PMBus——数字电源开放标准协议

作者：Artesyn Technologies  公司　Bob White

近年来，许多相关的因素导致对数字电源管理的需求急剧上升。许多板卡设计人员已经转向开发中间总线电源结构，通过使用多个单板DC/DC转换器来产生不同硅器件所需要的多样化的电源要求。这导致一个很明显的结果就是在产品的设计、生产测试及日常使用的过程中，配置、控制及监控这些电源将变得更加的复杂。光是控制上电/下电时序就需要专门的可编程集成电路及大量的额外部件，更别说用于灵活的系统级控制和诊断所需要的配置或实时反馈设施。

目前许多高性能的DC/DC转换器仍是通过简单的无源元件产生的模拟信号来进行设置和控制。即使具有最先进电源转换拓扑结构的高性能转换器，也有可能需要使用外部调节电阻和电容来确定诸如启动时间、输出点值及开关频率等参数。当然，这些参数没有一个是可以在匆忙中更改的，因此自适应的电源管理方案也就不可能实现，更别说推测性的电源管理方案。

除了一些专门用于微处理器（其以VID代码的形式为输出电压控制提供有限的数字编程性）的转换器之外，市场上大多数砖形转换器、中间总线转换器及负载点（Point of load）POL转换器仍然是采用模拟控制的。对数字控制需求最为迫切的是非隔离负载点转换器，因为这些转换器广泛用于板卡上并为器件提供最终电压。然而，这个需求也适合于隔离转换器，因此，毫无疑问，设计者们希望能够很快得到其他的数字可编程电源。



图1：Artesyn Technologies的PMBus的展示套装，包括一个具有8个可编程负载点
转换器的USB驱动的单板及一个电脑图形用户界面

造成这种现象的原因很简单：直到现在，业界对于数字电源管理还没有达成共识。许多电源生产商已经推出了数字可编程负载点转换器，向解决这个问题的方向迈进了，但是转换器是基于自主开发的结构和半导体器件，因此开发成本会比较高，这就需要从其他方面进行补偿，将顾客锁定在狭窄的供应链及限制性的许可协议中。而且，由于硬件和软件都是用于单一目的，因此这项技术就不可能被其他单板器件的生产商所使用。

什么是PMBus

PMBus是一种开放标准的数字电源管理协议。可通过定义传输和物理接口以及命令语言来促进与电源转换器或其他设备的通信。该协议是由一群认为由于没有合适的标准而抑制了全数字电源管理解决方案的发展的电源和半导体生产商共同建立的。目前，这个协议正在迅速地获得业界的认可。今年3月，该协议的修正版1.0公之于众，而其所有权也交由独立的特别利益组织（SIG，即系统管理接口论坛），负责该标准的进一步发展和推广。

值得注意的是PMBus 并不是一个针对AC/DC或DC/DC转换器的标准。其并未规定波型因数、引出线等属性（这些属性由业界的联盟组织POLA和DOSA来制定），也未解决电源之间的通信问题（该问题仍然由半导体和电源生产商负责）。

低成本实时控制

PMBus传输层是基于低成本SMBus (系统管理总线)的1.1版本，这是个功能更为强健的业界标准I2C串行总线的版本，具有分组错误检查和主机通知功能。I2C总线原来是由飞利浦电子公司开发用于集成电路间通信的，而SMBus则被因特尔公司用于PC及服务器的通信系统管理。SMBus广泛应用于基于 Intel技术的服务器上，为系统管理提供智能的外围管理接口（IPMI）的物理层和传输层。

SMBus具有一个第三信号线 SMBALERT，可以使从属设备（如负载点转换器）中断系统主机或总线的控制，这种安排要比系统使用主机来不断轮询从机的方式更为灵活，而且其对主机处理器造成的负担也更小，这就使得设计者们能够更容易地实现事件驱动的闭环控制方案。此外，PMBus 协议规定所有从属设备必须将其默认的配置数据保存在永久性存储器内或使用针脚编程，这样它们在上电时无须再与总线通信。这样系统启动时间大大少于市场上的其他数字控制解决方案。该解决方案要求控制总线对所有的从属设备进行配置以作为上电初始化程序的一部分。