簡介

電源子系統目前正在越來越多地集成到整個系統中。電源系統已經從單獨的必不可少的危險裝置轉變成可監控的子系統。當今的系統已經開始將電源子系統視為可控制的外設來對待。這些系統可控制的電源子系統可以實現諸多優勢，如節電、排序及裕度調整等。然而，系統設計人員與電源設計人員必須創建他們自己的用戶方法，因為尚無任何行業標準作為指導。隨著最近對數控電源解決方法的重視，擁有面向電源子系統的標準化系統通信解決方法變得更加重要。新的pMBus（電源管理總線)、通信協議已經開發成功，用于系統與電源子系統之間的主板和支架(board-and-shelf)通信。本文討論了使用pMBus時的設計要求。還將舉例討論標準的電源子系統通信解決方法，從而使我們輕松了解pMBus的優勢。

電源解決方法的通信

SMBus是第一批電源子系統通信行業標準中的一個。組織將該總線含義為智能電池系統(SmartBatterySystem，SBS)，即存取總線(Accessbus)的擴展。存取總線基于具有地址限制的I2C總線之上。SMBus解決方法含義了多主機協議，以滿足電池管理要求。多主機要求是因為系統主機及電池會在不同時間進入主機狀態。目標是擁有這樣的系統：能夠由系統控制智能電池的電極(pole)，但是仍然允許電池請求幫助和配置充電器。該含義還包括總線禮節(busetiquette)，如總線hog限制及其他超時情況(time-out)。該協議還解決了許多用戶問題，如用戶在沒有系統通知的情況下進行的自發的電池斷路。為了強化協議，還供應了數據包糾錯(packetErrorChecking)。該選項在每個通信數據包末尾包含一個單字節代碼pEC。pEC是一個8位CRC（循環冗余校驗）。

本地電源通信當前使用的另一個標準是智能平臺管理接口(IpMI)。雖然不是為電源通信而專門設計，但在和電源管理相關的許多方面IpMI都有用到。與SMbus相同，IpMI也是基于I2C的，但是只支持主機模式寫入(MasterModeWrite)而非重啟來更改數據總線方向。IpMI還比SMBus進行更多的會話。設備要請求信息或發送響應。通信數據包的第一部分是連接報頭。該部分包括設備地址。該設備將接收數據包與信息，以識別數據包的功能。數據包的第二部分首先是發送數據包的設備地址，然后是命令和數據。每個段的最后部分是校驗和，以幫助檢測通信問題。

pMBus特殊利益集團(SIG)已經選擇將SMBus1.1作為通信協議使用。作為決策的一部分，pMBusSIG加入了SBS組織。除了公共總線之外，電源與電池管理之間還有許多共同利益。pMBus確實通過采用單個主機簡化了協議。

表1、有關電源使用的通用協議考慮事項pMBus1.0SMBus1.1IpMI1.5通信類型來源于I2C，SMBus1.1單個主機來源于I2C，10KHz到100KHz時鐘來源于I2C，只支持I2C主機寫入操作錯誤檢測可選pEC可選pEC校驗和當前規范版本V1.0V2.0V2.0告警方式SMBAlertSMBAlert，主機通知協議(HostNotificationprotocol)到事件接收器的事件通知用于兩字節傳輸與錯誤檢測的總線流量6字節6字節7字節請求9字節響應總共16字節

主機設備可能有多個，但是我們將pMBus電源設備含義為從屬。pMBus利用SMBus告警線路向主機發送信號，通知電源設備要注意。SMBusAlert通常不用于電池組(batterypack)應用程序中。電池應用程序已經關閉了多主機方法和用于主機通知的電池廣播。當pMBus設備宣布pMBus告警線路之后，該設備將確認pMBus告警響應地址(ARA)。當找到ARA之后，告警從屬設備將把其地址以接收字節順序放置在數據字段中。pMBusSIG已經選擇ARA方法來降低與主機通知相關的復雜性及相應成本。

pMBus規范還包括用于每個從設備的可選控制信號pMBusControl。這個Control信號可啟用或禁用電源轉換器的輸出。使用此控制信號的系統要一個專用的連接，將主機連接至各個從設備或連接至要這一控制級別的從設備組。盡管這肯定會新增至電源管理的信號走線，但是在要快速關斷的系統中可能會要此接口。

