电源系统管理的寻址-电路图讲解-电子技术方案
引言
包括凌力尔特电源系统管理 (PSM) 在内的所有 PMBus 应用的基础都是，PMBus 主器件 (系统主器件) 能够与总线上的所有 PMBus 从属器件 (PSM 控制器、PSM 管理器、PMS µModule 和 PMBus 单片器件) 通信。总线上的每个从属器件都必须拥有与其他器件不冲突的、独一无二的地址。
总线主器件还必须能够在几种并非大多数人都认为顺理成章的情况下与 PSM 从属器件通信，包括：
? 地址发现
? 全局行动
? 多相轨
? 无效非易失性存储器 (NVM)
? 总线 MUX
器件寻址是由基址寄存器加上外部地址选择 (ASEL) 引脚以及特殊的全局、轨、ARA 地址及其他特殊地址相结合实现的。
本文探讨凌力尔特 PSM 系列的基本设计原则、有关产品系列之间不同之处的详细信息、以及实际例子和建议。诸如无效 NVM 等特殊情况也会讨论。
凌力尔特的优势是，设计不仅从第一天开始就正常运行，甚至在情况变坏时依然正常运行。例如，如果正在用 LTpowerPlay 软件写 NVM 时掉电了，那么设计是可恢复的。此外，如果选择采用凌力尔特 Linduino 参考代码中提供的“In Flight Update”1，那么设计在现场也是可恢复的。最后，还能够识别系统退化的症状，并解决系统退化问题。
一旦了解了怎样实现凌力尔特 PSM 寻址，就能够快速设计可靠的系统了。
基本的 PMBus 运行方式
PMBus 是一种由 SMBus 扩展而来的串行通信标准，类似于 I2C。两条开漏导线 SCL 和 SDA 支持主器件和从属器件的双向通信总线。主器件是控制通信的器件，一般是微控制器或 FPGA。从属器件是受主器件控制的器件，一般是小型集成电路，在本文中，这是诸如 LTC2977 等电源管理器或者诸如 LTC3880 等电源控制器。
一个系统可以有超过一个主器件，但是实际上这种情况很少见。通常有多个从属器件。甚至在只有一个从属器件的系统中，主器件每次也通过使用地址，来指挥与从属器件的通信。这意味着，每个从属器件必须拥有一个独一无二的地址，以实现恰当的系统功能。
凌力尔特的电源系统管理器件使用一个 EEPROM 和引脚电阻器来设定每个 (从属) 器件独一无二的地址。因此，寻址过程确保，如果任何 EEPROM 中没有有效数据，那么主器件就可以修补系统，使系统达到每个 (从属) 器件都有独一无二地址的状态。
以下各部分详细解释了这些地址配置机制，包括怎样选择、设计和修补地址。
基本的 PMBus 寻址
PMBus 寻址由 PMBus 标准引用的 SMBus 标准定义。SMBus 寻址与 I2C 标准相同。为清晰起见，讨论范围限定在 SMBus 标准上。
考虑 SMBus 3.0 标准图 29 中定义的 Read Byte 协议 (参见图 1)。起始位 (S) 之后是任何交易的地址，地址在 ACK 位 (A) 之前结束。在 (S) 和 (A) 之间有 8 个位，前 7 位是地址，其余 1 位用来指示写 (Wr) 或读 (Rd)。
图 1：Read Byte 协议 (SMBus 3.0 标准，图 29)
7 位意味着有 128 个可能的地址。在本“应用指南 (Application Note)”中，所写地址不包括 (Wr/Rd) 位，如下所示：
0x00 至 0x7F (7 位寻址) 2
有时，程序员写地址时喜欢额外带上保持为零的 (Wr/Rd) 位，例如：
0x00 至 0xFE (8 位寻址)
这些数字全都是偶数。示波器和监视工具 (例如 Total Phase Beagle 协议分析仪) 使用与本应用指南相同的格式，因此自然使用 0x00 至 0x7F，所以我们也这么做。然而，当工程师提供一个地址但并未指明格式时，请格外注意。给定地址也许需要左移一位，因此看起来的地址比实际地址大一倍。
请注意，Read Byte 协议使用两次地址，但是在第二次使用的地址之前有一个重复开始 (Sr) 指示位。重复开始指示位是所有读交易的组成部分。在本文中，(S) 和 (Sr) 之后必须使用相同的地址。
地址图
不是所有地址都可用于 PSM 从属器件，因为 SMBus 标准保留了某些地址。SMBus 3.0 规范的附录 C 有一个预分配地址表。没必要了解这些地址打算怎样使用，所以有一个简化的表就够了。
