電源技術(shù)中I2C及PM Bus總線(xiàn)

　　1 前言

　　由于數(shù)字電源的控制靈活、結(jié)構(gòu)變化靈活、調(diào)節(jié)、維護(hù)方便和造價(jià)低的一系列優(yōu)點(diǎn)，代表了電源技術(shù)的發(fā)展方向。而在數(shù)字電源中，總線(xiàn)技術(shù)發(fā)揮了很重要的作用，本文結(jié)合數(shù)字電源中常用的總線(xiàn)技術(shù)加以介紹。

　　2 I2C總線(xiàn)

　　I2C總線(xiàn)是英文“Inter Integrated Circuit Bus”的縮寫(xiě)，常譯為“集成電路間總線(xiàn)”或“內(nèi)部集成電路總線(xiàn)”。I2C總線(xiàn)以它強(qiáng)大的控制能力和精巧的電路結(jié)構(gòu)，得到各生產(chǎn)廠(chǎng)家的認(rèn)可。目前，I2C總線(xiàn)在許多電子產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用。

　　I2C總線(xiàn)接口的有關(guān)技術(shù)指標(biāo)最早在1982年確定。Philips公司將I2C總線(xiàn)以簡(jiǎn)單雙線(xiàn)接口的形式首先推出，用于在同一塊電路板或機(jī)柜中的有關(guān)電子部件之間實(shí)現(xiàn)通信，1987年P(guān)hilips公司擁有了I2C總線(xiàn)的專(zhuān)利。在I2C中有兩條信號(hào)線(xiàn)，一條用于時(shí)鐘信號(hào)的傳輸，一條用于數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸，通過(guò)I2C總線(xiàn)，可以在主控部件和從控部件之間完成有關(guān)命令、控制和工作信息通過(guò)兩條串行信號(hào)線(xiàn)來(lái)傳輸。I2C總線(xiàn)的最典型應(yīng)用就是通過(guò)一個(gè)主控部件來(lái)完成有關(guān)部件之間的通信控制。由于I2C總線(xiàn)的使用簡(jiǎn)單性，所以目前I2C總線(xiàn)得到了廣泛的應(yīng)用，I2C總線(xiàn)的有關(guān)性能不斷得到提高，通信速率和尋址范圍也在不斷提升。

　　作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，I2C總線(xiàn)作為一種很有吸引力的物理通信方式，在A(yíng)CCES bus、SM Bus、PSMI和IPMI工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)中，I2C總線(xiàn)的有關(guān)技術(shù)指標(biāo)也被引用。I2C總線(xiàn)可以應(yīng)用于許多的微控制器，并且在許多應(yīng)用場(chǎng)合，利用通用的I/O引腳，通過(guò)軟件也可以驅(qū)動(dòng)I2C總線(xiàn)。例如，在1991年，由一些公司牽頭開(kāi)發(fā)了ACCESS bus(存取總線(xiàn)，簡(jiǎn)稱(chēng)A.b)，這里利用了I2C總線(xiàn)作為它的物理通信層，從而使ACCESS bus具有使能被控器件的能力，ACCESS bus被用作是一種改進(jìn)的、簡(jiǎn)化的、規(guī)范的和靈活多用的方法來(lái)連接計(jì)算機(jī)的內(nèi)部，外部器件到CPU，它支持像時(shí)鐘和電池電能監(jiān)控等器件的工作，并且也支持鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、顯示器和調(diào)制解調(diào)器的工作。在1995年，ACCESS bus工作組(ABIG)發(fā)布了V3.0技術(shù)文件版本，一些公司(例如：USAR和日本Fujitsu公司都參加到了ABIG的活動(dòng)中，并在智能電池系統(tǒng)接口論壇Smart Battery system Interface Forum：SBS-IF)中積極參與工作。

　　2.1 關(guān)于I2C總線(xiàn)

　　I2C總線(xiàn)是串行總線(xiàn)系統(tǒng)，I2C總線(xiàn)由兩根線(xiàn)組成，一根是串行數(shù)據(jù)線(xiàn)，常用SDA表示;另一根是串行時(shí)鐘線(xiàn)，常用SCL表示。CPU利用串行時(shí)鐘線(xiàn)發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)，用串行數(shù)據(jù)線(xiàn)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控電路的調(diào)整與控制。由于I2C總線(xiàn)只有兩根信號(hào)線(xiàn)，因此數(shù)據(jù)的傳輸方式是串行方式，其數(shù)據(jù)傳輸速度低于并行數(shù)據(jù)傳輸方式，但I(xiàn)2C總線(xiàn)占用CPU的引腳很少，只有兩個(gè)，有利于簡(jiǎn)化CPU的外圍線(xiàn)路。

