电源管理总线 (PMBus)

2024-03-28 22:14:28

1 介绍

1.1 简介

电源管理总线（PMBus）是系统管理总线（SMBus）的变体，旨在实现电源的数字管理。与SMBus一样，它是一种基于I²C的相对慢速的双线通信协议。与这两个标准中的任何一个不同，它定义了大量特定于域的命令，而不仅仅是说如何使用读者定义的命令进行通信。
电源管理总线(PMBus®)是一个开放的标准数字电源管理协议:简单、健壮、可扩展。

1.2 背景

PMBus 规范于 2005 年发布，旨在帮助重新定义嵌入式系统中的电源管理。
SMBus它建立在I2C协议之上，是作为管理智能电池和其他系统和电源管理设备的一种手段而创建的。SMBus 与 I2C 一样成本低，但其功能和特性更为强大。
由于 PMBus 是 SMBus 协议的扩展，因此它共享其大部分物理层以及总线的运行方式。但是，PMBus 定义了电源控制和管理组件所需的一组特定命令和数据结构。

1.3 运行

物理层/传输

PMBus 是一种低成本的双线接口，是 SMBus 标准的扩展，该标准基于 I2C 协议构建。与 SMBus 类似，PMBus 至少需要两根电线进行通信，包括时钟信号 SMBCLK 和数据信号 SMBDAT。可选信号将换成两个 GPIO 引脚，包括 CONTROL 和 SMBALERT# 信号。
与 I2C 相比，PMBus 支持更强大的协议，因为 PMBus 提供超时和可选的数据包错误检查（PEC）以增强数据完整性。超时可防止较慢的从器件将时钟线保持超过指定的超时间隔，从而避免总线挂断。PEC字节是使用CRC-8算法生成的，该算法用于验证事务的完整性，这在电源管理系统中通常至关重要。
与 SMBus 一样，PMBus 包括用于通信的系统主机/总线主站和从设备（PMBus 设备）。

数据格式

与 I2C 类似，PMBus 是一个由 8 位数据字节组成的可变长度数据包。PMBus 的基本数据包结构包括一个地址字节，该地址字节由一个 7 位地址组成，以 1 位读取或写入信号结尾。然后是一个 8 位命令字节（包括命令代码），然后是一个或多个 8 位数据字节。（可选）也可能有一个 8 位 PEC 字节。每个字节都包含自己的接收方确认，并且每个事务都包含在主机的"启动"位和"停止"位之间。

电气

PMBus 电气接口遵循与 SMBus 规范类似的规范。对于电源电压要求，工作电压范围（V断续器)电压可能为3 V至5 V±10%（2.7 V至5.5 V）。
对于 400 kHz PMBus 设备，所需的下拉电流为 4 mA。

使用 PMBus 的位置

PMBus 已越来越多地用于系统内的数字电源管理。PMBus 可与各种电源管理产品配合使用，例如 AC-DC 电源、隔离式 DC-DC 断开转换器、非隔离式负载点（POL）转换器、电源定序器和负载点电压编程器，以及监视器和风扇控制器。

1.4 历史

2005 年发布PMBus 规范。
2014年3月，AVSBus作为PMBus标准第1.3版的一部分发布。AVSBus是PMBus的一个子集，用于为FPGA、ASIC、处理器和其他大型数字IC提供自适应电压缩放。

1.5 专注方向

一项更雄心勃勃的工作也在进行中，PMBus和AVSBus都将升级至2.0，这将在PMBus/AVSBus命令集和SMBus物理层和传输层之间提供一个明确的分离。将使PMBus在未来更容易采用附加的物理层和传输层。同时为了提高数字电力通信领域的安全性，正在考虑进行更多的变更。

PMBus应用程序概要工作组（PMBus ApplicaTIon Profile Work Group）专注于以下几个领域：

扩展现有点对点AVSBus体系结构的行为，允许总线上有多个从设备，并进行相关的命令和监视更改。
为工业、医疗、通信和计算市场的前端电源定义PMBus应用程序配置文件。该规范将包括交流输入，48V输入，高压直流输入。
定义通用（或中性）文件格式的特性，用于在新制造的线路板上配置来自多供应商的PMBus器件。
物理总线实现统一（物理总线实现）。这将在即将到来的PMBus 2.0中得到支持。SMBus一直是PMBus的默认PHY，但有些已经实现了其他PHY，以便在较长距离上传输PMBus命令（ENET、CAN、RS485等）。这项工作将创建一种标准方法来支持PMBus而不是通过其他PHY实现。

1.6 命令

PMBus协议目前包括大约200个命令，这些命令可以分类如下：

配置

输出电压
工作频率
OVT/OCT/OTP阈值
电源“良好”窗口
故障处理方式
软启动模式
同步
以及其他

控制

启用/禁用
输出电压
工作频率
相位节流
保证金
以及其他

监控

输入和输出电压
输入和输出电流
占空比
温度
以及其他

2 优缺点

2.1 优点

易于设计。
缩短了设计时间。
能够监测电源，并筛选出设计不太好的电路板。
使用全新的特定用途集成电路 (ASIC) 时，能够优化功率级（测量实际汲取的电流值，并且不必过度设计输出电感器和输出电容器）。
PMBus可以在不需要外部模拟组件的情况下，轻松创建全新电源设计，这样的话，您就不必在工作台上尝试新的电阻器和电容器时忍受烟熏火燎的痛苦了。
通过一个图形化用户界面 (GUI)，PMBus能够实现编程、排序、配置、控制、电压裕量调节、输出电压调节、以及参数和故障监视，这样可快速实现重新设计，并更加智能地对参数和观察到的故障做出响应。
PMBus IC可以免除对外部硬件监视器、监控器、温度传感器，以及针对延迟的分立逻辑电路的需要。