SciTech-EECS-Power-Protocols-PMBus:(Power Management Bus,电源数字化管理总线) + OpenVreg(NVidia Multi-Phase DC-DC Switching Voltage Regulators Standards)

SciTech-EECS-Power-Protocols-PMBus:(Power Management Bus,电源数字化管理总线) + OpenVreg(NVidia Multiple-Phase DC-DC Voltage Regulators Standards)

PMBus 的 Linux 和 TI 的官方文档

1. Linux:
   
   https://www.kernel.org/doc/html/v5.12/hwmon/pmbus-core.html
   
   https://github.com/topics/pmbus
   
   https://github.com/torvalds/linux/blob/master/drivers/hwmon/pmbus/pmbus.c
2. wrtcoder:
   
   https://github.com/wrtcoder/pmbus
3. Microchip:
   
   PMBus 协议栈 用户指南 - Microchip Technology
4. TI
   • MSP PMBus Library Users Guide: Examples - Texas Instruments:
     
     https://software-dl.ti.com/msp430/msp430_public_sw/mcu/msp430/PMBusLib/1_00_00_00/exports/msp430_pmbuslib_1_00_00_00/docs/Users_Guide/html/ch03_Examples.html
   • https://www.ti.com/lit/pdf/sprabj6#:~:text=Project collateral and source code discussed in this,F28035 as a PMBus master and slave device.
   • https://software-dl.ti.com/msp430/msp430_public_sw/mcu/msp430/PMBusLib/1_00_00_00/exports/msp430_pmbuslib_1_00_00_00/docs/Users_Guide/pdf/UsersGuide.pdf

OpenVreg(NVidia, Multiple-Phase DC-DC switching Voltage Regulators Standards)

https://www.nvidia.com/en-us/drivers/openvreg/

OpenVReg - Open Voltage Regulator

OpenVReg stands for Open Voltage Regulator.

• OpenVReg standardizes the package, pinout, and functionality for low voltage DC-DC switching regulators.

• The goal of OpenVReg is enable drop in compatibility of compatible parts in a variety of form factor designs. This reduces cost, design, qualification and supply risk.

• OpenVReg enables packaging and pinout compatibility across multiple sources of similar devices with a single common PCB footprint and layout. OpenVReg defines the basic operation, the minimum set of features, the electrical interface and the mechanical requirements necessary to implement compliant devices.

OpenVReg compliant devices have:

• Non-conflicting pinout definitions: additional features are allowed but do not conflict with the base feature set.
  
  Circuit compatibility: devices function within the predefined reference circuit.
  
  Common layout: devices are footprint compatible.
  
  Mechanically compatible package: devices do not exceed the volume defined in the mechanical specification.

The current OpenVReg development focuses exclusively on DC-DC regulators and controllers. Future version may add definition for other types of devices. The current OpenVReg regulator types are Type 0, Type 2, Type2+1, Console, and Type 4.

OpenVReg Family Tree Diagram

Type 0

OpenVReg Type 0 is a step down DC-DC converter with integrated power stage.

Type 0 defines three subtypes targeting different applications:

Type0-SubType	Input Voltage (V)	Application	note
Type 0-LV	1.2 ~5.5	Secondary converters in two stage architectures and battery operated devices	fixed input
Type 0-DT	12V	Generic desktop and consumer electronics	fixed input
Type 0-BT	7-20V	Battery operated devices with 3 or more cells battery packs	dynamic input

Note: Regulators must be stable with either polymer or MLCC input and output capacitor.

Type0_Spec_v1.0 PDF

Type0_Spec_v1.0ECR PDF

Type0_Spec_v2.0 PDF

Type 2

OpenVReg Type 2 is a dual phase DC-DC controller. Type 2 defines two subtypes targeting different applications:

Type 2-SubType	Input Voltage (V)	Application	note
Type 2-DT	12V	Generic desktop and consumer electronics	fixed input
Type 2-BT	7-20V	Battery operated devices with 3 or more cells battery packs	dynamic input

Type2_Spec_v1.0 PDF

Type 2+1

OpenVReg Type 2+1 is a multi-phase PWM buck switching regulator controller with two integrated gate drivers and an external gate driver to provide the third phase PWM signal output. OpenVReg Type 2+1 is programmable for 1-, 2-, or 3-phase operation. Two subtypes are defined targeting different applications:

