電源技術(shù)中I2C及PM Bus總線(xiàn)介紹

　Primarion

　　Richtek

　　Roal Electronics

　　RRC Power Solutions

　　Silicon Laboratories

　　Sili con Storage Technology

　　STMicroelectronics

　　Texas Instruments

　　Tyco Electronics Corp.

　　Unipower Corporation

　　Vicor

　　Volterra Semiconductor Corporation

　　Zilker Labs到目前為止，電源系統(tǒng)各部份電路之間的通信已不是一個(gè)新的概念，在電源系統(tǒng)和主控電路單元之間的通信已使用了許多年，最早采用使電源系統(tǒng)工作和被監(jiān)控的通信控制方法，電源系統(tǒng)的工作狀態(tài)被主控電路加以監(jiān)控。

　　微控制器(MCU)是一種可以很好應(yīng)用于電源管理的器件，利用微控制器可以實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)更為復(fù)雜和有效的控制和監(jiān)控，最早使用的電源控制命令就是電源的開(kāi)/關(guān)控制命令，隨后，隨著在電源系統(tǒng)中微控制器件的使用，就可以很方便的實(shí)現(xiàn)電源輸出電壓/輸出電流等相關(guān)工作參數(shù)的控制。例如，利用一個(gè)“digi pot”的簡(jiǎn)單部件就可以通過(guò)微控制器來(lái)調(diào)節(jié)電源系統(tǒng)的電壓檢測(cè)信號(hào)和電流檢測(cè)信號(hào)的參數(shù)，而“digi pot”這類(lèi)的器件又是許多采用I2C總線(xiàn)優(yōu)勢(shì)的器件之一。利用I2C總線(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器、顯示器、傳感器和電源控制集成電路之間的互連。

　　早在1995年，通過(guò)各種各樣的總線(xiàn)，(例如RS-232、單線(xiàn)(One Wire)、SPI和I2C等)完成了電池管理工作，這時(shí)對(duì)通信管理的物理接口、命令、數(shù)據(jù)格式均沒(méi)有統(tǒng)一的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。Intel公司和Duracell公司合作開(kāi)發(fā)了智能電池系統(tǒng)SBS(Smart Battery System)，其目的想要做出一個(gè)與電池類(lèi)型無(wú)關(guān)的高級(jí)和精確的電池管理系統(tǒng)，并且使這個(gè)智能電池管理系統(tǒng)適用于不同的可充電電池生產(chǎn)廠(chǎng)商生產(chǎn)的可充電電池的充電管理，并降低智能電池管理系統(tǒng)支持多種通信控制協(xié)議的負(fù)擔(dān)，這個(gè)物理通信協(xié)議就是系統(tǒng)管理總線(xiàn)(SM Bus)，而命令語(yǔ)言就是智能電池?cái)?shù)據(jù)SBD(Smart Battery Data)。

　　系統(tǒng)管理總線(xiàn)(SM Bus)是I2C總線(xiàn)的一個(gè)版本，是智能電池系統(tǒng)(SBS)的物理層。智能電池系統(tǒng)(SBS)的上一層發(fā)出命令，并在智能電池系統(tǒng)元件之間實(shí)現(xiàn)有關(guān)命令的響應(yīng)，智能電池、智能充電器和智能選擇器利用SM Bus的通用命令就可以完成相關(guān)控制信息的傳送和響應(yīng)。這些命令有許多是和I2C中的命令相同的，利用這些命令可以完成電池容量和工作條件的監(jiān)控。同時(shí)更為重要的是，智能電池系統(tǒng)(SBS)中的電池或主控電路還可以對(duì)智能充電器發(fā)出控制命令，利用這些控制命令來(lái)設(shè)定充電器的輸出電壓、輸出電流和其它一些重要的工作參數(shù)。在大多數(shù)情況下，輸出電壓命令的分辨在mV數(shù)量級(jí)，輸出電流命令的分辨率在mA數(shù)量級(jí)，利用SM Bus可以完成和可充電電池類(lèi)型無(wú)關(guān)的充電器系統(tǒng)的管理和控制。

　　1996年，由Intel和Duracell公司發(fā)起成立的智能電池管理系統(tǒng)接口論壇(SBS-IF)。為了保持智能電池系統(tǒng)(SBS)和SM Bus的優(yōu)越性，其它一些相關(guān)公司也參與到了論壇的工作，特別是美國(guó)德州儀器TI公司參與了電源管理總線(xiàn)接口論壇(PM Bus-IF)的工作。

　　在筆記本電腦的硬件電路中智能電池系統(tǒng)(SBS)和SM Bus已得到了廣泛的應(yīng)用，在Windows2000系統(tǒng)中也含有SM Bus的軟件驅(qū)動(dòng)程序。

