數字電源轉換極大地降低了產品設計人員的設計風險，并增加了設計靈活性。 圖 1 顯示了數字電源轉換器的基本功能塊，有了這些功能塊就可以通過編輯參數來調節如輸入、輸出電壓和電流限值之類關鍵設置，從而避免了因修改參數而必須重新焊接模擬替代元器件的需要。

圖 1：數字電源轉換器的參數是通過寫入寄存器來確定的。

作為與轉換器寄存器進行交互的方式，PMBus 規范提供了一個便利的平臺。 PMBus 從流行的系統管理總線 (SMBus) 規范發展而來，因此依賴包含控制、數據和時鐘信號的 I2C 總線物理連接。 當然，相比 SMBus 和 I2C，PMBus 具有大量增強功能，如超時功能帶來的額外強大性能，以及錯誤檢查和故障處理功能，以降低噪聲靈敏度。

PMBus 是數字電源時代的自然產物，適合與所有類型的數字轉換器通信，包括像中間總線轉換器 (IBC) 和非隔離式負載點轉換器這樣的 AC/DC 前端電源、隔離式 DC/DC 穩壓器。 諸如 Murata D1U54P-W-650-12-HBxC 系列 AC/DC 前端轉換器或 CUI NDM2Z-25 負載點 (POL) 轉換器之類器件，帶有集成 PMBus 端口，允許設備直接連接到總線，從而實現與主機控制器的信息交換。 這可以是外部系統，如自動測試設備 (ATE) 或提供一個 GUI 來配置和監控電源元件的 PC 軟件，或者是能實時管理電源的嵌入式控制器。

另一方面，還有大量符合 PMBus 規范的電源管理 IC (PMIC)，如 Maxim MAX34451，它們能連接到 PMBus，并能監控多個轉換器。 圖 2 所示 MAX34451 能支持 16 個通道的電壓或電流監控、12 個通道的定序和裕量管理，以及多至 5 個溫度傳感器。 電流監控可以通過如 Allegro Microsystems ACS723 隔離式電流檢測 IC 之類設備來實現。

圖 2：PMBus 兼容 PMIC 可以監視和控制 POL 轉換器陣列。

PMBus 規范旨在最大限度地提高用戶的靈活性。 為此，符合規范的設備必須能夠在沒有 PMBus 控制器的情況下獨立啟動，并能夠自動加載默認設置；設備可以通過 PMBus 配置一次，然后在整個設備生命周期一直運行下去，或由系統軟件實時管理。 若需要，遠程更新也可在現場進行，以幫助降低設備擁有成本。

該規范定義了大量指令，以便讓主機與連接的設備交互。 但是，這些設備不一定要支持所有指令才會被認可為 PMBus 兼容。 當選擇設備時，檢查支持的指令集很重要。 另一方面，規范允許廠商創建特定指令，例如控制給定設備的特有或差異化的功能。 值得注意的還有主機通知功能，它允許連接的設備警告控制器需要注意的問題。雖然許多設備都支持該功能，但對于 PMBus 設備，該功能是可選的。

PMBus 配置和測試指令

電源設計平臺，如 Texas Instruments 的 WEBENCH 或 Linear Technology LTpowerPlay?，在開發和生產期間為工程人員提供一種便利的與數字電源交互的方式，以執行設置和基本測試。 某些最基本的指令用于打開和關閉設備，以及執行裕量測試。

裕量測試指令 VOUT_MARGIN_HIGH 和 VOUT_MARGIN_LOW 提供了一種快速簡單的方式，來驗證系統是否能在整個制造公差范圍內可靠運行。 OPERATION 指令指示轉換器啟動、停止或將輸出電壓更改到要求的裕量電壓。

ON_OFF_CONFIG 指令確定轉換器啟動或關閉的條件。 它可配置成在供電后立即啟動、或者等待另外的信號。 類似地，轉換器可能需要立即關閉，或者經過延遲后再關閉。 TON_DELAY、TON_RISE、TOFF_DELAY 和 TOFF_FALL 等指令控制對啟用/禁用信號的響應時間長度以及輸出的上升或下降速率。 這可用來管理多電源軌系統中的轉換器定序。 此外，還有大量更改和校準輸出電壓的指令，包括 VOUT_COMMAND、VOUT_TRIM 和 VOUT_CAL_OFFSET。

設計人員還可以利用一些指令來幫助在板載非易失性存儲器上存儲參數和防止轉換器應用不當設置。 這些指令包括 STORE_DEFAULT_ALL、RESTORE_DEFAULT_ALL、STORE_DEFAULT_CODE、RESTORE_DEFAULT_CODE、WRITE_PROTECT 和 PHASE。 PHASE 可用于確保多電壓軌或多相系統中的轉換器對正確的指令作出響應。

