技術(shù)分享博客

電源管理總線（Power Management Bus，簡(jiǎn)稱PMBus）是一項(xiàng)已為人熟知的技術(shù)，它定義了用于電源和系統(tǒng)的數(shù)字化監(jiān)控和控制規(guī)范。基于開放標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，PMBus靈活而功能齊全，能夠?qū)崿F(xiàn)各種設(shè)備之間的通信。

不過，符合PMBus標(biāo)準(zhǔn)并不保證電源設(shè)備或系統(tǒng)的可靠性。

相反，設(shè)計(jì)工程師仍需了解PMBus的能力，確保他們的電源設(shè)備或系統(tǒng)能夠利用PMBus提供的數(shù)據(jù)。

PMBus是一種標(biāo)準(zhǔn)通信格式。當(dāng)前有些行業(yè)委員會(huì)正致力于制定該標(biāo)準(zhǔn)以及其他電源應(yīng)用相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，但該標(biāo)準(zhǔn)仍存在許多未定義的方面，使其無(wú)法覆蓋新的應(yīng)用和用例。這意味著工程師們必須具備相應(yīng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、對(duì)系統(tǒng)功能的理解以及推進(jìn)結(jié)構(gòu)化執(zhí)行和測(cè)試的能力。

在這篇博客文章中，我們將解釋如何將PMBus用作預(yù)測(cè)性維護(hù)的傳感器網(wǎng)絡(luò)，以提高可靠性，減少退料審查（Return Material Authorization，簡(jiǎn)稱RMA）和計(jì)劃外的停機(jī)時(shí)間。我們還將討論Flex Power Designer如何讓PMBus的設(shè)置和管理更加方便。

PMBus定義的領(lǐng)域以及局限性

PMBus基于集成電路總線（Inter-Integrated Circuit，簡(jiǎn)稱I2C）和系統(tǒng)管理總線（System Management Bus，簡(jiǎn)稱SMBus）協(xié)議。它定義了兩個(gè)不同領(lǐng)域：

· 通信鏈路的物理和電氣實(shí)施方案

· 可用于通信的標(biāo)準(zhǔn)命令集

除此之外，PMBus沒有規(guī)定電源系統(tǒng)架構(gòu)、外形尺寸或要使用的組件?？偩€的最大運(yùn)行速度為1 MHz，但并未規(guī)定數(shù)據(jù)采集的采樣率。

PMBus有許多標(biāo)準(zhǔn)命令，其中包括讀取遙測(cè)數(shù)據(jù)的命令，如輸出電壓和電流（READ_VOUT、READ_IOUT）和溫度（READ_TEMPERATURE_1）。它的標(biāo)準(zhǔn)命令集還包括用于控制設(shè)備的命令，如遠(yuǎn)程關(guān)機(jī)和啟動(dòng)。供應(yīng)商可以自定義這些命令并定制其專屬的命令。

獲取可靠數(shù)據(jù)

設(shè)計(jì)師們需要注意，PMBus的數(shù)據(jù)完整性依賴于電平信號(hào)（Transistor-Transistor-Logic，簡(jiǎn)稱TTL）信號(hào)發(fā)送的數(shù)據(jù)包，因此高噪聲水平可能會(huì)破壞數(shù)據(jù)。為了保證數(shù)據(jù)完整性，PMBus支持?jǐn)?shù)據(jù)包錯(cuò)誤校驗(yàn)（packet error checking，簡(jiǎn)稱PEC）。

除了使用PEC之外，PMBus系統(tǒng)還應(yīng)該驗(yàn)證地址并監(jiān)控SMBALERT#信號(hào)，該信號(hào)使目標(biāo)設(shè)備能夠?qū)⒐收锨闆r通知給控制器。PMBus系統(tǒng)還應(yīng)能夠處理時(shí)鐘延展，即允許目標(biāo)節(jié)點(diǎn)將時(shí)鐘信號(hào)保持在低電平，以獲得更多時(shí)間來(lái)處理數(shù)據(jù)。

采集數(shù)據(jù)時(shí)，電源系統(tǒng)應(yīng)使用合適的采樣率。這可能包括在瞬態(tài)和事件發(fā)生時(shí)使用的快速采樣率（10–50 Hz），以及在觀測(cè)長(zhǎng)期漂移時(shí)使用的慢速采樣率（0.1–1 Hz）。

