pmbusintro數(shù)字電源開放標準協(xié)議

1、pmbus一 字電源開放標準協(xié)議（圖）作者：artesyn technologies 公司 bob white近年來，許多相關(guān)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(shè)計人員已經(jīng)轉(zhuǎn)向開發(fā)中間總線 電源結(jié)構(gòu)，通過使用多個單板do dc轉(zhuǎn)換器來產(chǎn)生不同硅器件所需要的多樣化的電源耍求。這導致一個很 明顯的結(jié)果就是在產(chǎn)品的設(shè)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/下電時序就需耍專門的可編程集成電路及人量的額外部件，更別說用丁靈活的系統(tǒng)級 控制和診斷所需耍的配置或?qū)崟r反饋設(shè)施。冃前許多鬲性能的do dc轉(zhuǎn)換器仍是通過簡單的無源元件產(chǎn)生的模擬信號來

2、進行設(shè)登和控制。即使具冇最 先進電源轉(zhuǎn)換拓撲結(jié)構(gòu)的髙性能轉(zhuǎn)換器，也冇町能需要使用外部調(diào)節(jié)電阻利電容來確定諸如心動時間、輸 出點值及開關(guān)頻率等參數(shù)。當然，這些參數(shù)沒冇一個是町以在匆忙屮更改的，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丿禾控制提供冇限的數(shù)字編程性）的轉(zhuǎn)換器z外, 市場i:大多數(shù)磚形轉(zhuǎn)換器、中間總線轉(zhuǎn)換器及負載點（point of load） pol轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器，因為這些轉(zhuǎn)換器廣泛用于板卡上并為器件捉供最終電 丿衣。然而，這個需求也適合于隔

3、離轉(zhuǎn)換器，因此，空無疑問，設(shè)計者們希望能夠很快得到其他的數(shù)字可編 程電源。圖：artesyn technologies的pmbus的展示套裝,包括一個具右8個町編程負載點轉(zhuǎn)換器的usb驅(qū)動的單板及一個電腦圖形用戶界血造成這種現(xiàn)象的原因很簡單：直到現(xiàn)在，業(yè)界對丁數(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(zhuǎn)換器，向解決這個問題的方向邊進了，但是轉(zhuǎn)換器是基于自主開發(fā)的結(jié)構(gòu)和半導 體器件，因此開發(fā)成本會比較島，這就需要從英他方面進行補償，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(shù)就不可能被其他單板器件的生產(chǎn)商 所使川。

4、什么是pmbuspmbus是-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(zhuǎn)換 器或其他設(shè)備的通信。該協(xié)議是由一群認為由于沒冇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，而其所冇權(quán)也交由獨立的特別利益組織（sg,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。值得注懣的是pmbus并不是一個針對aodc或dqdc轉(zhuǎn)換器的標準。其并未規(guī)定波型因數(shù)、引出線等屬 性（這些屈性由業(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

5、題（該問題仍然止| 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出行 總線的版本，具冇分組錯誤檢查和主機通知功能。i2c總線原來是由e利浦電子公司開發(fā)用于集成電路間 通信的，血smbus則被因特爾公司用于pc及服務(wù)器的通信系統(tǒng)管理。smbus廣泛應用于基于intel技術(shù) 的服務(wù)器i:,為系統(tǒng)管理提供狎能的外圉管理接口 （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(shè)備（如負載點轉(zhuǎn)換器）中斷系統(tǒng)主機或總線的控制, 這種安排耍比系統(tǒng)使川主機來不斷輪詢從機的方式更

6、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(shè)計者們能夠更容易地實現(xiàn)事件驅(qū)動的閉環(huán)控制方案。此外，pmbus協(xié)議規(guī)定所有從屬設(shè)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。該解決方案耍求控制總線對所有的從屈設(shè)備進行配 置以作為上電初始化程序的一部分。每個從屬設(shè)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z外，pmbus協(xié)議述規(guī)定了州種與電源轉(zhuǎn) 換設(shè)備共同使用的硬件信號，一個是與總

7、線發(fā)出的命令共同使用的控制信號，用于啟動和關(guān)閉單個從屬設(shè) 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 用冇線的“與”（邏輯電路）連接到總線上的所冇設(shè)備，以便在總線上的設(shè)備發(fā)生沖突時做出裁決，這在電 氣方面與i2c總線相似。control signalserial bus clockuuj1sv2snm 1soh wuj1sassmoaurtt control oata |cs叩unit #1t1 dwritephysicalprotectadoresssmbakrtt control oata clocksunit #2wpsmbalert

8、a signalserial busdatasmbaurtfunitwnclock 枷f ttwritephtsicalprotectadoredwritephysicalprotectadmess圖2：基于pmbus的數(shù)字電源管理的典空連接與其他的電源管理結(jié)構(gòu)不同，pmbus有一個顯著的特點，即主控設(shè)備不是基于自主設(shè)計的硅，也不作為一 個轉(zhuǎn)換器。主機與電源之間的所有通信都是通過總線來完成的。這就節(jié)省了執(zhí)行成本以及提供一個更為靈 活的控制方法。主機町以是系統(tǒng)現(xiàn)有的處理器、一個低成木的通用微控制器或fpga屮的一些門，當然也 可以是在不同時期的不同的器件。例如，在單板設(shè)計階段，一臺便攜式電腦可以

