1.3 TI PMBus简介课程(二)

大家好，我是 Daniel Jing TI 系统应用经理

很高兴为大家带来 PMBus 课程的第二部分学习内容

在上个视频当中

我们学习了 PMBus 的相关基本知识

在这个视频中我们将重点学习 PMBus 的连接方式

相关协议以及 PMBus 的应用价值

首先我们来看一下 PMBus 的物理连接方式

PMBus 采用总线结构

使用主机从机的通信方式

一个中央处理器 SOC 或者 MCU 作为主机

所有 PMBus 电源产品都是从机

和 I2C 一样

DATA 和 CLOCK pin 负责传输时钟信号和数据信号

CONTRAL pin 作为全局 on/off 控制信号连接所有器件

从机通过 SMBALERTn 发出应中断信号给到主机

PMBus 芯片的地址有多种声明方式

有的芯片固定地址

有的芯片通过芯片地址 pin 的高低电平

或者连接不同外部器件来实现不同地址设定

写保护也可以通过 WP pin 的方式来实现

PMBus 通信的速率为100K、400K赫兹

最新协议支持到一兆赫兹

布板布线的时候需要稍加注意

这是 PMBus 基本的布线连接方式

为什么在电源系统中需要 PMBus

PMBus 到底有什么应用价值呢

这个问题的答案是多方面

首先，让我们来看一下企业云计算信息系统

在这些系统当中，大功率器件效率非常重要

通常服务器中，中央处理器CPU

各种 ASIC FPGA 的功耗最高

左边的图片是一个企业级的路由器

可以看到很大的散热片都放置在大功率器件上方

右边的图片是一个四个 CPU 的服务器主板

大量的能源都消耗在了 CPU 和内存上

企业云服务器中

人们总是希望利用能源尽可能多地处理数据

传输信息

因此提高能源效率降低能耗就变得非常重要

这个节能的过程可以通过

主动管理每台服务器每块主板上的电源来实现

PMBus 天然的可以帮助企业管理能源

PMBus 可以减小主板能耗

或者动态调节 CPU 的能耗

当 CPU 并没有满载运行时

可以降低 CPU 电压

从而降低 CPU 功耗

这就是典型的 AVS 功能！

PMBus 同时可以很容易地实现电源时序控制

包括多路电源的时序

每一路电源的上升速率控制

PMBus 可以很方便地实现电源系统的监测

用户可以通过监测系统电压

电流温度以及各种警报和错误来提高可靠性

PMBus 可以使用内部或者外部器件监测温度

从而实现更好的负载平衡

当检测到一块主板温度过高时

可能这个主机承担了更多的计算量

可以通过系统调度的方式

将任务分发到另外的主机上

从而提高数据中心的可靠性

做到更好的负载平衡

这里有个时序控制的例子

通过 PMBus 设计基于时间的持续控制

在这个例子当中

PMBus 可以设定不同的启动关断时间

上升下降的斜率

同时注意到 CONTRAL pin 为高之后系统才启动

当 CONTRAL pin 为高之后

会有一段时间的延时

这个延时由 PMBus 的 TON_RISE 命令控制

延迟之后系统根据设定启动

同样当 CONTRAL pin 为低之后

系统经过 TOFF_DELAY，然后关断

TI 有很多 PMBus 产品支持这个功能

像 TPS54k、TPS53k、TPS40K 系列

还有 UCD90K 系列的时序控制器

通过这个例子

我们可以看到如何通过 PMBus 设计

基于时间的时序控制

对于更复杂的时序

PMBus 同样有很灵活的设计方式

比如在这个例子当中

可以通过外部逻辑 GPIx 控制第一路的 enable

当第一路启动之后

第二路电源再延迟 TON_DELAY 然后启动

在这个例子中

我们可以看到 VOUT #1 是在外部逻辑 GPIx 为高之后启动的

这是一个基于事件的时序

同样，第二路电源是等待第一路电源启动之后

然后延时再启动

是一个相对延时的时序控制