轉換器配置的另一個重要方面是確定檢測到故障時的響應。 根據系統或應用的類型或者存在問題的電壓軌，處理過流或欠壓等故障的適合方式可能是等待一段時間再關閉，或者關閉并嘗試重啟特定次數，或者立即關閉且不再采取任何措施。 諸如 IOUT_OC_FAULT_LIMIT、IOUT_OC_FAULT_RESPONSE、VIN_UV_FAULT_LIMIT、VIN_UV_FAULT_RESPONSE、OT_FAULT_LIMIT 和 OT_FAULT_RESPONSE 之類指令可讓用戶靈活地選擇故障管理選項。 若選中的配置需要用戶交互才能重啟轉換器，則 CLEAR_FAULTS 指令提供重置故障狀態寄存器位的方式，以便可以開始重啟。

系統診斷支持

數字電源和 PMBus 通信的組合簡化了系統設計人員和廠商的工作，具有諸多優勢，如更短的設計周期、更輕松地執行嚴格的測試例程，以及允許在生產線上對各裝置針對特定應用或市場進行自定義，從而實現靈活的產品管理。

PMBus 還提供許多方式來幫助管理和維護現場部署的系統。 這些指令提供了監控轉換器狀態和收集遙測數據的方式，收集的數據可用于監控系統健康、支持預測性維護。 遙測指令包括 READ_VIN、READ_VOUT、READ_IIN、READ_IOUT、READ_TEMPERATURE、READ_DUTY_CYCLE、READ_PIN 和 READ_POUT。

對于狀態報告，STATUS_BYTE 指令可檢查八個最關鍵的電源轉換器故障的狀態標記。 STATUS_WORD 是一個 16 位的狀態字，不僅含有八個 STATUS_BYTE 標記，還有另外八個狀態標記，包括其他故障或警告、以及一個電源不良標記。 這兩個指令允許系統快速有效地檢查轉換器狀態。 STATUS_BYTE 尤其有效，即使當總線上出現大量其它流量時，也可對重要指標進行檢查。 若發現其中一個狀態標記指示故障，系統可以查詢相關寄存器的完整內容，以獲取更多信息。 圖 3 詳細說明了狀態字節和狀態字的內容及其相關寄存器。

圖 3：狀態字節和狀態字以及關聯的條件寄存器。

性能和效率的動態優化

可以說，對于當今追求利用數字電源的設計人員而言，最令人興奮的機會之一就是能使用 PMBus 通信功能提高系統性能和效率。 數字控制的靈活性，結合廠商特定 PMBus 指令的其它功能，現在允許在運行過程中應用優化的反饋回路參數，或者甚至在負載電容已知后計算系統中的這些參數。 這與固定參數的傳統電源模塊形成對比，后者只能針對較小范圍的負載電容較好地工作。 超出此范圍的負載會導致性能下降，或者轉換器反饋回路變得不穩定。

此外，最佳能效電壓調節可通過 PMBus 指令有效解決。 最新版 PMBus 1.3 規范引入了對電壓調節支持的重要擴展。 在負載點轉換器為微處理器或 FPGA 供電的情況下，動態電壓調節 (DVS) 就是一項成熟的技術，允許負載設備對核心邏輯發出較低供電電壓的指令，從而在需求降低時節省電能。 DVS 是一項開環技術，處理器可以通過它按需更改操作頻率，并可參考查詢表，從轉換器請求適當的供電電壓。

最新的 PMBus 規范允許設計人員利用自適應電壓調節 (AVS)實現更精確的工作電壓優化。 因為 AVS 用實時反饋來連續更新請求的電壓，任何過程相關的影響因素和依賴溫度的變化也納入了考慮范圍。 這有助于進一步減少工作電壓裕量和整體能耗。 相比固定電壓方案，AVS 可以降低高達 40% 的能耗。

PMBus 1.3 中引入的 AVSBus 支持規定了轉換器和由 AVS_Clock、AVS_MData 及 AVS_SData 信號組成的負載之間的三線點到點連接。 這是不同于 PMBus 的額外鏈接，它在高得多的 50 MHz 頻率下工作（PMBus 1.2 及以上版在 1 MHz 下工作），因此允許電壓在 640 ns 內更新，以響應不斷變化的負載需求。

結論

PMBus 正日趨廣泛地用于輔助設計和生產，并且該規范還在繼續發展，以獲取更多改進并加入其它特性。 該規范提供了多種基于 PC 的設計和配置工具，便于使用 PMBus 指令與數字電源轉換器進行交互。 各種各樣的指令為應用軟件提供了與電源模塊廣泛交互的機會，從而實現實時功率輸出監控和調節，并因此而優化系統的能效和可靠性。 PMBus 規范所包含的新特性，例如允許支持自適應電壓調節的 AVSBus，使 PMBus 能夠在其整個工作壽命中幫助優化和維護設備，并發揮越來越重要的作用。