　　在I2C總線(xiàn)系統(tǒng)中，CPU是核心，I2C總線(xiàn)由CPU電路引出，其他被控對(duì)象均掛接在I2C總線(xiàn)上，I2C總線(xiàn)系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

　　圖1 I2C總線(xiàn)系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)示意圖

　　2.2 I2C總線(xiàn)接口電路

　　I2C總線(xiàn)上傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，如果I2C總線(xiàn)上掛接的被控集成電路為模擬電路，為便于與被控模擬電路通信，在被控對(duì)象中需要增加I2C總線(xiàn)接口電路，受控IC中I2C總線(xiàn)接口電路工作原理圖如圖2所示。接口電路一般由I2C控制器和控制開(kāi)關(guān)等電路組成。由CPU送來(lái)的數(shù)據(jù)信息經(jīng)譯碼器譯碼后控制信號(hào)才能對(duì)被控IC執(zhí)行控制操作。被控對(duì)象通過(guò)I2C總線(xiàn)接口電路接收由CPU發(fā)出的控制指令和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)CPU對(duì)被控對(duì)象的控制。

　　I2C總線(xiàn)是雙向總線(xiàn)系統(tǒng)，通過(guò)I2C總線(xiàn)CPU可以向被控IC發(fā)送數(shù)據(jù)，被控IC也可通過(guò)I2C總線(xiàn)向CPU傳送數(shù)據(jù)，但被控IC是接收數(shù)據(jù)還是發(fā)送數(shù)據(jù)則由CPU控制。由于I2C總線(xiàn)是雙向總線(xiàn)系統(tǒng)，因此CPU可以對(duì)I2C總線(xiàn)上掛接的有關(guān)電路進(jìn)行故障檢查。

　　對(duì)生產(chǎn)自動(dòng)化調(diào)整功能的電器，可將生產(chǎn)線(xiàn)上的計(jì)算機(jī)與電器的I2C總線(xiàn)相連，根據(jù)電器不同調(diào)整項(xiàng)目的預(yù)置功能和要求，將最佳調(diào)整數(shù)據(jù)傳送到電器的E2PROM存儲(chǔ)器中，也可將標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)固化在CPU的只讀存儲(chǔ)器中。采用I2C總線(xiàn)的電器節(jié)省了很多可調(diào)電位器，簡(jiǎn)化了調(diào)整工藝，產(chǎn)品的一致性好，工作可靠性高。

　　圖2 I2C總線(xiàn)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖

　　2.3 I2C總線(xiàn)系統(tǒng)的功能

　　以CPU為核心的I2C總線(xiàn)系統(tǒng)，主要用完成以下幾個(gè)功能。

　?、庞脩?hù)操作功能

　　用戶(hù)在使用電器時(shí)，通常要進(jìn)行有關(guān)控制參量的調(diào)節(jié)、控制等操作，操作時(shí)只需按動(dòng)本機(jī)鍵盤(pán)或遙控器鍵盤(pán)上的相應(yīng)按鍵，CPU便通過(guò)I2C總線(xiàn)向被控電路發(fā)出有關(guān)控制指令。

　?、凭S修調(diào)整功能

　　完成對(duì)被控電器各單元電路進(jìn)行工作方式設(shè)定和調(diào)整的控制功能。在普通電器中，是利用可調(diào)電位器進(jìn)行有關(guān)單元電路的各種工作參數(shù)調(diào)整。而在I2C總線(xiàn)的被控電器中，這些參數(shù)都可由操作人員進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的調(diào)整狀態(tài)后，通過(guò)遙控器或本機(jī)操作鍵來(lái)完成有關(guān)工作參數(shù)的調(diào)整。⑶故障自檢功能

