數(shù)字電源監(jiān)視和遙測

遙測曲線圖示出了內(nèi)部芯片溫度。當(dāng)我把手指放在器件上而且它冷卻時(shí)，曲線圖中出現(xiàn)了凹陷。曲線圖上的最小值和最大值分別為30℃和40℃。由圖可見，測量結(jié)果相當(dāng)不錯(cuò)。

器件將采用這種溫度監(jiān)視電路來保護(hù)自身，但其亦可用于檢測更加細(xì)小的問題。如果您添加一個(gè)I2C溫度監(jiān)視器件，并把傳感器布設(shè)在一塊介于傳感器和所有PMBus器件之間的PCB周圍，就能很好地了解電路板的工作狀況。您可

以借此來平衡溫度(通過控制負(fù)載)，標(biāo)定系統(tǒng)在不同負(fù)載條件下的特性，或者簡單地向系統(tǒng)操作員發(fā)送一條警告消息，這樣他們就能將有問題的電路板換下并送去維修。

對于效率也可采取相同的做法。通過測量輸入和輸出電壓及電流，您可以在執(zhí)行中計(jì)算電源效率，并運(yùn)用該信息來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化(通過轉(zhuǎn)移工作負(fù)載以使轉(zhuǎn)換器更接近于其最佳效率)。另外，您也可以注意發(fā)現(xiàn)那些反常的模式，這或許能幫助您在問題發(fā)生之前及時(shí)地加以檢測。電路板管理器通常都具有通信接口，可為您發(fā)出此類通知。

自主型與受管型系統(tǒng)

我想把這些性能參數(shù)放入使用模型的環(huán)境中：

在我的前一篇文章中我提出了兩種使用模型：

1. 配置(Configure)和部署(Deploy)

2. 監(jiān)視(Monitor)和運(yùn)作(Act)

另一種對此進(jìn)行描述的方法是“自主型與受管型”系統(tǒng)。在自主型系統(tǒng)中，電源轉(zhuǎn)換器的上電和運(yùn)作完全獨(dú)立于PMBus，與模型1很相似。受管型系統(tǒng)則主動(dòng)地采用PMBus，這與模型2十分相像。

這些模型具有不同的性能特點(diǎn)。PMBus自身的性能受限于400Hz(典型值)總線時(shí)鐘。監(jiān)控性能與PMBus無關(guān)，無論在數(shù)字處理單元中作為一個(gè)模擬比較器和直接邏輯抑或是較慢邏輯來實(shí)現(xiàn)。

在受管型系統(tǒng)中(例如：Monitor和Act)，Act部分具有與自主型系統(tǒng)相同的性能，直到PMBus位于一個(gè)由主機(jī)管理的決策環(huán)路中為止。當(dāng)主機(jī)必須讀取遙測數(shù)據(jù)以及對器件實(shí)施某種功能或參數(shù)變更時(shí)，性能通常受限于PMBus。

另外，托管系統(tǒng)性能也有著很大的不同，因?yàn)橹鳈C(jī)必須管理多個(gè)電源軌(電源軌的數(shù)量取決于系統(tǒng)架構(gòu))。假設(shè)讀取一個(gè)數(shù)值及對應(yīng)地變更一個(gè)數(shù)值需要200μs的時(shí)間(400kHz總線)。然后假定我在主機(jī)的控制環(huán)路中有10個(gè)電源軌，這樣所需的時(shí)間即為2ms?，F(xiàn)在，增設(shè)幾顆用于監(jiān)視溫度的I2C芯片。在與PMBus無關(guān)的主機(jī)中添加其他的功能，最終系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間比數(shù)字處理單元慢。此外，如果由于某些較慢的I2C器件的原因而以100kHz的頻率運(yùn)行總線，則響應(yīng)速度將變得更慢。

正因?yàn)槿绱?，我們采用了混合式使用模型，其中關(guān)鍵性的功能全部由數(shù)字處理單元(和快速監(jiān)控器)來處理，并且不依賴于PMBus，而較高級(jí)的功能(例如：能耗和故障預(yù)測)則由一個(gè)PMBus主機(jī)來操控。

由于同樣的原因，當(dāng)不需要較高級(jí)的功能時(shí)，器件完全可以自行運(yùn)作，而PMBus是一個(gè)用于配置工具的使能器。特別地，PMBus工具對于電路板開發(fā)與運(yùn)行狀況檢驗(yàn)是非常有用的。這種工具以儀表板格式來顯示系統(tǒng)所有電源軌的狀態(tài)：遙測、故障和設(shè)定值。

回顧

大多數(shù)數(shù)字電源器件都具有監(jiān)控器和監(jiān)視器。我已經(jīng)將監(jiān)控器作為一種快速動(dòng)作安全器件，以及把監(jiān)視器作為一種用于遙測的采樣器件進(jìn)行了特性分析。這雖然是一種適合分類的簡便方法，但對于術(shù)語的使用應(yīng)謹(jǐn)慎從事，特別是關(guān)于監(jiān)控器和故障。有的時(shí)候，“監(jiān)控器”這個(gè)詞語被用于一種采用來自監(jiān)視器之?dāng)?shù)據(jù)的故障發(fā)生方法，因此其延遲通常大于比較器。

這并沒有什么毛病。如果某個(gè)器件已經(jīng)需要一個(gè)監(jiān)視器，而且倘若故障不必以超快的速度出現(xiàn)，那么為什么要為并不需要的比較器或邏輯器件“埋單”呢?只需閱讀產(chǎn)品手冊并仔細(xì)查看其方框圖，就能對器件的工作原理和特性有所了解。芯片設(shè)計(jì)師對于權(quán)衡取舍相當(dāng)在行，但所做的折衷是否適合您的應(yīng)用只有您才能確認(rèn)。不過一般來說，您將會(huì)發(fā)現(xiàn)：如果它是一項(xiàng)安全性問題，將需要采用比較器;而如果是準(zhǔn)確度問題，則將采用高準(zhǔn)確度ADC。

雖然使用監(jiān)控器的重要性相當(dāng)明顯，但監(jiān)視器有時(shí)卻并未受到重視，直到您想要用它們的時(shí)候才會(huì)恍然大悟。容易出現(xiàn)的情況是：專注于確定電源軌的高低、研究瞬態(tài)響應(yīng)和所有其他的模擬工作特性，卻并未考慮系統(tǒng)級(jí)的因素。但是，當(dāng)您擁有了PMBus及其所有的控制器、用于存儲(chǔ)設(shè)定值的NVMRAM、以及用于配置的軟件工具時(shí)，應(yīng)考慮能夠利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)做些什么。只需多付出一點(diǎn)點(diǎn)精力，您或許就會(huì)發(fā)現(xiàn)一項(xiàng)競爭優(yōu)勢。而且，您也無須預(yù)先實(shí)現(xiàn)所有的固件。關(guān)于固件的好事是：無需變更硬件即可實(shí)現(xiàn)其升級(jí)。

如果您能夠預(yù)知故障或優(yōu)化效率，則常?？梢允栈毓碳矫娴耐顿Y(回收資金可達(dá)開發(fā)成本的100倍)。而所需要的僅僅是：在設(shè)計(jì)中添加或采用一個(gè)現(xiàn)有的FPGA或微控制器，掌握應(yīng)用領(lǐng)域的一些相關(guān)知識(shí)，還有一點(diǎn)點(diǎn)想象力。

在今后的文章中，我將更加詳細(xì)地闡述PMBus集成的問題。到目前為止，您很可能覺得那將需要進(jìn)行大量的工作。不過，根本沒有那么困難。