　　智能電池系統(tǒng)(SBS)和SM Bus有關(guān)技術(shù)內(nèi)容的發(fā)展是和高級(jí)結(jié)構(gòu)與電源接口(ACPI：Advanced Configuration and Power Interface)的有關(guān)技術(shù)內(nèi)容的發(fā)展同步進(jìn)行的。ACPI的第1版本在1996年12月公布，其中，Intel公司發(fā)揮了重要的作用，對(duì)與操作系統(tǒng)和電源管理(OSPM：Operating System-directed Configuration and Power Management)應(yīng)用方面有關(guān)的內(nèi)容，ACPI是一個(gè)很重要的內(nèi)容。如果要實(shí)現(xiàn)SBS和支持SBS系統(tǒng)的SM Bus，需要用到和高級(jí)結(jié)構(gòu)與電源接口(ACPI)兼容的有關(guān)系統(tǒng)。

　　1998年，SBS-IF發(fā)布了SBS1.1和SMBus1.1版本。SMBus1.1中的主要特點(diǎn)是在每個(gè)SM Bus通信數(shù)據(jù)包的末位加了可選數(shù)據(jù)包檢錯(cuò)字節(jié)，采用8位的循環(huán)冗余糾錯(cuò)檢錯(cuò)算法(CRC-8)。

　　2000年，SBS-IF發(fā)布了SMBus2.0，即所謂基于PCI的SM Bus。SMBus2.0中允許器件的地址被動(dòng)態(tài)分配，然后，外設(shè)元件互聯(lián)特殊興趣小組(PCI-SIG：Peripheral Component Interconnect Special Interest Group)(在2000.10.20日)將它的PCI連接器的第○40和○41引腳分配給SM Bus的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)信號(hào)。

　　在2000年，SBS-IF公布了它用于Windows的SM Bus的驅(qū)動(dòng)程序。和微軟的SM Bus驅(qū)動(dòng)程序不同，SBS-IF推出的SM Bus驅(qū)動(dòng)程序可以用于Windows98系統(tǒng)，并且工作時(shí)不需借助于嵌入式控制器。

　　作為源于1998年的另一個(gè)應(yīng)用實(shí)例，Intel公司公布了它的智能管理接口平臺(tái)IPMI(Intelligent Platform Management Interface)。IPMI1.0采用I2C總線(xiàn)作為它的物理層，IPMI1.5可以使用SM Bus 1.1，并且具有使所傳送的數(shù)據(jù)包出錯(cuò)的檢測(cè)功能。

　　作為數(shù)控源系統(tǒng)，很需要一個(gè)用于電源通信管理的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中需注意以下幾方面的問(wèn)題：首先這個(gè)協(xié)議對(duì)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員而言要簡(jiǎn)單、易懂和易學(xué)，并且造價(jià)要低。這里I2C總線(xiàn)就是一個(gè)很好的例子，智能電池系統(tǒng)(SBS)采用SM Bus用于可充電電池充電器和背光照明系統(tǒng)的電源管理已有一段時(shí)間了。

　　在2004年，由電源管理總線(xiàn)(PM Bus)開(kāi)發(fā)為主的一些公司推出了電源管理用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，PM Bus采用SM Bus做為它的物理通信層，并且支持SM Bus中的如可選控制信號(hào)線(xiàn)。在現(xiàn)行的PM Bus 1.0中沒(méi)有地址仲裁功能，PM Bus的技術(shù)指標(biāo)被分為2部份，第1部份規(guī)范了物理層的有關(guān)技術(shù)指標(biāo)，第二部份規(guī)范了命令層的有關(guān)技術(shù)指標(biāo)。同樣，和在SM Bus智能電池系統(tǒng)(SBS)中界定了便攜式電源管理的方法一樣，在PM Bus中也界定了電源子系統(tǒng)的管理方法。

　　SM Bus的主要任務(wù)由負(fù)載點(diǎn)聯(lián)盟POLA(Point of Load Alliance)和分布式電源開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟DOSA(Distributed-Power Open Standards Alliance)加以賦予。

　　在2005年，智能電池系統(tǒng)接口論壇(SBS-IF)又被更名為系統(tǒng)管理接口論壇(SM-IF)，并且經(jīng)過(guò)重新組合，形成2個(gè)論壇，即SBS論壇(SBS-IF)和PM Bus接口論壇(PM Bus-IF)。組織利用了SBS和PM Bus的共生關(guān)系，SBS工作組利用SM Bus來(lái)進(jìn)行筆記本電腦中的電源管理和控制已有10余年的時(shí)間，所有這些對(duì)PM Bus的開(kāi)發(fā)與使用都有很大的幫助。

　　在2005年3月PM Bus接口論壇推出了PM Bus的1.0版本有關(guān)技術(shù)文件，目前有30多個(gè)公司使用PM Bus，利用PM Bus可以簡(jiǎn)化數(shù)字電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

　　3.2 PM Bus的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和有關(guān)命令類(lèi)型

　　PM Bus的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖7所示，有關(guān)命令類(lèi)型如表1所示。

　　圖7 PM Bus的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　表1 PM Bus的有關(guān)命令類(lèi)型