TI 的 UCD90K 系列产品可以帮助系统实现更复杂的时序控制

我们已经学习了 PMBus 的灵活性

方便使用，可以根据系统定制电源需求

除此之外，PMBus 可以帮助我们节省成本

减少外部元器件

这里有一个表格

我们比较了模拟电源和 PMBus 电源

它们如何支持同一功能

如何使用外部元器件

比如过流保护、Power Good 延时

欠压保护设定、电压校准

软启动频率设定，on/off 控制、过流报警

电流检测以及温度检测

还有功率器件优化、报警处理等等

模拟电源都是使用外部器件来实现的

而 PMBus 器件全部都集成在芯片内部

虽然这些外部器件并不是很昂贵的器材

但是所有这些器件全部加起来

加上 PCB 板费用、焊接费用

以及这些元器件的物流费用

显然不会是一笔可以忽略的成本

当然更多的元器件意味着更高的失效率

这将是一笔非常可观的维护费用

PMBus 器件使用更少的外部器件

实现更强大的功能

降低失效率，提高系统的可靠性

PMBus 在很多领域都有着非常重要的应用

有的客户应用 PMBus 收集电源应用数据

他们希望利用这些数据优化电源设计

比如用户开始设计了一个50安培的电源

在使用一段时间之后

通过 PMBus 发现实际系统最多只用到30安培的电流

这时客户可以通过减小电感优化设计

提高功率密度

也有客户实时收集电源信息像数据中心

客户希望实时知道系统

能源消耗、温度控制

实现更好的负载分布优化系统

还有客户使用 PMBus 做系统性能评估

收集系统运行数据

尤其是产品研发阶段

质量认证阶段

PMBus 可以帮助客户

更好更快地分析系统了解系统性能

失效分析也是 PMBus 的重要应用场景

比如记录失效的电源异常找到原因

甚至记录失效时间信息

通过对比系统中的程序执行 log file

从而帮助找到系统当中引起失效的应用程序

这节课我们学习了 PMBus 的连接方式

相关协议以及 PMBus 的应用价值

请关注第三部分课程

谢谢大家

大家好，我是 Daniel Jing TI 系统应用经理

很高兴为大家带来 PMBus 课程的第二部分学习内容

在上个视频当中

我们学习了 PMBus 的相关基本知识

在这个视频中我们将重点学习 PMBus 的连接方式

相关协议以及 PMBus 的应用价值

首先我们来看一下 PMBus 的物理连接方式

PMBus 采用总线结构

使用主机从机的通信方式

一个中央处理器 SOC 或者 MCU 作为主机

所有 PMBus 电源产品都是从机

和 I2C 一样

DATA 和 CLOCK pin 负责传输时钟信号和数据信号

CONTRAL pin 作为全局 on/off 控制信号连接所有器件

从机通过 SMBALERTn 发出应中断信号给到主机

PMBus 芯片的地址有多种声明方式

有的芯片固定地址

有的芯片通过芯片地址 pin 的高低电平

或者连接不同外部器件来实现不同地址设定

写保护也可以通过 WP pin 的方式来实现

PMBus 通信的速率为100K、400K赫兹

最新协议支持到一兆赫兹

布板布线的时候需要稍加注意

这是 PMBus 基本的布线连接方式

为什么在电源系统中需要 PMBus

PMBus 到底有什么应用价值呢

这个问题的答案是多方面

首先，让我们来看一下企业云计算信息系统

在这些系统当中，大功率器件效率非常重要

通常服务器中，中央处理器CPU

各种 ASIC FPGA 的功耗最高

左边的图片是一个企业级的路由器

可以看到很大的散热片都放置在大功率器件上方

右边的图片是一个四个 CPU 的服务器主板

大量的能源都消耗在了 CPU 和内存上

企业云服务器中

人们总是希望利用能源尽可能多地处理数据

传输信息

因此提高能源效率降低能耗就变得非常重要

这个节能的过程可以通过

主动管理每台服务器每块主板上的电源来实现

PMBus 天然的可以帮助企业管理能源

PMBus 可以减小主板能耗

