分享一下通信總線的一些知識

介紹

1.1 簡介

電源管理總線（PMBus）是系統(tǒng)管理總線（SMBus）的變體，旨在實(shí)現(xiàn)電源的數(shù)字管理。與SMBus一樣，它是一種基于I2C的相對慢速的雙線通信協(xié)議。與這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的任何一個(gè)不同，它定義了大量特定于域的命令，而不僅僅是說如何使用讀者定義的命令進(jìn)行通信。
電源管理總線(PMBus)是一個(gè)開放的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電源管理協(xié)議:簡單、健壯、可擴(kuò)展。

1.2 背景

PMBus 規(guī)范于 2005 年發(fā)布，旨在幫助重新定義嵌入式系統(tǒng)中的電源管理。
SMBus它建立在I2C協(xié)議之上，是作為管理智能電池和其他系統(tǒng)和電源管理設(shè)備的一種手段而創(chuàng)建的。SMBus 與 I2C 一樣成本低，但其功能和特性更為強(qiáng)大。
由于 PMBus 是 SMBus 協(xié)議的擴(kuò)展，因此它共享其大部分物理層以及總線的運(yùn)行方式。但是，PMBus 定義了電源控制和管理組件所需的一組特定命令和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

1.3 運(yùn)行

物理層/傳輸

PMBus 是一種低成本的雙線接口，是 SMBus 標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展，該標(biāo)準(zhǔn)基于 I2C 協(xié)議構(gòu)建。與 SMBus 類似，PMBus 至少需要兩根電線進(jìn)行通信，包括時(shí)鐘信號 SMBCLK 和數(shù)據(jù)信號 SMBDAT。可選信號將換成兩個(gè) GPIO 引腳，包括 CONTROL 和 SMBALERT# 信號。
與 I2C 相比，PMBus 支持更強(qiáng)大的協(xié)議，因?yàn)?PMBus 提供超時(shí)和可選的數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤檢查（PEC）以增強(qiáng)數(shù)據(jù)完整性。超時(shí)可防止較慢的從器件將時(shí)鐘線保持超過指定的超時(shí)間隔，從而避免總線掛斷。PEC字節(jié)是使用CRC-8算法生成的，該算法用于驗(yàn)證事務(wù)的完整性，這在電源管理系統(tǒng)中通常至關(guān)重要。
與 SMBus 一樣，PMBus 包括用于通信的系統(tǒng)主機(jī)/總線主站和從設(shè)備（PMBus 設(shè)備）。

數(shù)據(jù)格式

與 I2C 類似，PMBus 是一個(gè)由 8 位數(shù)據(jù)字節(jié)組成的可變長度數(shù)據(jù)包。PMBus 的基本數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)包括一個(gè)地址字節(jié)，該地址字節(jié)由一個(gè) 7 位地址組成，以 1 位讀取或?qū)懭胄盘柦Y(jié)尾。然后是一個(gè) 8 位命令字節(jié)（包括命令代碼），然后是一個(gè)或多個(gè) 8 位數(shù)據(jù)字節(jié)。（可選）也可能有一個(gè) 8 位 PEC 字節(jié)。每個(gè)字節(jié)都包含自己的接收方確認(rèn)，并且每個(gè)事務(wù)都包含在主機(jī)的"啟動"位和"停止"位之間。

電氣

PMBus 電氣接口遵循與 SMBus 規(guī)范類似的規(guī)范。對于電源電壓要求，工作電壓范圍（V斷續(xù)器)電壓可能為3 V至5 V±10%（2.7 V至5.5 V）。
對于 400 kHz PMBus 設(shè)備，所需的下拉電流為 4 mA。

使用 PMBus 的位置

PMBus 已越來越多地用于系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)字電源管理。PMBus 可與各種電源管理產(chǎn)品配合使用，例如 AC-DC 電源、隔離式 DC-DC 斷開轉(zhuǎn)換器、非隔離式負(fù)載點(diǎn) （POL）轉(zhuǎn)換器、電源定序器和負(fù)載點(diǎn)電壓編程器，以及監(jiān)視器和風(fēng)扇控制器。

1.4 歷史

2005 年發(fā)布PMBus 規(guī)范。

2014年3月，AVSBus作為PMBus標(biāo)準(zhǔn)第1.3版的一部分發(fā)布。AVSBus是PMBus的一個(gè)子集，用于為FPGA、ASIC、處理器和其他大型數(shù)字IC提供自適應(yīng)電壓縮放。

