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。與這兩個標準中的任何一個不同，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行通信。
電源管理總線(PMBus)是一個開放的標準數(shù)字電源管理協(xié)議:簡單、健壯、可擴展。

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大。
由于 PMBus 是 SMBus 協(xié)議的擴展，因此它共享其大部分物理層以及總線的運行方式。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 運行

物理層/傳輸

PMBus 是一種低成本的雙線接口，是 SMBus 標準的擴展，該標準基于 I2C 協(xié)議構(gòu)建。與 SMBus 類似，PMBus 至少需要兩根電線進行通信，包括時鐘信號 SMBCLK 和數(shù)據(jù)信號 SMBDAT?？蛇x信號將換成兩個 GPIO 引腳，包括 CONTROL 和 SMBALERT# 信號。
與 I2C 相比，PMBus 支持更強大的協(xié)議，因為 PMBus 提供超時和可選的數(shù)據(jù)包錯誤檢查（PEC）以增強數(shù)據(jù)完整性。超時可防止較慢的從器件將時鐘線保持超過指定的超時間隔，從而避免總線掛斷。PEC字節(jié)是使用CRC-8算法生成的，該算法用于驗證事務的完整性，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/總線主站和從設備（PMBus 設備）。

數(shù)據(jù)格式

與 I2C 類似，PMBus 是一個由 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)包括一個地址字節(jié)，該地址字節(jié)由一個 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 8 位命令字節(jié)（包括命令代碼），然后是一個或多個 8 位數(shù)據(jù)字節(jié)。（可選）也可能有一個 8 位 PEC 字節(jié)。每個字節(jié)都包含自己的接收方確認，并且每個事務都包含在主機的"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、非隔離式負載點（POL）轉(zhuǎn)換器、電源定序器和負載點電壓編程器，以及監(jiān)視器和風扇控制器。

1.4 歷史

2005 年發(fā)布PMBus 規(guī)范。

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

1.5 專注方向

一項更雄心勃勃的工作也在進行中，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。同時為了提高數(shù)字電力通信領域的安全性，正在考慮進行更多的變更。 PMBus應用程序概要工作組（PMBus ApplicaTIon Profile Work Group）專注于以下幾個領域：

擴展現(xiàn)有點對點AVSBus體系結(jié)構(gòu)的行為，允許總線上有多個從設備，并進行相關(guān)的命令和監(jiān)視更改。

為工業(yè)、醫(yī)療、通信和計算市場的前端電源定義PMBus應用程序配置文件。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商的PMBus器件。

物理總線實現(xiàn)統(tǒng)一（物理總線實現(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PHY，但有些已經(jīng)實現(xiàn)了其他PHY，以便在較長距離上傳輸PMBus命令（ENET、CAN、RS485等）。這項工作將創(chuàng)建一種標準方法來支持PMBus而不是通過其他PHY實現(xiàn)。

1.6 命令

PMBus協(xié)議目前包括大約200個命令，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

2.1 優(yōu)點

易于設計。

縮短了設計時間。

能夠監(jiān)測電源，并篩選出設計不太好的電路板。

使用全新的特定用途集成電路 (ASIC) 時，能夠優(yōu)化功率級（測量實際汲取的電流值，并且不必過度設計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)建全新電源設計，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忍受煙熏火燎的痛苦了。

通過一個圖形化用戶界面 (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，這樣可快速實現(xiàn)重新設計，并更加智能地對參數(shù)和觀察到的故障做出響應。

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

應用：自動導引車（AGV）
型號：RPB-1600-48（內(nèi)置PMBus）
通信接口：PMBus 本應用使用兩個RPB-1600-48并聯(lián)安裝在物流倉庫中自動導引車的充電站。當卡車返回充電站時，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?shù)某潆婋娏鳎ㄟ^PMBus為卡車的六個電池組充電，并通過通信發(fā)回充電信息和電源狀態(tài)。