表 1 所示的 SMBus 地址图使用了一种简单的编码方法。保守的设计仅使用“用途”(Description) 列中有白色底纹的地址。这就避开了所有保留的地址和特殊地址。可能除了为 PMBus 3.1 区域操作添加的地址 0x28 和 0x37 以外，PSM 设计可以使用地址列中所有具白色底纹的地址。
表 1：SMBus 地址图
PSM 全局地址
还有一些地址由 PSM 使用，不能分配给任何器件，甚至非 PSM 器件也不行，以防引起系统级问题。
第一类特殊地址是全局地址，即 0x5A 和 0x5B。总线主器件用这些地址一次与多个器件通信。就LTC388X 系列而言，地址 0x5A 是不被呼叫的全局地址。就 LTC388X PSM 系列和 LTC297X 系列而言，地址 0x5B 都是被呼叫的全局地址。如果一个 PSM 器件的地址被设定为两个全局地址之一，那么总线主器件向该器件发送命令时，总线上的所有 PSM 器件都会响应该命令。LTpowerPlay 也会出现意想不到的行为。
第三个全局地址是 0x7C。如果 LTC388X PSM 系列器件的 EEPROM 中有 CRC 错误，那么这些器件就响应这个地址。因此不要使用这个地址。
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在计算机网络以及分布式工业控制系统当中，经常需要使用串行通信来实现数据交换。RS-232是最早的串行接口标准，在短距离（<15M），较低波特率串行通信当中得到了广泛应用。
二、接口电路EMC设计
RS232接口防静电设计
图1 RS232接口防静电设计
接口电路设计概述： RS232接口多用于计算机与设备之间的通讯，用于数据监控及调试。在应用的过程中通讯电缆容易耦合外部的干扰对信号传输造成一定的影响，单板内部的干扰也可能通过电缆形成对外辐射。 从EMC原理上，进行了层次性的抑制干扰和抗敏感度的设计。
电路EMC设计说明：（1） 电路滤波设计要点： L1、L2、C1、C2组成滤波电路，L1、L2为滤波磁珠，建议取值为600Ω/100Hz，用于抑制电路上的高频干扰； C1、C2为滤波电容，用于滤除线上的干扰，电容取值为330pF；R1、R2为100欧姆的限流电阻，可根据实际应用情况进行增加； C3为接口地和数字地之间的跨接电容，典型取值为1000pF，耐压要求达到2KV以上，C3容值可根据测试情况进行调整；
（2） 电路防护设计要点：
D1、D2为静电保护ESD，可以根据设计需要选用2颗单路 leiditech SD12C的或1颗SOT-23封装的SMC12 SMC15组成防护电路，防止在进行热插拔过程中，产生大的干扰能量和静电干扰对电路进行冲击而导致芯片损坏；
选择电路防护器件时，注意防护器件启动电压≥12V*1.2=14.4V。
接口电路设计备注： 如果设备为金属外壳，同时单板可以独立的划分出接口地，那么金属外壳与接口地直接电气连接，且单板地与接口地通过1000pF电容相连； 如果设备为非金属外壳，那么接口地PGND与单板地GND直接电气连接。 三、连接器设计 DB型金属连接器RS232信号排序设计
图2 DB型连接器结构设计
连接器RS232与机体的搭接方式： （1） 面板开孔时采用精密的铣削加工技术，使孔眼的形状更适合连接器的放置，避免孔眼切削不精确的地方出现缝隙，进而降低电磁干扰辐射；经过测试证明，精确的铣削开孔加工可以提高12~18%的电磁兼容性； （2） 机体与金属连接器之间的接合处要增加弹片，使两者接合时能够保持良好的导电性能。具体搭接方式如上图2所示：
四、线缆设计
RS232接口信号线缆
线缆设计要求： DB型金属连接器 常规型
图3 RS 232 信号电缆
电缆设计： （1） RS232信号电缆采用网状编织屏蔽层的屏蔽方式，且网状编织层编织密度要求不小于90%； （2） 信号传输线与地线相邻同组排布；组线方式如上图3所示： （3） 电缆两端需要增加磁环处理，磁环内径与电缆的外径要紧密结合，尽量选择厚长型的磁环。
走线设计： （1） RS232电缆走线时要求远离其他强干扰源，如电源模块； （2） 电缆走线最好单独走线或与其他模拟以及功率线缆保持10cm以上距离，切不可与其他线缆一起混合捆扎。
图4 DB型金属连接器的搭接
电缆与金属连接器的搭接： （1） 屏蔽电缆的屏蔽层要求与金属连接器进行360°的搭接；搭接方式如上图4： （2） 屏蔽电缆屏蔽层要避免出现单独的“尾巴”现象。
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