數(shù)字電源監(jiān)視和遙測

遙測曲線圖示出了內(nèi)部芯片溫度。當我把手指放在器件上而且它冷卻時，曲線圖中出現(xiàn)了凹陷。曲線圖上的最小值和最大值分別為30℃和40℃。由圖可見，測量結(jié)果相當不錯。

器件將采用這種溫度監(jiān)視電路來保護自身，但其亦可用于檢測更加細小的問題。如果您添加一個I2C溫度監(jiān)視器件，并把傳感器布設在一塊介于傳感器和所有PMBus器件之間的PCB周圍，就能很好地了解電路板的工作狀況。您可

以借此來平衡溫度(通過控制負載)，標定系統(tǒng)在不同負載條件下的特性，或者簡單地向系統(tǒng)操作員發(fā)送一條警告消息，這樣他們就能將有問題的電路板換下并送去維修。

對于效率也可采取相同的做法。通過測量輸入和輸出電壓及電流，您可以在執(zhí)行中計算電源效率，并運用該信息來實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化(通過轉(zhuǎn)移工作負載以使轉(zhuǎn)換器更接近于其最佳效率)。另外，您也可以注意發(fā)現(xiàn)那些反常的模式，這或許能幫助您在問題發(fā)生之前及時地加以檢測。電路板管理器通常都具有通信接口，可為您發(fā)出此類通知。

自主型與受管型系統(tǒng)

我想把這些性能參數(shù)放入使用模型的環(huán)境中：

在我的前一篇文章中我提出了兩種使用模型：

1. 配置(Configure)和部署(Deploy)

2. 監(jiān)視(Monitor)和運作(Act)

另一種對此進行描述的方法是“自主型與受管型”系統(tǒng)。在自主型系統(tǒng)中，電源轉(zhuǎn)換器的上電和運作完全獨立于PMBus，與模型1很相似。受管型系統(tǒng)則主動地采用PMBus，這與模型2十分相像。

這些模型具有不同的性能特點。PMBus自身的性能受限于400Hz(典型值)總線時鐘。監(jiān)控性能與PMBus無關(guān)，無論在數(shù)字處理單元中作為一個模擬比較器和直接邏輯抑或是較慢邏輯來實現(xiàn)。

在受管型系統(tǒng)中(例如：Monitor和Act)，Act部分具有與自主型系統(tǒng)相同的性能，直到PMBus位于一個由主機管理的決策環(huán)路中為止。當主機必須讀取遙測數(shù)據(jù)以及對器件實施某種功能或參數(shù)變更時，性能通常受限于PMBus。

另外，托管系統(tǒng)性能也有著很大的不同，因為主機必須管理多個電源軌(電源軌的數(shù)量取決于系統(tǒng)架構(gòu))。假設讀取一個數(shù)值及對應地變更一個數(shù)值需要200μs的時間(400kHz總線)。然后假定我在主機的控制環(huán)路中有10個電源軌，這樣所需的時間即為2ms?，F(xiàn)在，增設幾顆用于監(jiān)視溫度的I2C芯片。在與PMBus無關(guān)的主機中添加其他的功能，最終系統(tǒng)的響應時間比數(shù)字處理單元慢。此外，如果由于某些較慢的I2C器件的原因而以100kHz的頻率運行總線，則響應速度將變得更慢。

正因為如此，我們采用了混合式使用模型，其中關(guān)鍵性的功能全部由數(shù)字處理單元(和快速監(jiān)控器)來處理，并且不依賴于PMBus，而較高級的功能(例如：能耗和故障預測)則由一個PMBus主機來操控。

由于同樣的原因，當不需要較高級的功能時，器件完全可以自行運作，而PMBus是一個用于配置工具的使能器。特別地，PMBus工具對于電路板開發(fā)與運行狀況檢驗是非常有用的。這種工具以儀表板格式來顯示系統(tǒng)所有電源軌的狀態(tài)：遙測、故障和設定值。

回顧

大多數(shù)數(shù)字電源器件都具有監(jiān)控器和監(jiān)視器。我已經(jīng)將監(jiān)控器作為一種快速動作安全器件，以及把監(jiān)視器作為一種用于遙測的采樣器件進行了特性分析。這雖然是一種適合分類的簡便方法，但對于術(shù)語的使用應謹慎從事，特別是關(guān)于監(jiān)控器和故障。有的時候，“監(jiān)控器”這個詞語被用于一種采用來自監(jiān)視器之數(shù)據(jù)的故障發(fā)生方法，因此其延遲通常大于比較器。

這并沒有什么毛病。如果某個器件已經(jīng)需要一個監(jiān)視器，而且倘若故障不必以超快的速度出現(xiàn)，那么為什么要為并不需要的比較器或邏輯器件“埋單”呢?只需閱讀產(chǎn)品手冊并仔細查看其方框圖，就能對器件的工作原理和特性有所了解。芯片設計師對于權(quán)衡取舍相當在行，但所做的折衷是否適合您的應用只有您才能確認。不過一般來說，您將會發(fā)現(xiàn)：如果它是一項安全性問題，將需要采用比較器;而如果是準確度問題，則將采用高準確度ADC。

雖然使用監(jiān)控器的重要性相當明顯，但監(jiān)視器有時卻并未受到重視，直到您想要用它們的時候才會恍然大悟。容易出現(xiàn)的情況是：專注于確定電源軌的高低、研究瞬態(tài)響應和所有其他的模擬工作特性，卻并未考慮系統(tǒng)級的因素。但是，當您擁有了PMBus及其所有的控制器、用于存儲設定值的NVMRAM、以及用于配置的軟件工具時，應考慮能夠利用實時數(shù)據(jù)做些什么。只需多付出一點點精力，您或許就會發(fā)現(xiàn)一項競爭優(yōu)勢。而且，您也無須預先實現(xiàn)所有的固件。關(guān)于固件的好事是：無需變更硬件即可實現(xiàn)其升級。

如果您能夠預知故障或優(yōu)化效率，則常?？梢允栈毓碳矫娴耐顿Y(回收資金可達開發(fā)成本的100倍)。而所需要的僅僅是：在設計中添加或采用一個現(xiàn)有的FPGA或微控制器，掌握應用領域的一些相關(guān)知識，還有一點點想象力。

在今后的文章中，我將更加詳細地闡述PMBus集成的問題。到目前為止，您很可能覺得那將需要進行大量的工作。不過，根本沒有那么困難。