基于PMBus和VID技術(shù)的電源電路設(shè)計(jì)

摘要：針對高速嵌入式系統(tǒng)對自動調(diào)節(jié)輸出電壓的電源系統(tǒng)的需求，本文采用PMBus總線為電源芯片之間，電源芯片和控制器之間的通信提供標(biāo)準(zhǔn)，通過重點(diǎn)分析基于PMBus總線的數(shù)字可編程電源的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電壓識別的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法，設(shè)計(jì)了一支持電壓識別(VID)技術(shù)的帶兩路獨(dú)立電壓輸出的數(shù)字可編程電源系統(tǒng)。經(jīng)PMBus總線進(jìn)行配置后，該電源系統(tǒng)可以滿足高速嵌入式系統(tǒng)的多種電壓需求，取得了良好的效果。
關(guān)鍵詞：PMBus；電壓識別(VID)技術(shù)；開關(guān)電源；數(shù)字可編程電源

隨著高性能嵌入式系統(tǒng)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的通過無源器件產(chǎn)生的模擬信號來進(jìn)行設(shè)置和控制輸出電壓，啟動時間的DC／DC轉(zhuǎn)換器已經(jīng)難以滿足高性能嵌入式系統(tǒng)的用電需求。嵌入式系統(tǒng)的自適應(yīng)電源管理方案需要在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況實(shí)時改變電源的輸出電壓，上電次序，然而這些功能存?zhèn)鹘y(tǒng)的DC／DC電源管理方案巾是難以實(shí)現(xiàn)的。在這種背景下，數(shù)字可編程電源成為了最佳的選擇。而PMBus的出現(xiàn)為動態(tài)電源系統(tǒng)之間的通信提供了一個標(biāo)準(zhǔn)。同時，PMBus總線標(biāo)準(zhǔn)推動了電壓識別技術(shù)的發(fā)展，通過PMBus總線可以方便的對支持電壓識別技術(shù)的電源芯片進(jìn)行在線編程和配置。
PMBus總線技術(shù)從IIC總線發(fā)展而來，包括兩個從IIC總線繼承而來的基本信號SCL(時鐘信號)和SDA(數(shù)據(jù)信號)，兩個輔助信號ALTR#信號和CTL信號可分別用來響應(yīng)主控制器和關(guān)閉PMBus電源芯片的輸出。

1 基于PMBus的電源芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)
基于PMBus的電源芯片主要由模擬前端，補(bǔ)償濾波器，脈寬調(diào)制波產(chǎn)生器和一個內(nèi)部的控制器組成。模擬前端主要接收輸出電壓的反饋信號和電源芯片內(nèi)部設(shè)置的輸出電壓進(jìn)行比較，將比較的結(jié)果通過補(bǔ)償濾波器進(jìn)行處理得到脈沖寬度調(diào)制波需要調(diào)整的大小，并通過脈寬調(diào)制波產(chǎn)生器產(chǎn)生脈寬調(diào)制波來驅(qū)動電源驅(qū)動器，最終通過電源驅(qū)動器產(chǎn)生輸出電壓。

1．1 模擬前端
模擬前端需要將輸出電壓的反饋電壓和電源芯片內(nèi)部的參考電壓進(jìn)行比較，參考電壓決定了輸出電壓的大小。當(dāng)電源芯片支持電壓識別技術(shù)，其參考電壓由負(fù)載芯片的VID信號決定。當(dāng)電源芯片不接受來自電壓使用芯片的VID電壓反饋信號時，輸出電壓由PMBus命令VOUT_COMM AND，VOUT_CAL_OFFSET，VOUT_SCALE_LOOP和VOUT_MAX決定。圖3顯示了以上命令和參考電壓之間的關(guān)系。

模擬前端主要包括電壓比較器和和一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器。電壓比較器主要用于比較輸出電壓反饋信號和參考電壓，其輸出的值是兩個電壓的差值。模數(shù)轉(zhuǎn)換器將這一差值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號交由補(bǔ)償濾波器進(jìn)行處理。