1.5 專注方向

一項(xiàng)更雄心勃勃的工作也在進(jìn)行中，PMBus和AVSBus都將升級至2.0，這將在PMBus/AVSBus命令集和SMBus物理層和傳輸層之間提供一個(gè)明確的分離。將使PMBus在未來更容易采用附加的物理層和傳輸層。同時(shí)為了提高數(shù)字電力通信領(lǐng)域的安全性，正在考慮進(jìn)行更多的變更。 PMBus應(yīng)用程序概要工作組（PMBus ApplicaTIon Profile Work Group）專注于以下幾個(gè)領(lǐng)域：

擴(kuò)展現(xiàn)有點(diǎn)對點(diǎn)AVSBus體系結(jié)構(gòu)的行為，允許總線上有多個(gè)從設(shè)備，并進(jìn)行相關(guān)的命令和監(jiān)視更改。

為工業(yè)、醫(yī)療、通信和計(jì)算市場的前端電源定義PMBus應(yīng)用程序配置文件。該規(guī)范將包括交流輸入，48V輸入，高壓直流輸入。

定義通用（或中性）文件格式的特性，用于在新制造的線路板上配置來自多供應(yīng)商的PMBus器件。

物理總線實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一（物理總線實(shí)現(xiàn)）。這將在即將到來的PMBus 2.0中得到支持。SMBus一直是PMBus的默認(rèn)PHY，但有些已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了其他PHY，以便在較長距離上傳輸PMBus命令（ENET、CAN、RS485等）。這項(xiàng)工作將創(chuàng)建一種標(biāo)準(zhǔn)方法來支持PMBus而不是通過其他PHY實(shí)現(xiàn)。

1.6 命令

PMBus協(xié)議目前包括大約200個(gè)命令，這些命令可以分類如下：

配置

輸出電壓
工作頻率
OVT/OCT/OTP閾值
電源“良好”窗口
故障處理方式
軟啟動模式
同步
以及其他

控制

啟用/禁用
輸出電壓
工作頻率
相位節(jié)流
保證金
以及其他

監(jiān)控

輸入和輸出電壓
輸入和輸出電流
占空比
溫度
以及其他

PMBus優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 優(yōu)點(diǎn)

易于設(shè)計(jì)。

縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間。

能夠監(jiān)測電源，并篩選出設(shè)計(jì)不太好的電路板。

使用全新的特定用途集成電路 (ASIC) 時(shí)，能夠優(yōu)化功率級（測量實(shí)際汲取的電流值，并且不必過度設(shè)計(jì)輸出電感器和輸出電容器）。

PMBus可以在不需要外部模擬組件的情況下，輕松創(chuàng)建全新電源設(shè)計(jì)，這樣的話，您就不必在工作臺上嘗試新的電阻器和電容器時(shí)忍受煙熏火燎的痛苦了。

通過一個(gè)圖形化用戶界面 (GUI)，PMBus能夠?qū)崿F(xiàn)編程、排序、配置、控制、電壓裕量調(diào)節(jié)、輸出電壓調(diào)節(jié)、以及參數(shù)和故障監(jiān)視，這樣可快速實(shí)現(xiàn)重新設(shè)計(jì)，并更加智能地對參數(shù)和觀察到的故障做出響應(yīng)。

PMBus IC可以免除對外部硬件監(jiān)視器、監(jiān)控器、溫度傳感器，以及針對延遲的分立邏輯電路的需要。

示例

3.1 MW

應(yīng)用：自動導(dǎo)引車（AGV）
型號：RPB-1600-48（內(nèi)置PMBus）
通信接口：PMBus 本應(yīng)用使用兩個(gè)RPB-1600-48并聯(lián)安裝在物流倉庫中自動導(dǎo)引車的充電站。當(dāng)卡車返回充電站時(shí)，系統(tǒng)將檢測端口的連接狀態(tài)，并使用PMBus打開充電器為電池充電。如圖3所示，系統(tǒng)還將選擇適當(dāng)?shù)某潆婋娏?，通過PMBus為卡車的六個(gè)電池組充電，并通過通信發(fā)回充電信息和電源狀態(tài)。