將遙測(cè)數(shù)據(jù)映射到實(shí)際故障模式

PMBus可以提供多種有用的數(shù)據(jù)，但我們需要準(zhǔn)確了解PMBus的哪些值預(yù)示電源的哪些性能退化。

下表列出了電源中四種最重要的故障模式和識(shí)別該故障的典型表現(xiàn)。該表還詳細(xì)列出了可以監(jiān)測(cè)的PMBus信號(hào)，用于判斷是否出現(xiàn)這些癥狀，以便及早發(fā)現(xiàn)潛在問題并進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)。

為了充分利用采集的數(shù)據(jù)并可靠地檢測(cè)異常情況，設(shè)計(jì)師們可以使用滾動(dòng)基線法。這包括為每個(gè)信號(hào)計(jì)算指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均值（Exponentially Weighted Moving Average，簡(jiǎn)稱EWMA）和方差（Exponentially Weighted Variance，簡(jiǎn)稱EWVAR），并在可能的情況下按環(huán)境溫度進(jìn)行歸一化處理。

設(shè)計(jì)師們可以定義合適的軟限值和硬限值，以及相應(yīng)的操作。例如，EWMA的微小變化可能只會(huì)生成一個(gè)服務(wù)單或警報(bào)，更嚴(yán)重的變化則可能立即觸發(fā)停機(jī)。系統(tǒng)必須具備語(yǔ)境感知能力，來(lái)避免發(fā)生已知事件（例如計(jì)劃內(nèi)的風(fēng)扇曲線變化）時(shí)發(fā)出不必要的警報(bào)。

故障前自動(dòng)緩解

一旦識(shí)別出異常情況，就需要通過PMBus將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的操作，例如：

· 如果熱耗裕量較低，系統(tǒng)可以增加并聯(lián)電源軌上的相位擴(kuò)展（使用供應(yīng)商的MFR_PHASE），并暫時(shí)降低最大負(fù)載（使用IOUT_OC_WARN_LIMIT或功率限制）。

· 如果連接器損耗增加，系統(tǒng)可以通過使用TON_DELAY/TOFF_DELAY錯(cuò)開電源軌來(lái)調(diào)整時(shí)序，降低同時(shí)發(fā)生的浪涌電流。系統(tǒng)還可以在保持系統(tǒng)運(yùn)行的同時(shí)觸發(fā)維護(hù)窗口。

· 如果懷疑系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，系統(tǒng)可以在支持的情況下微調(diào)補(bǔ)償參數(shù)（使用供應(yīng)商的MFR_COMP_*），在受控窗口內(nèi)進(jìn)行測(cè)試，然后將結(jié)果存儲(chǔ)到非易失性存儲(chǔ)器（non-volatile memory，簡(jiǎn)稱NVM）中。

Flex Power Designer讓一切更簡(jiǎn)單

為了盡可能簡(jiǎn)化系統(tǒng)配置和優(yōu)化，F(xiàn)lex Power Modules提供了這款免費(fèi)軟件工具：Flex Power Designer。該工具并不僅僅局限于Flex Power Modules產(chǎn)品，還支持通用產(chǎn)品，因此它幾乎可以用于任何系統(tǒng)。

對(duì)于PMBus系統(tǒng)，F(xiàn)lex Power Designer支持的任務(wù)包括：

· 設(shè)置：通過PMBus/USB橋接器連接、發(fā)現(xiàn)設(shè)備、分配頁(yè)面和名稱

· 監(jiān)控：實(shí)時(shí)查看電壓/電流/時(shí)間（V/I/T）、記錄CSV日志、疊加軌道、注釋事件

· 模擬：模擬瞬態(tài)負(fù)載和回路響應(yīng)、在更換硬件前估算相位裕度

· 時(shí)序和跟蹤：可視化設(shè)置TON_RISE、TOFF_DELAY、跟蹤、導(dǎo)出黃金配置

· 自動(dòng)化：可編寫腳本的工作流以應(yīng)用軟限制、將日志導(dǎo)出到配置管理數(shù)據(jù)庫(kù)（CMDB）或工單系統(tǒng)

在驗(yàn)證和部署階段，F(xiàn)lex Power Designer支持臺(tái)架測(cè)試、A/B 對(duì)比，以及生產(chǎn)強(qiáng)化。

結(jié)論

PMBus可以作為預(yù)測(cè)性平臺(tái)發(fā)揮重要作用，提供可操作的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)預(yù)防性維護(hù)并提高可靠性。