在多轨系统中使用 PMBus 减小解决方案尺寸

我们可以在基站、网络交换机、服务器和存储等云基础设施设备以及集成电路 (IC) 测试仪、示波器等测试和测量应用中找到需要调节、排序和监控的具有多个低压轨的硬件系统和网络分析仪。

电源管理总线 (PMBus) 数字接口是一种流行的接口，TI 拥有完整的 PMBus 电源解决方案，适用于前端使用 48V DC、12V DC或其他低压 DC 轨作为中间总线的系统；见图 1。

图 1：48V 至负载点 PMBus 电源系统

多轨系统中完整的 PMBus 解决方案的好处很多：易于使用；减少设计时间（因为可以通过重新配置片上非易失性存储器 [NVM] 在几秒钟内生成新设计）；减少整体组件数量和总解决方案成本；通过单一图形用户界面 (GUI) 实现统一无缝的设计和编程方法；通过 PMBus 裕度调整更简单的电路板特性；并通过电压、电流、温度、功率和故障监控改进诊断。

24 轨UCD90240和新型 32 轨UCD90320等多轨 PMBus 排序器/管理器可以使用 TI 的Fusion Digital Power ™ GUI对多达 32 个轨进行排序、裕度、监控和报告故障。它们也可以四个堆叠，最多 128 个轨道，如果需要，通过 SYNC_CLK 引脚进行管理。

UCD90240 是一款采用紧凑型 9mm × 9mm 晶圆级球状引脚栅格阵列 (BGA) 封装的 24 电源轨 PMBus 可寻址电源排序器和系统管理器。该器件提供以下引脚：24 个模拟监视 (MON) 引脚，可通过两个 12 位 ADC 引擎来监视电源电压、电流或温度；24 个专用使能 (EN) 引脚，用于控制电源轨开启/关闭；24 个专用裕度调节引脚，用于闭环裕度调节；12 个逻辑 GPO (LGPO) 引脚，支持灵活的布尔逻辑和状态机功能；以及 24 个 GPIO 引脚，可配置为 GPI、GPO、系统复位、级联故障引脚和看门狗 I/O 等。

24 个 EN 引脚和 12 个 LGPO 引脚可配置为电平有效驱动或开漏输出。非易失性事件记录功能可在电源断电后保存故障事件。 黑盒故障记录功能会在首次发生故障后保存所有电源轨和 I/O 引脚的状态。凭借级联功能，通过一条 SYNC_CLK 引脚连接即可轻松管理多达 96 个电压轨。 故障引脚功能可对级联的各器件加以协调，以提供同步的故障响应。 引脚选择电源轨状态功能最多可通过 3 个 GPI 来控制多达 8 个用户定义的电源状态。

这些状态可实现高级配置和电源接口 (ACPI) 规范中列出的系统低功耗模式。 这个TI的 融合数字电源 设计软件是一款基于 PC 的直观图形用户界面 (GUI)，可对所有系统工作参数进行配置、存储和监视。特性对 24 个电压轨进行排序、监视和裕度调节，采用 9mm × 9mm 小型封装监视和响应用户定义的故障，其中包括过压 (OV)、欠压 (UV)、过流 (OC)、欠流 (UC)、过热、超时以及通用输入 (GPI) 触发的故障提供灵活的排序开启/关闭相关性、延时、布尔逻辑和通用输入输出 (GPIO) 配置以支持复杂的排序应用高精度闭环裕度调节主动微调功能，可改善电源轨输出电压精度 高级非易失性事件记录功能，可协助系统调试 单一事件故障记录（100 个条目） 峰值记录黑盒故障记录，用于在首次发生故障时保存所有电源轨和 I/O 引脚的状态可轻松级联多达 4 个电源排序器并加以协调以提供故障响应 易于使用的 Fusion GUI 省去了代码编写工作 在线和离线系统级设计 在线监视和调试 针对制造商优化 GUI 可编程的看门狗定时器和系统复位引脚选择电源轨状态 符合 PMBus 1.2 标准应用工业和自动测试设备 (ATE) 电信及网络设备服务器和存储系统 需要对多个电源轨进行排序和监视的系统

此外，UCD90240 和 UCD90320 具有真正的黑匣子记录功能，可提供有关第一次故障时所有电源轨、通用输入 (GPI) 和通用输出 (GPO) 状态的详细信息，如图 2 所示。

图 2：UCD90240/UCD90320 黑盒记录

UCD90xxx PMBus 定序器/管理器与模拟和 PMBus 负载点电压调节器一起工作，为多轨系统提供 PMBus 管理和电压调节解决方案，多轨系统几乎总是有一个或多个高电流专用集成电路 (ASIC)，处理器和/或现场可编程门阵列 (FPGA)。

负载需要从 12V 中间总线到其各自电源轨的精确多相降压转换。典型负载电流范围为 50A 至 200A，多相转换器可能需要多达六相以有效分配功率和热量，并通过相位交错减少电感器和输出电容器的尺寸和数量。

TPS53667就是这样一种六相转换器。

多轨 UCD90xxx PMBus 排序器如何与设计中的多个 PMBus 稳压器结合在一起？在TI设计开关电源的PMBus系统的企业级以太网参考设计是一个很好的例子，如图3。

该设计采用 PMBus 定序器、PMBus 热插拔 IC（用于输入电流）和八个模拟和 PMBus 稳压器，包括一个四相 PMBus 降压控制器和一个双倍数据速率 (DDR) 端接 (Vtt) 开关. Fusion Digital Power GUI 提供电源树的图形表示，并提供对上半部分的主要参数进行编程的功能，同时在下半部分监控电压、电流、温度和功率等关键参数。

图 3：参考设计的 PMBus 板和 Fusion Digital Power GUI

如果我们正在设计具有大电流处理器、ASIC 和/或 FPGA 的多轨系统，并希望简化我们的设计和表征、缩短开发时间并提高系统的诊断能力，请考虑 TI 的 PMBus 电源解决方案。