Type 2+1 SubType	Input Voltage (V)	Application	note
Type 2+1-DT	12V	Generic desktop and consumer electronics	fixed input
Type 2+1-BT	7-20V	Battery operated devices with 3 or more cells battery packs	dynamic input

Type2+1_Spec_v1.0 PDF

Type 4

OpenVReg Type 4 is a four phase DC/DC controller. Devices use a mass manufacturing friendly

and space saving 32-pin 0.5mm pitch 5x5mm QFN package. Type 4 is a PWM controller with a nominal VCC of 5V. As such, the maximum power input voltage is determined by the capability of the external drivers and FETs. Therefore, there are no DT or BT subtypes designed for OpenVReg Type 4.

Type4_Spec_v1.0 PDF

Console

OpenVReg Console is an interface for the PWMVID communication protocol with/without inte- grated LDO and tri-state buffer to provide multiple dynamic reference voltage output. OpenVReg Console is programmable through GPIO. Devices use a mass manufacturing friendly and space saving 8-pin 0.65mm pitch 3x3mm TSOT23-8L package.

Console_Spec_v1.0 PDF

Contact

For questions or legal information please contact OpenVReg@nvidia.com.

PMBus:(Power Management Bus)

https://pmbus.org/

电源数字化管理总线,

The Power Management Bus (PMBus) is an open standard digital power-management protocol: simple, robust, and extensible.

About 40 PMBus member companies adopt, promote, and improve the standard.

Benefits are efficiency, interoperability, reduced design complexity, and shorter time-to-market for power products.

介绍

1 简介

电源管理总线(PMBus) 是 系统管理总线(SMBus) 的变体，实现电源的数字管理。

同类SMBus，它是一种基于I²C的相对慢速的双线通信协议。

与这两个标准中的任何一个不同，它定义了大量特定于域的命令，而不仅仅是说如何使用读者定义的命令进行通信。

电源管理总线(PMBus)是一个开放的标准数字电源管理协议:简单、健壮、可扩展。

1. 背景
   
   PMBus 规范于 2005 年发布，帮助重新定义嵌入式系统的电源管理。

• SMBus建立在I2C协议之上，是作为管理智能电池 和 其他系统和电源管理设备的一种手段而创建的。
  
  SMBus 与 I2C 都成本低，但其功能和特性更为强大。
• 由于 PMBus 是 SMBus 协议的扩展，因此它共享其大部分物理层以及总线的运行方式。
• PMBus 在 SMBus 之外, 定义了电源控制和管理组件所需的一组特定命令和数据结构。

1. 运行

   • 物理层/传输
     
     PMBus 是一种低成本"双线接口"，是 SMBus(基于 I2C构建) 标准的扩展。

     • 类似SMBus, PMBus至少要两根信号线: SMBCLK(时钟) 和 SMBDAT(数据)。
       
       可选信号将换成两个 GPIO 引脚，包括 CONTROL 和 SMBALERT# 信号.
       
       同SMBus, PMBus 包括通信的 系统主机/总线主站 和 从设备(PMBus设备).
     • PMBus比I2C更强大, 有 超时 和可选PEC(数据包错误检查)增强数据完整性。
       
       超时: 防止较慢从器件将时钟线保持超过指定的超时间隔，避免总线挂断。
       
       PEC字节: 用CRC-8算法生成, 验证事务完整性, 对系统通常至关重要。

   • 数据格式
     
     与 I2C 类似，PMBus 是一个由 8 位数据字节组成的可变长度数据包。
     
     PMBus 的基本数据包结构包括:

     • 一个地址字节，由一个 7 位地址组成，以 1 位读取或写入信号结束。
     • 然后是一个 8 位命令字节（包括命令代码），
   • 然后是一个或多个 8 位数据字节。
   • (可选)也可能有一个 8 位 PEC 字节。

   每字节都包含其接收方确认，并且每个事务都包含在主机的"启动"位和"停止"位之间。

   • 电气
     
     PMBus 电气接口遵循与 SMBus 规范类似的规范。
     • 工作电压范围(V断续器)电压可为3 V至5 V±10%(2.7 V至5.5 V)。
     • 对于 400 kHz PMBus 设备，所需的下拉电流为 4 mA。
   • 使用 PMBus 的位置
     
