基于PMBus和VID技術的電源電路設計

摘要：針對高速嵌入式系統對自動調節輸出電壓的電源系統的需求，本文采用PMBus總線為電源芯片之間，電源芯片和控制器之間的通信提供標準，通過重點分析基于PMBus總線的數字可編程電源的內部結構和電壓識別的技術實現方法，設計了一支持電壓識別(VID)技術的帶兩路獨立電壓輸出的數字可編程電源系統。經PMBus總線進行配置后，該電源系統可以滿足高速嵌入式系統的多種電壓需求，取得了良好的效果。
關鍵詞：PMBus；電壓識別(VID)技術；開關電源；數字可編程電源

隨著高性能嵌入式系統的不斷發展，傳統的通過無源器件產生的模擬信號來進行設置和控制輸出電壓，啟動時間的DC／DC轉換器已經難以滿足高性能嵌入式系統的用電需求。嵌入式系統的自適應電源管理方案需要在系統的運行過程中根據系統的運行狀況實時改變電源的輸出電壓，上電次序，然而這些功能存傳統的DC／DC電源管理方案巾是難以實現的。在這種背景下，數字可編程電源成為了最佳的選擇。而PMBus的出現為動態電源系統之間的通信提供了一個標準。同時，PMBus總線標準推動了電壓識別技術的發展，通過PMBus總線可以方便的對支持電壓識別技術的電源芯片進行在線編程和配置。
PMBus總線技術從IIC總線發展而來，包括兩個從IIC總線繼承而來的基本信號SCL(時鐘信號)和SDA(數據信號)，兩個輔助信號ALTR#信號和CTL信號可分別用來響應主控制器和關閉PMBus電源芯片的輸出。

1 基于PMBus的電源芯片內部結構
基于PMBus的電源芯片主要由模擬前端，補償濾波器，脈寬調制波產生器和一個內部的控制器組成。模擬前端主要接收輸出電壓的反饋信號和電源芯片內部設置的輸出電壓進行比較，將比較的結果通過補償濾波器進行處理得到脈沖寬度調制波需要調整的大小，并通過脈寬調制波產生器產生脈寬調制波來驅動電源驅動器，最終通過電源驅動器產生輸出電壓。

1．1 模擬前端
模擬前端需要將輸出電壓的反饋電壓和電源芯片內部的參考電壓進行比較，參考電壓決定了輸出電壓的大小。當電源芯片支持電壓識別技術，其參考電壓由負載芯片的VID信號決定。當電源芯片不接受來自電壓使用芯片的VID電壓反饋信號時，輸出電壓由PMBus命令VOUT_COMM AND，VOUT_CAL_OFFSET，VOUT_SCALE_LOOP和VOUT_MAX決定。圖3顯示了以上命令和參考電壓之間的關系。

模擬前端主要包括電壓比較器和和一個模數轉換器。電壓比較器主要用于比較輸出電壓反饋信號和參考電壓，其輸出的值是兩個電壓的差值。模數轉換器將這一差值轉換為數字信號交由補償濾波器進行處理。