9、當做一個主機，然后在生 產(chǎn)測試時，主機也可以iii自動測試設(shè)備來擔當，以便全面核實單板的性能，如有必要，可動態(tài)更改單個電 源轉(zhuǎn)換設(shè)備的運行參數(shù)以適應單板上硅的需求。最終通過測試選擇的數(shù)值可以保存在從機的水久存儲器里。簡單的命令語言pmbus的通信是按照一個簡單的命令集進彳了的。每個包包含一個地址字節(jié)，一個命令字節(jié)，零個、一個或 多個數(shù)據(jù)字節(jié)，以及一個可選的包錯誤碼（pec）字節(jié)。圖3顯示了一個典型的主機到從機的信息傳輸， 主機使用單獨的“開始”和“停止”來表明跡程的開始和結(jié)朿。而從屬設(shè)備則使用單獨的位來確認收到的每個字 節(jié)。為了減少響應時間及處理器開銷，從機在收到“停止”信號時立即處理并執(zhí)彳了

10、命令，其不同于許多其他 的總線協(xié)議，pmbus不會被迫等待單獨的“執(zhí)行”命令。adoftess byte commano bytedata byte 1oata byte 2oata byte n optional pc 8*t67 65巾屮|。卜t水1屮1巾1巾卜卜1*1巾1；t 1 0 a|p(71 rfaowwltuhom systempj bit71 ackmowlgocfi 71ki snol from convenor kistop signal fwn hostsywlom圖3：標準卞從通信順序 當該協(xié)議的一字節(jié)命令代碼表示可能冇多達256條命令可用時，這并不表示pmbus設(shè)備要

11、支持所冇的命 令，實際上許多設(shè)備只需使用很小的一部分命令子集來達到預定的u的。由于對該標準的“未來驗證”得到 和當?shù)闹匾?，因此其可提供兩個命令擴展，這兩個命令擴展可以冇效地允許雙字節(jié)命令。一個擴展是留給 pmbus設(shè)備生產(chǎn)商自用的，另一個擴展是用于對該協(xié)議的厲續(xù)修訂。實施簡易pmbus協(xié)議豐富的命令集使設(shè)計者們可以編寫簡易而有效的電源管理程序，容易而快速地執(zhí)行設(shè)計方案。 負載點轉(zhuǎn)換器的電斥時序控制提供了一個理想的范例。至今，許多設(shè)計者們都選擇使用市場上一些高性能 的專用ic來完成這個任務(wù)。他們都接受這樣一個事實，即要完成電壓時序控制，就要使用ic生產(chǎn)商提供 的軟件來開發(fā)程序，而專用ic等器件也

12、要占用單板上的寶貴空間。而直接采用pmbus控制的轉(zhuǎn)換器則提 供了一個更經(jīng)濟靈活的解決方案，使得在產(chǎn)品的使川壽命內(nèi)的任何時間點，都可以更改各種運行參數(shù)，以 適應工程更改的需求。負載點轉(zhuǎn)換器的上電時序控制只需要兩個pmbus命令，如圖4所示。ton_delay設(shè)定了轉(zhuǎn)換器等待開始 上電的時間，而ton_rise則設(shè)定了從零增至瑕終編程數(shù)值的時間。用戶只需要對每個轉(zhuǎn)換器編程它的啟 動延遲時間和啟動上升時間。同樣地，対于掉電時序控制，只需耍兩個命令toff_delay和toff_fall。圖4：啟動/關(guān)閉通常只需耍4個pmbus命令電壓余量是數(shù)字可編程轉(zhuǎn)換器讓設(shè)計者和生產(chǎn)測試人員覺得輕松簡易的另一個

13、領(lǐng)域?，F(xiàn)在許多單板生產(chǎn)商 在面對供電電壓的小差異時，都使用這一技術(shù)來評估集成電路的性能。作為正常生產(chǎn)測試進程的一部分， 任何邊緣的或低于規(guī)格的器件都可以進行更換，以免其成為昂貴的、難以更正的廢品。至今，電壓余量測 試已經(jīng)成為一項高重復性和耗時的程序，這項工作耍將不同數(shù)值的電阻器裝入dqdc轉(zhuǎn)換器中，以便使其 輸出電壓與標稱值僅偏弟兒個百分點。通過使用符合pmbus協(xié)議的負載點轉(zhuǎn)換器，這個過程變得極為簡單, 只要使用僅僅兩個命令(vout margin_high和vout margin low),每個轉(zhuǎn)換器就可以傳輸緊密 控制的測試電壓，而單板性能的效果也得到監(jiān)控。這樣做可以減少生產(chǎn)測試時間，冇助于消除不確定性， 以及獲得淸楚的測試記錄結(jié)果。業(yè)界的認可pmbus協(xié)議已經(jīng)獲得了確保其成功所需要的動力。該協(xié)議是徃2004年10月山兩家世界領(lǐng)先的電源公司 artesyn technologies和astec power,以及六家以上的世界領(lǐng)先半導體生產(chǎn)商共同建立的。隨后電源生