　　由于I2C總線(xiàn)上的信息是由SDA和SCL兩線(xiàn)串行數(shù)據(jù)信號(hào)線(xiàn)雙向傳輸?shù)?，因此CPU可以對(duì)I2C總線(xiàn)的通信情況和被控集成電路的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并在屏幕上顯示檢測(cè)結(jié)果，為維修人員提供有關(guān)故障自檢信息。被控器送來(lái)的低電平應(yīng)答信號(hào)，CPU就會(huì)判斷該被控器有故障，并終止數(shù)據(jù)傳送。由于各被控集成電路和器件均有自己的地址，所以，在總線(xiàn)上不同時(shí)間傳送著眾多的控制信號(hào)，但各被控器只要把與自己地址相同的控制信號(hào)從總線(xiàn)上取下來(lái)，并進(jìn)行識(shí)別和處理，得到相應(yīng)的控制信號(hào)，就可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制。

　　2.4 I2C總線(xiàn)系統(tǒng)的控制過(guò)程

　?、臗PU與存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)交換

　　I2C總線(xiàn)系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有兩種信息：一是用戶(hù)信息，是用戶(hù)寫(xiě)入的控制信息，此信息用戶(hù)可以更改，如各種模擬控制量(例如電源的OVP、OCP、OTP和所需輸出電壓值等);另一種是控制信息，是由廠(chǎng)家寫(xiě)入的控制數(shù)據(jù)，此信息用戶(hù)不能改變。電器正常工作時(shí)，CPU從存儲(chǔ)器中取出有關(guān)用戶(hù)信息和控制信息，并送往被控電路使其處于正常工作狀態(tài);當(dāng)調(diào)整電器時(shí)，CPU也從存儲(chǔ)器中取出控制信息，檢修人員使用正確的調(diào)試步驟來(lái)改變這些控制信息，以確保采用I2C總線(xiàn)的電器處于最佳工作狀態(tài)。

　?、艭PU對(duì)被控電器的控制過(guò)程

　　CPU對(duì)采用I2C總線(xiàn)的被控電器控制需經(jīng)過(guò)以下過(guò)程。

　?、貱PU尋址過(guò)程。當(dāng)CPU要對(duì)某被控器進(jìn)行控制時(shí)，CPU將向總線(xiàn)發(fā)出該被控器的地址指令，被控器收到指令后，便發(fā)出應(yīng)答信息，CPU總線(xiàn)收到應(yīng)答信息后，就將該被控器作為控制對(duì)象。

　　②CPU調(diào)用數(shù)據(jù)過(guò)程。CPU找到被控器后，就從存儲(chǔ)器中調(diào)出相應(yīng)的用戶(hù)信息及控制信息，并通過(guò)I2C總線(xiàn)送到被控器，使被控器處于所要求的工作狀態(tài)。

　?、郾豢仄鲌?zhí)行指令的過(guò)程。被控器接收到指令后，便對(duì)指令進(jìn)行譯碼，并將譯碼的結(jié)果與自己的控制內(nèi)容編碼進(jìn)行比較，以確定進(jìn)行何種操作，這項(xiàng)工作是由總線(xiàn)接口電路中的譯碼器來(lái)完成的。確定進(jìn)行何種操作后，總線(xiàn)接口電路中的相應(yīng)控制開(kāi)關(guān)便自動(dòng)接通，控制數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)控制開(kāi)關(guān)送到D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成模擬控制電壓，用以控制相應(yīng)的模擬電路，完成有關(guān)操作。I2C總線(xiàn)數(shù)據(jù)傳送最繁忙的時(shí)刻是在采用I2C總線(xiàn)電路的剛開(kāi)機(jī)一瞬間，由于被控電路沒(méi)有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的功能，因此，每次開(kāi)機(jī)時(shí)CPU都要從存儲(chǔ)器中取出控制數(shù)據(jù)，送往各被控器，使被控器進(jìn)人相應(yīng)的工作狀態(tài)。因此，剛開(kāi)機(jī)時(shí)CPU的控制任務(wù)最繁重，控制過(guò)程最復(fù)雜，損壞的可能性也就最大，所以使用I2C總線(xiàn)的電器應(yīng)盡量避免頻繁開(kāi)/關(guān)機(jī)。

　　根據(jù)電器功能的強(qiáng)弱以及在I2C總線(xiàn)上掛接的被控電路的不同，在I2C總線(xiàn)采用的CPU上可引出一組或多組I2C總線(xiàn)。

　　由I2C總線(xiàn)控制的集成電路或器件必須具有專(zhuān)用的總線(xiàn)端子，即SDA端子與SCL端子。凡是具有SDA、SCL端子(引腳)的集成電路或器件，均可以由總線(xiàn)控制。