另一個pMBus問題是到設備組的通信（但不是同時到所有設備）。例如，假如系統要同時啟動三個電源轉換器，則所有三個轉換器都必須接收到同一個命令，以便支持它們各自的輸出。在一個通信包內使用重復的啟動可以執行此功能。每個設備被逐個單獨尋址，但是設備間的通信不會發送停止位。當配置完所有設備之后，再發送停止位，以便觸發該操作。另一種方法是使用pMBusControl行，以便一次性啟用所有電源上的輸出。

隔離通信在某些電源應用中，通信線路必須跨越隔離邊界。圖1顯示了適用于雙向通信線路的光隔離電路。這種方法可用于pMBus數據或時鐘線路。pMBus數據線路是雙向的，因為它是用于SMBus或IpMI的同一條線路。即使IpMI只使用主機寫入(MasterWrite)模式，從設備也必須了解該數據，因此這就要求數據是雙向的。

其他接口線路也可能是雙向的。用于所有三條總線的時鐘線路可能要是雙向的。假如要從設備進行時鐘伸展，則時鐘線路是雙向的。當從設備要更多時間來接收數據位時，或在其他情況中，要時間以確定是否應了解命令時，會出現時鐘伸展。在跨越隔離邊界的多主機設計中，時鐘線路始終是雙向的。

SMBAlert線路和pMBusControl線路都不是雙向的。從設備控制SMB告警線路，不要了解其他設備是否正在向某些設備發出警報。當主機設備已經知曉告警狀態，告警的從設備將使SMB告警線路進入工作狀態。pMBusControl線路將主機設備連接到一個或多個從設備上，它不是雙向總線。

同步降壓型pMBus示例

圖2顯示了降壓轉換器的一個簡化示例，其使用了pMBus通信。示例中出現的可選的總線保護電路適用于pMBus不起用途(gooff-board)的情況。大多數情況下，不要可選電路。uC或DSp可監控各種模擬輸入，其中包括Vin、Vout、平均電流及穩定。目前的測量方法是使用電感器的ESR以及電熱調節器的數字控制器供應的信息來補償溫度。在測量電流強度與溫度的過程中，數字控制器可以在允許的范圍內操作電源轉換器。使用pMB告警線路，控制器可通知系統狀態是否接近操作限制。可將pMBusControl連接到輸入數字控制器中的中斷輸入。這樣，通過對數字控制進行編程來提高其采取適當措施的速度。在任何情況下，電源都必須是可靠的，能夠保護自己。新一代的數字電源設備UCD7K已經集成了以全時模式保護功率級的安全電路。此外，這些專用驅動器還集成了許多特殊的功能，如偏置調節器(biasregulator)及運算放大器等，以便為數字控制器供電，并幫助進行信號調節。

數字控制器如該圖所示，擁有適當的pWM分辨率來實現穩壓，2ns或更高水平。當這種能力與pMBus命令集相結合時，系統就會適應實時響應。面向電源控制的數字控制器新家族成員UCD9K現已推出。這些數字控制器擁有非常高的pWM分辨率，不要以非常高的頻率運行系統時鐘。此外，它們還擁有pMBus支持。數字方式的閉環優勢是，數字控制可以選擇預先配置的適合當前工作要求的環路補償方程。這些環路補償方程可以在制造期間配置，或者可以實時調節。無論采用哪一種方法，pMBus都能供應可完成這項任務的通信方法。

結論應使用適當的通信總線進行電源控制與配置，以便滿足特定要。盡管有一些標準能夠滿足少量電源通信要求，但是電源獨一無二的要求要某種程度的修改。此外，類似于電池管理，電源必須自身供應全時保護。我們含義了

pMBus，以滿足電源通信的要求。它不僅滿足了在制造過程中進行配置和通信的要，而且還供應了與電源解決方法進行通信的系統，而不會引發大量的開銷。pMBus將會顯著加速數字電源的普及。