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數字電源通過SMBus、PMBus和AVSBus（PMBus協議的子集，用于實現自適應電壓縮放）相互通信。使用支持SMBus和PMBus的設備進行功率轉換提供了傳統模擬電源系統無法實現的靈活性和控制。PMBus及其相關標準由System Management Interface Forum（SMIF）開發和維護。
PMBus已開發維護多年，SMIF最近慶祝了其15周年生日。2014年3月，AVSBus作為PMBus標準第1.3版的一部分發布。PMBus規范工作組目前正在對PMBus 1.3進行第二次修訂。最近的版本將是PMBus 1.4，以消除意義不明確之處并向現有命令集添加一些次要功能。目前正在最后確定。
AVSBus是PMBus的一個子集，用于為FPGA、ASIC、處理器和其他大型數字IC提供自適應電壓縮放。（圖片：SMIF）
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：
擴展現有點對點AVSBus體系結構的行為，允許總線上有多個從設備，并進行相關的命令和監視更改。
為工業、醫療、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。
物理總線實現統一（物理總線實現）。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，但有些已經實現了其他PHY，以便在較長距離上傳輸PMBus命令（ENET、CAN、RS485等）。這項工作將創建一種標準方法來支持PMBus而不是通過其他PHY實現。
PMBus協議目前包括大約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
- 相位節流
- 保證金
- 以及其他
監控
- 輸入和輸出電壓
- 輸入和輸出電流
- 占空比
- 溫度
- 以及其他
PMBus性能驗證
作為產品驗證的一部分，驗證產品是否符合協議規范，以確保產品的互操作性非常重要。Soliton和Cadence的產品提供了兩個驗證PMBus性能的方法示例。
Soliton公司的PMBus從機驗證套件是一個現成的驗證工具，使用NI的PXI平臺，幫助驗證設備是否符合PMBus協議的時序和電氣規范。該工具還可以驗證設備對各種PMBus故障和異常的耐受性和恢復能力，并提供一套全面的報告。
Soliton的PMBus從機驗證套件基于NI的PXI平臺（圖片：Soliton）
PMBus驗證套件包括：
- NI PXIe 657x 帶PXIe機箱的數字Pattern 生成子卡
- Soliton PVS插入板
- 示波器：用于進行電壓測量
- 與Windows操作系統兼容的Soliton PMBus從機驗證套件軟件
PMBus的Cadence驗證IP（VIP）結合了最新的協議更新，提供了完整的總線功能模型（BFM）、集成的自動協議檢查、覆蓋模型和合規測試。PMBus的VIP設計用于在IP、片上系統（SoC）和系統級的測試臺上輕松集成。它有助于減少測試時間，加快驗證結果，并確保最終產品質量。PMBus的VIP運行在所有主要的模擬器上，支持SystemVerilog驗證語言和相關方法，包括通用驗證方法（UVM）和開放驗證方法（OVM）。
PMBus的VIP支持最新版本的PMBus 1.3.1版：
電力系統管理協議規范第I部分——一般要求、傳輸和電氣接口
電力系統管理協議規范第二部分-命令語言
SMBus不完全是I2C
雖然SMBus是從I2C派生的，但在電壓、電流、定時、協議和操作模式方面，這兩種規格之間存在著一些顯著差異。
I2C規范規定輸入電平為電源電壓VDD的30%和70%，電壓VDD可能為5V、3.3V或其他值。SMBus定義總線輸入電平與VDD無關，而是將其定義為固定在0.8V至2.1V，SMBus 2.0支持3V至5V的VDD，SMBus 3.0支持1.8V至5V的VDD。
SMBus 2.0定義了一個“高功率”類，其中包括一個4mA接收器電流，不能由I2C芯片驅動。I2C總線額定值為3mA。如果上拉電阻電流為3mA，SMBus“高功率”設備和I2C總線設備將一起工作。SMBus“低功耗”類額定為350μA。
SMBus時鐘定義為10-100 kHz，而I2C以0kHz開始，根據模式擴展至100kHz、400kHz、1MHz或3MHz。這意味著，運行在10kHz以下的I2C總線將不符合SMBus的要求，因為SMBus設備可能超時。當然這因制造商而異，并且已經有SMBus器件支持較低的頻率。SMBus 3.0增加400kHz和1MHz總線速度。
除了I2C規范中的最小總線操作頻率外，SMBus規范還限制了主設備在消息的每個字節內的最低延遲量（tLOW:MEXT）。 從設備也有類似限制（tLOW:SEXT）。
對總線操作的另一個SMBus限制是超時TTIMOUT，在此之后，總線被假定掛起，連接到總線的所有設備必須重置其I/O接口并準備接收啟動條件。
AVSBus是PMBus的專用擴展
自適應電壓標度（AVS）是一種閉環動態功率最小化技術。AVS控制允許根據瞬時工作負載和單個IC參數的需要，連續調整提供給IC的電壓，自適應電壓縮放可使功耗降低60%以上。
使用自適應電壓技術從而節約能源（圖：TI）
AVSBus最初是在TI開發的，它是一種實現動態電壓和頻率標度（DVFS）的手段。TI向SMIF提供了AVSBus技術。在SMIF PMBus規范工作組進一步開發后，AVSBus于2014年3月作為PMBus 1.3版第三部分發布。
SMBus 3.0的1MHz最大總線速度不足以實現ASIC和FPGA等大型數字IC的自適應電壓縮放。PMBus 1.3標準使用1MHz最大總線速度需要35μs才能發出電壓命令，速度太慢，無法用于滿足當今FPGA和ASIC迅速響應的要求。AVSbus通過兩種方式加速通信：將最大總線速度推高至50MHz，并使用固定的32位幀。因此，AVSBus可以在640ns內發出“更改電壓”的命令。
AVSbus擴展使用了一個簡單（僅9個標準命令）和高效的命令集，專門優化以實現自適應電壓縮放。主命令用于讀取或設置電壓，并固定在1mV/bit。它的電壓設置范圍從0 V到65.535V，這超出了大多數應用的要求。
總之，AVSBus是一種特定于應用程序的協議，允許諸如ASIC、FPGA或處理器等電源設備控制其自身電壓以節省功耗。PMBus是一種開放的標準協議，它定義了與功率轉換和其他設備通信的方法，允許有效配置和控制以及遙測數據。將這些協議組合在從屬設備中是一種有效的解決方案，用于包含需要實現自適應電壓縮放的負載系統。
編輯：hfy
工商網監
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