PMBus：电源系统的国际语言

高效的信息交流需要适当的语言，这既适用于人与人之间的交流，也适用于系统电源管理资源之间的通信。电子系统通信经历了缓慢而持续的发展过程，USB 就是其中的一个例子。在 USB 之前，系统外设通过各种接口方法进行互连。速度较慢的设备通常采用可提供 RS-232 的简单 UART 连接，而较快设备的连接则采用并行端口。这些连接既能够像“平行接口” (Centronics Interface) 一样简单，也可能像连接海量存储设备的 SCSI 那样复杂。USB 已经发展成为一种高效的通信方法，非常适用于诸如计算机鼠标这样较慢速的设备，以及硬盘存储与 FLASH 驱动器等快速设备。另外，还为人机接口外设 (HID) 开发了标准驱动器，而且这种驱动器的应用原理已被扩展至实时物理设备 (PID)。这种物理层与数据交换的组合已经为计算机与外设提供了一种“通用语言”。

随着电源系统的集成度变得越来越高，并且受其所供电系统的管理，这就要求在它们之间提供一种高效的通信方式。这种通信应该像 USB 那样具有广泛的适用范围，并能提供一种适用于各种可用终端设备的标准。电源通信的发展已十分成熟，这为制定新的标准解决方案增加了难度。许多 OEM 厂商采用专用的电源系统通信已长达 10 年以上，这一遗留问题使推出适用标准的时间遥遥无期。

在 1995 年，当智能电池系统 (SBS) 标准被提出的时候，情况也是如出一辙。大部分便携式计算机都纷纷开发了用于管理电池的专有通信系统。这些系统的复杂程度从简单的监控到高级的电池与充电器控制不尽相同。智能电池数据 (SBD) 规范、系统管理总线以及智能电池充电器规范相组合，创造了可实现完整电池管理的系统。在此系统中，智能电池可以通过 SMBus 与电源(充电器)进行通信，并设置充电电压及电流工作状态，而且通过设置阈值，还可限制逾界任务 (out-of-bound activity)。这是最早在开放式通信标准上实施标准电源管理的系统之一。

电源领域已经认识到通过电源系统通信进行动态电源管理的益处。为了推动数字控制电源的发展，用于通信的标准语言是很自然的“搭配”。Artesyn 技术公司联合了各大电源与半导体厂商，全力开发电源管理通信的标准协议。该组织于 2005 年 3 月发布了 PMBus 规范。PMBus 规范可为数据传输、命令与数据格式提供开放式标准，从而能够“模仿”智能电池的标准。PMBus 组织采用 SMBus 规范作为其数据传输方式。该通用规范使智能电池系统与 PMBus 之间息息相关，因而这些行业组织联合形成了系统管理接口论坛 (SMIF)，网址www.powersig.org。PMBus 小组作为 SMIF 的一部分，负责修订、制订新规范以及 PMBus 的推广。此外，该小组还通过为业界提供配套支持来推进 PMBus 部署。

电源管理总线(PMBus)

PMBus的支持原理与 SBS 的类似。两者都是通过基本命令与数据进行操作来管理电源及通信协议，这样既简单、低价而且还可靠。与 SBS 一样，PMBus 规范也包括两部分。PMBus 中相对应的部分是，“第一部分——一般要求、传输与电气接口”，以及“第二部分——命令语言”。将该规范分为两部分使得其中任一部分的变动不会使两部分同时受到影响。

第一部分——一般要求、传输与电气接口

PMBus 的第一部分采用 SMBus1.1 作为基本规范。SMBus1.1 与 SMBus 规范最新版 SMBus2.0 之间的主要区别在于总线地址判优。PMBus 的倡导者认为此特性不必要，因为在大多数情况下，每个电源的地址均表明了其物理位置与系统功能性。地址判优会给 PMBus 解决方案增加复杂度，而不能带来任何实际的益处。

SMBus 1.1 与 SMBus 2.0 之间的另一区别在于，SMBus2.0 还包含高功率 DC 规范。SMBus1.1 限制时钟与数据上拉到最大值 350uA。在 SMB2.0 中，该限制是在低功率 DC 规范中描述的。SMB2.0 高功率 DC 规范允许电流上拉至最大 4mA。在任一种情况下，设备都必须能在低输出时，将时钟或者数据线拉到 0.4V 以下。虽然在吸收 350uA 的同时，器件只要能把时钟及数据线拉到 0.4V 以下即可实现 PMBus 兼容，但是，如果有更强的下拉能力会更有益处。使用 SMBus2.0 的高功率 DC 规范可以增强噪声抗扰度。PMBus 定义了两种必需的信号，时钟 (SCL) 与数据 (SDA)。PMBus1.0 允许采用 3 种可选信号。图 1 显示了 PMBus 所需的可选信号。SMBALERT# 是一种有线信号 (wired-and signal)，任意需要引起 PMBus 主设备注意的从设备都可对其进行拉低。当 SMBALERT# 信号被拉低，主设备就在 PMBus 上发出告警响应地址。在传输完告警响应地址之后，每一告警设备根据主设备的计时将它们的设备地址放在 SDA 上。将地址转移至总线的每个设备必须在此处理过程中同时监控数据线。如果设备发送高比特的时候发现数据线低，那么，这就意味着另一设备也在做出响应，并且具有更高的优先级。一旦某设备成功地将其地址放置在总线上后，该设备就必须释放 SMBALERT# 线路。虽然该信号被列为“可选”，但却是被建议的。另外，部分 OEM 厂商还要求 PMBus 解决方案的供应商提供 SMBALERT# 信号。



图1 PMBus信号

除了 SMBSLERT# 线路之外，还定义了另外两条可选线路。可选控制信号 (CONTROL) 能够提供一种快速的方法来“关闭”启用 PMBus 的电源输出。众多系统 OEM 厂商都会要求 CONTROL 信号。可选的写保护信号 (WP) 能够保护数据与程序信息免遭意外修改。WP 信号被系统 OEM 厂商要求的可能性较小。CONGTROL 与 WP 信号的电压电平应该符合从逻辑电平，并在大多数情况下与 PMBus 的逻辑电平相同。而且 CONTROL 与 WP 信号也可以转向一个以上的从设备。

在 SMBus1.0 规范中包含至 SMBus1.1 的扩展。作为扩展的群组命令协议 (Group Command Protocol) 使得多个设备可根据 STOP 位检测保持同步。在图 2 所示的协议中，对每个从设备均进行了寻址，并向它们发送了适当的命令和数据以及可选的数据包纠错 (PEC) 字节。然而在该通信未尾没有发送 STOP 位，而是在下一个设备的地址、命令和数据之前发送中继 START 位。这一过程持续一直进行，直至所有适用设备均配置完成。最后,设备配置数据包末尾发送一个 STOP 位。建议仅为群组中的每个地址发送每群组数据包一条命令，如图 2 所示。一检测到 STOP 位，所有设备均听从于所发送命令。在这种情况下，多个设备可以在 PMBus 上实现同步。另一实现同步的方法如前文所述,需使用 CONTROL 线路。



图2 PMBus群组命令