關注“電源先生”，解析開關電源

01 / 背景簡述 /

在現代電子設備中，電源管理總線對于確保設備穩定、高效運行起著至關重要的作用。所有總線協議的本質就是兩個字，即“通信”。除I2C和SPI這些通用總線可以用于電源管理外，還有相對專用的SMBus和PMBus總線，以及更高級、更復雜的SVID協議和SVI2協議。

02 / I2C總線 /

I2C 總線是一種常用的半雙工串行總線，具有簡單、高效的特點。在開關電源中，它可用于實現電源管理芯片與其他芯片（如微控制器、傳感器等）之間的通信。

例如，電源管理芯片可以通過 I2C 總線將電源的狀態信息發送給微控制器，微控制器根據這些信息進行相應的系統控制決策。

I2C 總線采用主從式結構，主設備負責發起通信，從設備響應主設備的請求。其數據傳輸速率可以根據實際應用需求進行調整，一般在低速到中速范圍內，適用于對實時性要求不是特別高的電源管理應用。

使用 I2C 總線的電源管理芯片有：

• SC8815，帶I2C接口的同步升降壓充電控制器
• TPS55289，具有 I2C 接口的 30V、8A 降壓/升壓轉換器
• MIC23156，1.5A, 3 MHz Synchronous Buck Regulator（I2C Control for Dynamic Voltage Scaling）

03 / SPI總線 /

SPI 總線是一種高速串行總線，具有全雙工通信、數據傳輸速率高的特點。在開關電源中，它可以用于實現快速的數據傳輸。

SPI 總線在高速數據傳輸方面具有明顯優勢，能夠滿足電源管理芯片對實時性和數據吞吐量的要求。

例如，在一些需要快速響應電源狀態變化或進行大量數據交互的應用中，SPI 總線可以迅速傳輸電源管理芯片的監測數據（如電壓、電流、溫度等）給主機，同時主機也能快速向芯片發送控制指令，實現高效的電源管理。

LM10502

Dual Buck + LDO Power Management Unit

Programmable Output Voltage via the SPI interface

TPS92518-Q1

Automotive Dual Channel Buck LED Controller with SPI Interface

04 / SMBus和PMBus總線 /

PMBus代表“電源管理總線”，它是對電源管理的“遠程控制”。PMBus控制的設計理念在于，你可以用軟件命令來即時控制和設定電源管理器件。

在純粹的模擬設計中，你需要在設計階段設定器件運行方式，并且選擇電阻器和電容器，所以這一點是無法實現的。

借助PMBus協議，一個控制處理器能夠改變開關頻率、電流限值和輸出電壓等參數。

PMBus還能提供遙感勘測功能，比如說讀取IC溫度和電流等數值，這樣的話，處理器就能夠動態地監視電源系統了。

PMBus的設計理念來源于19世紀80年代早期開發出來的普遍采用I2C總線。I2C總線，表示內部IC（集成電路），曾經是一個控制和監視任一電子系統的通用總線。它曾經是一個簡單的總線協議，取代了當時的很多專有協議。

基于I2C總線，在1995年定義了SMBus協議或稱為系統管理總線。由于它增加了數據包錯誤校驗而使其自身變得更加穩健耐用，SMBus與I2C之間有著些許的不同。SMBus曾被用于個人電腦和服務器。

不過，這個行業的從業人員很快認識到，最好用一個共同協議和標準集來滿足系統的電源管理需求，而這一想法最終催生出PMBus控制定義。在將SMbus用作物理層的同時，PMBus設立了針對電源管理的協議，從而取代了數個專有協議。

TPS544B20 和 TPS544C20 器件是 PMBus 兼容型非隔離式直流/直流集成式 FET 轉換器，支持高頻運行并提供 20A 或 30A 電流輸出，PMBus 接口用于轉換器配置（過流保護、欠壓閉鎖、軟啟動、PG、OVP、UVP、OTP、接通或關閉延時），并監視關鍵參數，其中包括輸出電壓、電流和一個可選外部溫度。

05 / SVID和SVI2協議 /

在 Intel 平臺中，電源管理(Power Management Integrated Circuit, PMIC) 通訊協定從 VR12 開始一改過去以 Parallel 傳輸模式，調整為 Serial 傳輸。

SVID 是一個三線 （clock， data， alert #） 串行同步接口，用于在主設備（通常是微處理器/CPU或片上系統）和從設備（通常是穩壓器控制器VR）之間傳輸電源管理信息。

該鏈接在一個主設備和多個從設備之間。SVID 工作電壓 Vtt=1.0-1.1V（上拉到由CPU輸出的1.05V），Clock 速度約 26.25MHz（推薦LA采樣帶寬至少100MHz或200MHz）。

上圖所示，在僅有示波器的情況下，可以通過示波器解碼SVID協議，這個比較困難。

上圖所示，可以使用Acute邏輯分析儀LA抓取SVID協議，該軟件可以解碼出每條命令。

上圖所示，這是由Acute邏輯分析儀LA解碼出來的SVID協議導出excel表格形式，主要是方便查看，直接使用excel打開即可，不依賴Acute軟件。

SVID是Intel用于電源管理的串行通信協議。SVI2（Serial Voltage Identification 2）協議是AMD用于電源管理的串行通信協議。這二者相對來說，屬于私有協議，只在Intel或AMD有合作的廠商可以使用。

06 / 小結 /

無論是I2C/SPI還是SMBus/PMBus，無論是Intel SVID協議還是AMD SVI2協議，本質都是用于電源管理的串行通信協議，有一整套規范的硬件電氣層、軟件寄存器REG和命令Command等，實現主機Master對從機Slave的管理，所謂“大道至簡”；只是它們的側重點不同，適合不同的主從機或器件。

I2C/SPI/SMBus/PMBus是公有協議，應該是所有廠商都可以使用。而SVID/SVI2屬于私有協議，只在Intel或AMD有合作的廠商可以使用。