PMBus――數(shù)字電源開放標準協(xié)議

近年來，許多相關的因素導致對數(shù)字電源管理的需求急劇上升。許多板卡設計人員已經(jīng)轉向開發(fā)中間總線電源結構，通過使用多個單板DC/DC轉換器來產(chǎn)生不同硅器件所需要的多樣化的電源要求。這導致一個很明顯的結果就是在產(chǎn)品的設計、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雜。光是控制上電/下電時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)級控制和診斷所需要的配置或實時反饋設施。

目前許多高性能的DC/DC轉換器仍是通過簡單的無源元件產(chǎn)生的模擬信號來進行設置和控制。即使具有最先進電源轉換拓撲結構的高性能轉換器，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時間、輸出點值及開關頻率等參數(shù)。當然，這些參數(shù)沒有一個是可以在匆忙中更改的，因此自適應的電源管理方案也就不可能實現(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)的轉換器之外，市場上大多數(shù)磚形轉換器、中間總線轉換器及負載點(Point of load)POL轉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載點轉換器，因為這些轉換器廣泛用于板卡上并為器件提供最終電壓。然而，這個需求也適合于隔離轉換器，因此，毫無疑問，設計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，包括一個具有8個可編程負載點

轉換器的USB驅動的單板及一個電腦圖形用戶界面

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成共識。許多電源生產(chǎn)商已經(jīng)推出了數(shù)字可編程負載點轉換器，向解決這個問題的方向邁進了，但是轉換器是基于自主開發(fā)的結構和半導體器件，因此開發(fā)成本會比較高，這就需要從其他方面進行補償，將顧客鎖定在狹窄的供應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，因此這項技術就不可能被其他單板器件的生產(chǎn)商所使用。

什么是PMBus

PMBus是一種開放標準的數(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與電源轉換器或其他設備的通信。該協(xié)議是由一群認為由于沒有合適的標準而抑制了全數(shù)字電源管理解決方案的發(fā)展的電源和半導體生產(chǎn)商共同建立的。目前，這個協(xié)議正在迅速地獲得業(yè)界的認可。今年3月，該協(xié)議的修正版1.0公之于眾，而其所有權也交由獨立的特別利益組織(SIG，即系統(tǒng)管理接口論壇)，負責該標準的進一步發(fā)展和推廣。

值得注意的是PMBus 并不是一個針對AC/DC或DC/DC轉換器的標準。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(該問題仍然由半導體和電源生產(chǎn)商負責)。

低成本實時控制

PMBus傳輸層是基于低成本SMBus (系統(tǒng)管理總線)的1.1版本，這是個功能更為強健的業(yè)界標準I2C串行總線的版本，具有分組錯誤檢查和主機通知功能。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及服務器的通信系統(tǒng)管理。SMBus廣泛應用于基于 Intel技術的服務器上，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具有一個第三信號線 SMBALERT，可以使從屬設備(如負載點轉換器)中斷系統(tǒng)主機或總線的控制，這種安排要比系統(tǒng)使用主機來不斷輪詢從機的方式更為靈活，而且其對主機處理器造成的負擔也更小，這就使得設計者們能夠更容易地實現(xiàn)事件驅動的閉環(huán)控制方案。此外，PMBus 協(xié)議規(guī)定所有從屬設備必須將其默認的配置數(shù)據(jù)保存在永久性存儲器內(nèi)或使用針腳編程，這樣它們在上電時無須再與總線通信。這樣系統(tǒng)啟動時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備進行配置以作為上電初始化程序的一部分。

每個從屬設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)定了兩種與電源轉換設備共同使用的硬件信號，一個是與總線發(fā)出的命令共同使用的控制信號，用于啟動和關閉單個從屬設備：另一個是可選的“寫保護”信號，可用于防止更改存儲器中的數(shù)據(jù)。典型實例如圖2所示。 SMBus 使用有線的“與”(邏輯電路)連接到總線上的所有設備，以便在總線上的設備發(fā)生沖突時做出裁決，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