     PMBus 已越来越多地用于系统内的数字电源管理。
     
     PMBus 可与各种电源管理产品配合使用，例如 :
     
     AC-DC 电源、隔离式 DC-DC 断开转换器、POL(非隔离式负载点)转换器、
     
     电源定序器和负载点电压编程器，以及监视器和风扇控制器。

2. 历史

• 2005 年发布PMBus 规范。
• 2014年3月，AVSBus作为PMBus标准第1.3版的一部分发布。
  
  AVSBus是PMBus的一个子集，用于为FPGA、ASIC、处理器和其他大型数字IC提供自适应电压缩放。

1. 专注方向
   
   一项更雄心勃勃的工作也在进行，PMBus和AVSBus都将升级至2.0，
   
   这将在PMBus/AVSBus命令集和SMBus物理层和传输层之间提供一个明确的区分。
   
   将使PMBus在未来更容易采用附加的物理层和传输层。
   
   同时为了提高数字电力通信领域的安全性，正在考虑进行更多的变更。

PMBus ApplicaTIon Profile Work Group

PMBus应用工作组, 专注于以下几个领域：

• 扩展现有点对点AVSBus体系结构的行为，允许总线上有多个从设备，并进行相关的命令和监视更改。
• 为工业、医疗、通信和计算市场的前端电源定义PMBus应用程序配置文件。
  
  该规范将包括交流输入，48V输入，高压直流输入。
• 定义通用（或中性）文件格式的特性，用于在新制造的线路板上配置来自多供应商的PMBus器件。
• 物理总线实现统一（物理总线实现）。这将在即将到来的PMBus 2.0中得到支持。
  
  SMBus一直是PMBus的默认PHY，但有些已经实现了其他PHY，
  
  以便在较长距离上传输PMBus命令（ENET、CAN、RS485等）。
  
  这项工作将创建一种标准方法来支持PMBus而不是通过其他PHY实现。

1. 命令
   
   PMBus协议目前包括大约200个命令，这些命令可以分类如下：

• 配置
  • 输出电压
  • 工作频率
  • OVT/OCT/OTP阈值
  • 电源“良好”窗口
  • 故障处理方式
  • 软启动模式
  • 同步
  • 以及其他
• 控制
  • 启用/禁用
  • 输出电压
  • 工作频率
  • 相位节流
  • 安全保护
  • 以及其他
• 监控
  • 输入和输出电压
  • 输入和输出电流
  • 占空比
  • 温度
  • 以及其他

2 优缺点

1 优点

• 易于设计。
• 缩短设计时间。
• 能够监测电源，并筛选出设计不太好的电路板。
  
  使用全新 ASIC(特定用途集成电路)时, 能够优化功率级(测量实际汲取的电流值，并且不必过度设计输出电感器和输出电容器)。
• PMBus可在不需要外部模拟组件的情况下，轻松创建全新电源设计，您就不必在工作台上尝试新的电阻器和电容器。
• 通过一个GUI(图形化用户界面)，PMBus能够实现编程、排序、配置、控制、电压裕量调节、输出电压调节、以及参数和故障监视. 可快速实现重新设计，并更加智能地对参数和观察到的故障做出响应。
• PMBus IC可以免除对外部硬件监视器、监控器、温度传感器，以及针对延迟的分立逻辑电路的需要。

3 示例

3.1 MW(明纬)可编程电源

应用：自动导引车（AGV）

型号：RPB-1600-48（内置PMBus）

通信接口：PMBus

本应用使用两个RPB-1600-48并联, 安装在物流仓库的自动导引车的充电站。

当卡车返回充电站时，系统将检测端口的连接状态，并使用PMBus打开充电器为电池充电。

系统还将选择适当的充电电流，通过PMBus为卡车的六个电池组充电，

并通过通信发送充电信息和电源状态。

参考

1、wiki-Power_Management_Bus

2、pmbus组织

3、什么是 PMBus？

4、PMBus

5、电源管理总线 (PMBus)—到底有什么价值？

6、I2C（smbus、pmbus）和SPI协议分析

7、关于数字电源SMBus、PMBus和AVSBus的数字通信协议

8、明纬可编程电源的数字通信及应用

9、HEP-1000_1680-21407-0628-E-0721