或者动态调节 CPU 的能耗

当 CPU 并没有满载运行时

可以降低 CPU 电压

从而降低 CPU 功耗

这就是典型的 AVS 功能！

PMBus 同时可以很容易地实现电源时序控制

包括多路电源的时序

每一路电源的上升速率控制

PMBus 可以很方便地实现电源系统的监测

用户可以通过监测系统电压

电流温度以及各种警报和错误来提高可靠性

PMBus 可以使用内部或者外部器件监测温度

从而实现更好的负载平衡

当检测到一块主板温度过高时

可能这个主机承担了更多的计算量

可以通过系统调度的方式

将任务分发到另外的主机上

从而提高数据中心的可靠性

做到更好的负载平衡

这里有个时序控制的例子

通过 PMBus 设计基于时间的持续控制

在这个例子当中

PMBus 可以设定不同的启动关断时间

上升下降的斜率

同时注意到 CONTRAL pin 为高之后系统才启动

当 CONTRAL pin 为高之后

会有一段时间的延时

这个延时由 PMBus 的 TON_RISE 命令控制

延迟之后系统根据设定启动

同样当 CONTRAL pin 为低之后

系统经过 TOFF_DELAY，然后关断

TI 有很多 PMBus 产品支持这个功能

像 TPS54k、TPS53k、TPS40K 系列

还有 UCD90K 系列的时序控制器

通过这个例子

我们可以看到如何通过 PMBus 设计

基于时间的时序控制

对于更复杂的时序

PMBus 同样有很灵活的设计方式

比如在这个例子当中

可以通过外部逻辑 GPIx 控制第一路的 enable

当第一路启动之后

第二路电源再延迟 TON_DELAY 然后启动

在这个例子中

我们可以看到 VOUT #1 是在外部逻辑 GPIx 为高之后启动的

这是一个基于事件的时序

同样，第二路电源是等待第一路电源启动之后

然后延时再启动

是一个相对延时的时序控制

TI 的 UCD90K 系列产品可以帮助系统实现更复杂的时序控制

我们已经学习了 PMBus 的灵活性

方便使用，可以根据系统定制电源需求

除此之外，PMBus 可以帮助我们节省成本

减少外部元器件

这里有一个表格

我们比较了模拟电源和 PMBus 电源

它们如何支持同一功能

如何使用外部元器件

比如过流保护、Power Good 延时

欠压保护设定、电压校准

软启动频率设定，on/off 控制、过流报警

电流检测以及温度检测

还有功率器件优化、报警处理等等

模拟电源都是使用外部器件来实现的

而 PMBus 器件全部都集成在芯片内部

虽然这些外部器件并不是很昂贵的器材

但是所有这些器件全部加起来

加上 PCB 板费用、焊接费用

以及这些元器件的物流费用

显然不会是一笔可以忽略的成本

当然更多的元器件意味着更高的失效率

这将是一笔非常可观的维护费用

PMBus 器件使用更少的外部器件

实现更强大的功能

降低失效率，提高系统的可靠性

PMBus 在很多领域都有着非常重要的应用

有的客户应用 PMBus 收集电源应用数据

他们希望利用这些数据优化电源设计

比如用户开始设计了一个50安培的电源

在使用一段时间之后

通过 PMBus 发现实际系统最多只用到30安培的电流

这时客户可以通过减小电感优化设计

提高功率密度

也有客户实时收集电源信息像数据中心

客户希望实时知道系统

能源消耗、温度控制

实现更好的负载分布优化系统

还有客户使用 PMBus 做系统性能评估

收集系统运行数据

尤其是产品研发阶段

质量认证阶段

PMBus 可以帮助客户

更好更快地分析系统了解系统性能

失效分析也是 PMBus 的重要应用场景

比如记录失效的电源异常找到原因

甚至记录失效时间信息

通过对比系统中的程序执行 log file

从而帮助找到系统当中引起失效的应用程序

这节课我们学习了 PMBus 的连接方式

相关协议以及 PMBus 的应用价值

请关注第三部分课程

谢谢大家