采用 PMBus 总线接口的 LM25066 系统保护和监控集成电路

采用PMBus总线接口的LM25066系统保护和监控集成电路2集成多种信息传输功能的高速网络─未来的主要发展趋势•由于一般网络都具备语音/视频/数据传输功能，因此预计网络带宽会大幅飙升，以满足这方面的发展要求–消费者在网上传送的信息之中有90%属于视频信号–预计移动数据的传输量会上升66倍–IT云端服务会增加3倍•IT企业的最大顾虑–电费和散热方面的开支→总成本–容量、实际可用时间和稳定性•必须采用全新的运营模式，才可严格管理和控制有关资源–严密监控功耗–提高系统的实际可用时间以及提供完善的保护路由器和交换机刀片服务器客户必须采用灵活的方法，提高系统的容量和实际可用时间，才可降低系统的总成本。资料来源：TheUptimeInstitute3企业级数据中心/商用电信系统必须具备不同层次的功能可靠性和保护功能收入和利润可提供较多实际可用时间的基建设备具有高度灵活性和可实时控制电源/故障监控和诊断功能提供多重保护的负载控制和监控系统提高容量和降低总成本热能管理和电子系统监控全面监控和管理电源供应4BladePCBBladeChassisEquipmentRackPower&CoolingInfrastructureMechanicalInfrastructureExternalEnvironment数据中心的内部结构•刀片层是数据中心机架的最重要部分•目前我们都很清楚外层刀片的操作情况•内层的印制电路板必须具备控制和诊断功能，才可充分管理及保护系统的这个信息处理中心5最新情报•LM25066芯片内置监控、保护和控制功能块，以便管理机架每一刀片的电子操作情况•可以严密监控系统在关键情况下的功耗和潜在的故障•还有全套功能齐备的开发工具，因此可以简化应用的电路设计和系统的验证过程美国国家半导体推出业界首款采用PMBus总线的系统电源管理和保护电路6LM25066芯片的相关应用专业级视频设备视频路由器视频交换机数据中心刀片服务器模块储存系统网络运营商路由器和交换机企业级路由器网络嵌入式计算系统强化服务器工业自动化系统微型TCA7带PMBus总线接口的LM25066系统电源保护及管理集成电路主要特性•全方位的系统保护及管理–热插拔/浪涌电流控制功能，而且可以设置电流及功率限幅–实时的系统遥测监控功能–符合PMBus标准的I2C/SMBus接口•实时监控系统的关键参数–电压、电流、功率、温度及故障情况–可以同时测量电压/电流大小，因此读数可真正反映印制电路板的实际功耗–最高保持测量值及可编程平均测量值–“快拍”(Snapshot)分组读取遥测/故障捕捉模式•高度的灵活性及可编程能力–可调整的限流值及断路器阈值–可灵活设置故障报警阈值•2.9V至17V的工作电压范围–可支持普遍采用的12V、5V和3.3V中间总线电压应用:基建设备背板及线路插件•将插件插入背板时，模块内的大容量输入电容器会提供一条交流电阻抗较小的路径将较高的浪涌电流引入线路插件•若输入电容器已放电，背板会提供较高的电流输出(可能超过100A)•若浪涌电流过高，电容器、印制电路板走线及边缘连接器都会受损•浪涌电流也会令供电电压急跌，而其他线路插件也会随着复位或被关闭81000μF1000μF负载可输出较高电流的供电系统+-应用:基建设备背板及线路插件LM25066控制器:•控制浪涌电流•让电路板可以遥测有关参数的数值，其中包括输入电压(VIN)、输出电压(VOUT)、引脚(PIN)输入(IN)及温度(TEMP)•将故障电路板隔离，以便进行维修•每当电压超出规定范围，便会监控背板电压以及隔离有问题模块•一旦出现短路，便会中断电路板功能•适用于必须配备以下功能的应用:–过压检测–过流保护•故障修复后，便会发出允许指令，重新启动电路板9可输出较高电流的供电系统+-负载LM25066供电正常状态指示器典型的刀片服务器1090-260VAC90-260VAC负载点控制器负载点稳压器BAORingFETLM25061/9热插拔AC-DC12VDC,50AAC-DC12VDC,50A典型负载:1V,90A1.2V,20A1.5V,15A0.9VVtt,±5A1.8VMem60A2.5V,15A5V,25A典型负载:1V,90A1.2V,20A1.5V,15A0.9VVtt,±5A1.8VMem60A2.5V,15A5V,25A处理器刀片服务器处理器刀片服务器处理器刀片服务器12VORingFET12VLM25061/9热插拔负载点控制器负载点控制器带系统监控功能的典型刀片服务器•内置的电源管理接口可支持参数遥测、实时优化、故障诊断和预报等功能1190-260VAC90-260VAC负载点控制器负载点控制器负载点稳压器BAORingFETLM25066系统监控及保护负载点稳压器SMBusAC-DC12VDC,50ALM5021AC-DC12VDC,50ALM5021典型负载:1V,90A1.2V,20A1.5V,15A0.9VVtt,±5A1.8VMem60A2.5V,15A5V,25A典型负载:1V,90A1.2V,20A1.5V,15A0.9VVtt,±5A1.8VMem60A2.5V,15A5V,25A处理器刀片服务器处理器刀片服务器处理器刀片服务器SMBus系统管理单元12VORingFET12VLM25066系统监控及保护功能齐备的系统电源保护电路12输入欠压锁定和过压锁定检测输出供电正常标记可通过引脚配置的功率限值阈值输入电流及功率限幅利用符合PMBus标准的I2C/SMBus接口执行遥测及故障监控功能可配置的故障打嗝定时及故障重试模式辅助电源为模拟/数字转换器提供输入电压温度测量LM25066VSYSVOUTPowerGoodGNDUVLO/ENSCLPWRGNDTIMERPGDOUTVINSENSEGATESMBUSInterfaceSDAALERTADR0ADR1ADR2AUXD+VDDOVLOVAUXFBVPGRETRYCLCBVREF13LM25066芯片的优点•延长系统的实际可用时间以及提供更可靠的保护–提高系统进行热插拔时的操作稳定性–多重的故障监控功能–可以通过检测更早发现潜在的故障–不受极端的瞬态情况影响•降低系统的总成本(包括电费开支)–具备灵活的监控及管理功能，确保可广泛管理净载荷–可以严密监控供电量，确保耗电不会超出预置的极限，以便提高系统效率•印制电路板的技术集成度及成本的节省幅度–印制电路板可以缩小5倍以上–元器件可以减少50%以上680mm239颗元器件~120mm217颗元器件LM25066刀片服务器14LM25066芯片的结构框图InputCurrentInputVoltageOutputVoltageAuxiliaryVoltageTemperatureOverCurrentInputPowerDataCaptureUnitOverPowerOverVoltageUnderVoltageOverTempPowerLimitSignalDataDigitalDataFaultStatusPMBusProcessingUnitFiltering&AveragingSMBusInterfaceMonitoringProtectionPowerManagementInrushLimitingPowerLimitingHotswapTimingCircuitBreakerControlLM25066SignalDataPowerGoodFaultManagementUnitVINSMBusVOUT准确控制印制电路板的输入电流/功率提供连续性的保护，以免出现重大故障实时报告有关参数可通过SMBus总线接口设置故障响应及预计供电量15美国国家半导体的系统保护电路的优点:通过管理功能确保MOSFET停留在安全操作区内操作请参阅有关这一设计的专题文章“功率限幅功能可以提高系统进行热插拔时的操作稳定性”IRIRF8010100V“80A”NCHANNELFETD2PACKAGEUSED功率限幅及限流适用于所有VDS电压的全面性电路及MOSFET保护功能•确保MOSFET无论在任何情况下都停留在安全操作区内操作•防止出现较大的电流尖峰•可以采用较小及成本较低的FET•提高系统的长期稳定性及可靠性美国国家半导体的热插拔控制器配备功率限幅及限流功能:为何采用PMBUS?16I2CSMBUSPMBUS•在80年代初由飞利浦半导体(PhilipsSemiconductor)成功开发•漏极开路双线接口(时钟+数据)•获业界广泛采用•为克服I2C的设计问题而加以改善的改良版接口–悬挂的总线–添加封包错误检测功能–可支持时钟延长–清晰界定处理事务的协议•符合SMBUSv2.0标准(PMBUSv1.2标准)的数据传输功能•按照供电系统的需要而编写的标准指令代码•容许采用400kHz时钟(SMBUS100kHz)•新加的GROUP协议不同协议之间的电气特性差异17参数标准I2CSMBUSPMBUS单位最低最高最低最高最低最高VIL固定电平-0.51.5-0.8-0.8VVDD-0.50.3VDD不适用不适用不适用不适用VIH固定电平3VDDMAX+0.52.1-2.1-VVDD0.7VDDVDDMAX+0.5不适用不适用不适用不适用VOLIOL=3mA00.4不适用不适用不适用不适用VIOL=350mA不适用不适用00.400.4IPULLUP上拉电流不适用不适用100350100350mAILEAK输入漏电-1010-55-55mAFCLK时钟频率-1001010010400kHz超时功能不适用有有不适用报警#功能不适用有有不适用LM25066PMBUS指令集18代码名称功能读/写字节系统默认设置01hOPERATION检索或储存操作状态读/写180h03hCLEAR_FAULTS清除状态寄存器传送字节指令019hCAPABILITY检索电路装置功能读1B0h43hVOUT_UV_WARN_LIMIT检索或储存输出电压警告阈值读/写20000h4FhOT_FAULT_LIMIT检索或储存过热故障阈值读/写20960h(150ºC)51hOT_WARN_LIMIT检索或储存过热警告阈值读/写207D0h(125ºC)57hVIN_OV_WARN_LIMIT检索或储存输入电压警告阈值读/写20FFFh58hVIN_UV_WARN_LIMIT检索或储存输入电压警告阈值读/写20000h78hSTATUSBYTE检索有关元器件操作状态的信息读149h79hSTATUS_WORD检索有关元器件操作状态的信息读23849h7AhSTATUS_VOUT检索有关输出电压状态的信息读100h7ChSTATUS_INPUT检索有关输入电压状态的信息读110h7DhSTATUS_TEMPERATURE检索有关温度状态的信息读100h7EhSTATUS_CML检索有关通信状态的信息读100h80hSTATUS_MFR_SPECIFIC检索有关断路器及FET短路状态的信息读110hLM25066PMBUS指令集19代码名称功能读/写字节系统默认设置88hREAD_VIN检索输入电压测量数字读20000h8BhREAD_VOUT检索输出电压测量数字读20000h8DhREAD_TEMPERATURE_1检索温度测量数字读20190h99hMFR_ID检索以ASCII字符标示的厂商商号识别码(NSC)读34Eh53h43h9AhMFR_MODEL检索以ASCII字符标示的元器件编号(LM25066)读84Ch4Dh32h35h30h36h36h9BhMFR_REVISION检索以ASCII字符标示的元器件修订字母/编号(例如AA)读241h41hLM25066PMBUS指令集生产商的特别指令20代码名称功能读/写字节D0hREAD_AUX检索辅助电源电压测量数字读20000hD1hMFR_READ_IIN检索输入电流测量数字读20000hD2hMFR_READ_PIN检索输出功率测量数字读2000