數(shù)字電源管理――PMBus

復(fù)雜性

SMBus 1.1標(biāo)準(zhǔn)的篇幅達(dá)39頁。PMBus 1.2則為125頁。而且，制造商們除此之外還添加了他們自己的特殊寄存器和功能性(配有100多頁的相關(guān)規(guī)范)。那么，如何應(yīng)對(duì)所有這些復(fù)雜性呢?基本上是借助工具和重用。當(dāng)然，還包括相關(guān)的規(guī)范，其可通過System Management Interface Forum獲得。

使用模型

我將提出兩種重要的使用模型，雖然可能還有其他的使用模型，不過此二者是我發(fā)現(xiàn)得到大量運(yùn)用的兩種主要模型：

1. 配置(Configure)和部署(Deploy)

2. 監(jiān)視(Monitor)和運(yùn)作(Act)

最重要的PMBus命令集之一用于存儲(chǔ)和恢復(fù)操作存儲(chǔ)器和非易失性存儲(chǔ)器之間的設(shè)定值。當(dāng)與用于改變操作存儲(chǔ)器(行為特性)的命令相組合時(shí)，其可支持Configure和Deploy使用模型。

配置(Configure)和部署(Deploy)

大多數(shù)PMBus產(chǎn)品制造商都擁有一種GUI工具，該工具可通過PMBus和一個(gè)接口轉(zhuǎn)換板與其產(chǎn)品進(jìn)行通信。在多數(shù)場(chǎng)合中，接口轉(zhuǎn)換板通過USB連接至一部主PC。基本使用模式是在總線上配置PMBus器件的所有寄存器，并將其數(shù)值存儲(chǔ)于非易失性存儲(chǔ)器中。這樣，當(dāng)系統(tǒng)通電或復(fù)位時(shí)，所有的器件在啟動(dòng)期間將從非易失性存儲(chǔ)器來給操作存儲(chǔ)器加載。

這種模型的基本優(yōu)勢(shì)在于其簡(jiǎn)單性。工具能夠通過數(shù)據(jù)組織、模板和項(xiàng)目重用來消除PMBus的大部分復(fù)雜性。第二項(xiàng)優(yōu)勢(shì)是成本較低，因?yàn)椴恍枰捎?ldquo;額外的”器件來管理總線。

此模型的主要劣勢(shì)是喪失了正常操作期間PMBus的所有功能。在異常情況下(比如：發(fā)生了故障)，所有的器件都必須自主地做出反應(yīng)，但靈活性受到限制，而且缺少協(xié)調(diào)。在復(fù)位時(shí)情況同樣如此。所有的器件均必須自主啟動(dòng)。

讓我們來研究一下由此強(qiáng)加的某些限制條件。假設(shè)一種電源架構(gòu)具有由一個(gè)IBC(中間總線控制器)運(yùn)作的12軌POL(負(fù)載點(diǎn))轉(zhuǎn)換器。POL1存在OC(過流)故障，而且故障響應(yīng)是關(guān)斷電源軌。由于總線上沒有用于對(duì)故障做出反應(yīng)的任何主機(jī)控制器，因此其他的電源軌將繼續(xù)運(yùn)作，除非POL1的OC通過負(fù)載在另一個(gè)電源軌上引起了某種故障。

為了克服這些限制，許多器件都具有附加的IO引腳，這些引腳允許器件在沒有PMBus的情況下進(jìn)行相互通信。傳統(tǒng)的方法是在器件之間采用漏極開路信號(hào)。通常有3個(gè)引腳：

• SYNC(同步)

• RUN(運(yùn)行)

• GPIO(通用輸入輸出)

SYNC引腳用于在復(fù)位時(shí)建立一個(gè)公共時(shí)基。這提供了用于接通/關(guān)斷事件排序的準(zhǔn)確時(shí)間相關(guān)。RUN引腳可使所有器件利用一個(gè)外部邏輯門或器件本身實(shí)現(xiàn)同時(shí)復(fù)位。GPIO通常是一個(gè)故障輸出和故障輸入。這允許源自某個(gè)器件的故障傳播至其他器件。這些引腳雖然并非PMBus規(guī)范的一部分，但為了讓Configure和Deploy使用模型作為一個(gè)系統(tǒng)來工作，它們卻是必不可少的。

監(jiān)視(Monitor)和運(yùn)作(Act)

最靈活的使用模型需要一個(gè)在系統(tǒng)操作期間處于運(yùn)行狀態(tài)的PMBus主機(jī)。由于能夠全面使用完整的命令集，因此系統(tǒng)僅受限于PMBus的速度和您的想象力。

有幾種用于構(gòu)建PMBus主機(jī)的子模型。一個(gè)微處理器或微控制器、FPGA邏輯器件或一個(gè)嵌入在FPGA中的控制器。通常，它是某種類型的控制器，即使是內(nèi)嵌于一個(gè)FPGA中。它只是更容易實(shí)現(xiàn)，而且更加靈活。

Alert引腳一般連接至控制器上的一個(gè)中斷引腳。當(dāng)存在某種故障時(shí)，微處理器(μP)通過以下方式對(duì)中斷做出反應(yīng)：獲得故障器件的地址、通過PMBus查詢相關(guān)狀況、并采取措施以校正問題或使電源軌斷電。

控制器也用于遙測(cè)。數(shù)據(jù)可以用來預(yù)測(cè)故障、測(cè)量功耗或調(diào)試罕見的故障。另外，控制器還將在復(fù)位時(shí)設(shè)置所有的電源軌。

該使用模型的終極價(jià)值是靈活性。不過，必需為此付出代價(jià)：開發(fā)時(shí)間/成本和更多的硬件。雖然開發(fā)成本能夠借助可重用框架而略有減低，但硬件成本的額外增加卻是無法避免的。

混合模型

根據(jù)我的經(jīng)驗(yàn)，有許多工程師都在使用Configure和Deploy模型，少部分的工程師則采用Monitor和Act模型。當(dāng)采用后者時(shí)，很少是以其純粹的形式來使用。利用工具來處理大部分的配置要常見得多，借助的方法是：確保接口轉(zhuǎn)換板與主機(jī)具有兼容性，并且僅將PMBus主機(jī)用于遙測(cè)、高級(jí)故障處理和最終用戶通知。

另外，這種工作的劃分還可提供針對(duì)策略和安全決定的某種控制。電源工程師能夠通過一種工具來控制電源軌電壓、啟動(dòng)定時(shí)和主要的故障響應(yīng)。而利用針對(duì)PMBus主機(jī)所發(fā)出之容許命令的規(guī)則，嵌入式軟件設(shè)計(jì)人員的工作內(nèi)容被限定為一組有助于調(diào)試的安全遙測(cè)功能和異常情況記錄。

最終決定

做出有關(guān)使用模型的決策并不簡(jiǎn)單。通常，直到您設(shè)計(jì)了自己的首個(gè)數(shù)字電源架構(gòu)之后才會(huì)真正了解本應(yīng)當(dāng)怎么做。希望通過這文章系列可使這些決策變得更加容易，而且您甚至可以在最終設(shè)計(jì)之前進(jìn)行架構(gòu)的原型設(shè)計(jì)(假定擁有我所提供的資源)。如果您有話題希望在我今后的文章中看到討論，請(qǐng)給我們知道，我們將盡全力對(duì)其作相關(guān)的論述。