生產(chǎn)線上的計算機與電器的I2C總線相連，根據(jù)電器不同調(diào)整項目的預置功能和要求，將最佳調(diào)整數(shù)據(jù)傳送到電器的E2PROM存儲器中，也可將標準數(shù)據(jù)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(diào)電位器，簡化了調(diào)整工藝，產(chǎn)品的一致性好，工作可靠性高。

圖2 I2C總線系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 I2C總線系統(tǒng)的功能

以CPU為核心的I2C總線系統(tǒng)，主要用完成以下幾個功能。

⑴用戶操作功能

用戶在使用電器時，通常要進行有關(guān)控制參量的調(diào)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(yīng)按鍵，CPU便通過I2C總線向被控電路發(fā)出有關(guān)控制指令。

⑵維修調(diào)整功能

完成對被控電器各單元電路進行工作方式設(shè)定和調(diào)整的控制功能。在普通電器中，是利用可調(diào)電位器進行有關(guān)單元電路的各種工作參數(shù)調(diào)整。而在I2C總線的被控電器中，這些參數(shù)都可由操作人員進行專門的調(diào)整狀態(tài)后，通過遙控器或本機操作鍵來完成有關(guān)工作參數(shù)的調(diào)整。