電源系統逐漸成為受到嚴密監控的次系統，由於沒有產業標準可循，系統設計人員和電源供應設計人員必須自行開發客製化解決方案。PMBus通訊協定的發展，就是為了支援系統和電源次系統之間的各種通訊需求。PMBus能解決生產期間的測試和組態配置等問題，也能在減少額外負擔的情形下，提供系統與電源供應之間的通訊功能，大幅提升數位化電源的普及速度。
電源系統逐漸成為受到嚴密監控的次系統，由於沒有產業標準可循，系統設計人員和電源供應設計人員必須自行開發客製化解決方案。PMBus通訊協定的發展，就是為了支援系統和電源次系統之間的各種通訊需求。PMBus能解決生產期間的測試和組態配置等問題，也能在減少額外負擔的情形下，提供系統與電源供應之間的通訊功能，大幅提升數位化電源的普及速度。
電源次系統正逐漸整合至整個系統，電源系統也已從獨立作業的「必要之惡」成為受到嚴密監控的次系統。今日的系統開始把電源次系統當成受控制的周邊裝置。這些由系統控制的電源次系統可帶來省電、電源順序、和輸出邊限微調(Margining)等許多優點。但由於目前並沒有產業標準可供遵循，系統設計人員和電源供應設計人員必須自行開發客製化解決方案。
隨著數位控制電源解決方案日益獲得重視，為電源次系統提供標準化系統通訊解決方案也就日益重要。電源管理匯流排(Power Management Bus, PMBus)通訊協定的發展，就是為了支援系統和電源次系統之間的各種通訊需求。本文除了討論PMBus的應用設計需求之外，也介紹一種標準電源次系統解決方案範例。
電源通訊解決方案逐步進化
系統管理匯流排(SMBus)是業界最早的電源次系統通訊標準之一。智慧型電池系統(Smart Battery System, SBS)標準組織把此匯流排定義為Access匯流排的延伸，Access匯流排則是以具有位址限制(Address Restrictions)的I2C匯流排為基礎。SMBus解決方案定義一套多重主裝置(Multi-Master)協定來滿足電池管理需求。
多重主裝置需求的出現，是因為系統主機和電池有時必須同時做為主裝置(Master)，此多重主裝置允許系統對智慧型電池做充(Poled)，又能讓電池要求協助並設定充電器組態。這項定義還包含匯流排使用規範，例如裝置每次所能占用的匯流排時間(Bus Hog Limit)以及其他時間限制。
此協定還可解決許多使用上的問題，例如使用者未獲系統通知就自行切斷電池連線。為了確保封包的可靠度，此協議也提供封包錯誤檢查(Packet Error Checking)，在每個通訊數據包的末端加上1位元組的PEC碼，它是一種8位元的循環冗餘檢查(Cyclic Redundancy Check, CRC)碼。
智慧平台管理介面(IPMI)是目前使用的另一種本地電源通訊標準。IPMI雖然不是針對電源通訊而制定，其應用範圍卻與電源管理有諸多關聯。IPMI和 SMBus都以I2C為基礎，但僅能支援主裝置模式寫入(Master Mode Writes)，而且不會使用重複啟動來改變資料匯流排方向。
IPMI的對話能力也比SMBus更強，裝置會要求資訊或傳送回應。通訊封包的第一部分是連接標頭，包含接收裝置的位址以及封包功能的辨識資訊。封包的第二部分首先是傳送裝置的位址，接著是命令和資料，最後是用來找出通訊問題的加總檢查值(Check-sum)。
PMBus簡化通訊協定
PMBus特別工作小組(PMBus SIG)決定採用SMBus 1.1做為通訊協定，PMBus SIG也已加入SBS組織。電源和電池管理除了使用共同匯流排之外，還有許多共通點。PMBus確實透過單一主裝置簡化通訊協定。這種匯流排可能有許多部主機裝置，但它會將PMBus電源裝置定義為僕裝置(Slave)。
PMBus會在電源裝置須注意時透過SMBus警示線路(Alert Line)通知主裝置，然而電池組應用卻很少採用SMBus警示線路，而是以多重主裝置方法和電池廣播(Battery Broadcast)來通知主機。PMBus裝置完成SMBus警示線路確認後，就會辨識PMBus警示回應位址(Alert Response Address)；找到這個位址後，發出警示的僕裝置會把它的位址放到接收位元組序列的資料欄。PMBus SIG以選擇警示回應位址來減少主機通知的相關成本與複雜性(表1)。
PMBus規格還為每部僕裝置提供一個可選用的控制訊號(PMBus Control)，用來開啟或關閉電源轉換器的輸出。系統須從主裝置連接一條專用線路連結相關的每一部僕裝置或一組僕裝置，來傳送此控制訊號。這會增加電源管理的訊號繞線需求，但對於需要快速關機功能的系統卻是不可或缺。
PMBus的另一問題是，如何在不通知所有裝置的情形下，同時通知部分裝置。舉例來說，系統若要同時啟動三個電源轉換器，這三台裝置就必須收到同一命令以啟動輸出。在通訊封包內使用重複的啟動命令即可達成此要求。它會將命令送給每台裝置，但不會傳送裝置通訊之間的停止位元(Stop Bit)，而要等到所有裝置完成設定後，才送出停止位元來「觸發」這項動作。另一做法則是透過PMBus控制線(Control Line)同時啟動所有電源供應的輸出。
將光隔離器用於雙向通訊線路
某些電源應用的通訊線路必須跨過隔離邊界。圖1是將光隔離器用於雙向通訊線路的電路範例，這種方法可用於PMBus資料或時脈線路。SMBus是雙向線路，和IPMI使用同一條PMBus資料線路。雖然IPMI僅使用主裝置寫入模式，僕裝置仍須通知傳送方已收到資料，因此資料線路必須是雙向線路。
其他介面線路也可能是雙向線路，例如當僕裝置需要時脈延長(Clock Stretching)時，這三種匯流排的時脈線路就必須是雙向線路。當僕裝置需要更多時間接收資料位元，或決定是否要認可(Acknowledge)命令時，就須要執行時脈延長。對於必須跨隔離邊界的多重主裝置設計，時脈線路永遠是雙向線路。
SMBAlert線路和PMBus控制線路不是雙向線路。僕裝置只控制SMBAlert線路，不須知道其他裝置是否發出警示。發出警示的僕裝置會在主裝置認可後讓SMBAlert線路進入操作狀態。PMBus控制線路會從主裝置連接到一台或多台僕裝置，這種控制線路並不是雙向匯流排。
同步降壓轉換PMBus發揮保護作用
圖2是使用PMBus通訊的簡單降壓轉換器範例，包括可選用的匯流排保護電路，它們能於PMBus延伸到電路板外時發揮保護作用；通常應用設計並不須增加這些保護電路。微控制器和數位訊號處理器(DSP)會監控輸入電壓、輸出電壓、平均電流和溫度等各種類比輸入。電流測量功能會利用電感的等效電阻值和熱敏電阻的數位控制器所提供的資訊，來補償溫度變化。
測量電流和溫度時，數位控制器可讓電源轉換器在允許範圍內操作。控制器還能在操作條件接近極限時利用PMBAlert線路通知系統。PMBus控制線會連接到數位控制器的中斷輸入，可用來設定數位控制功能，以便它迅速採取適當行動。無論如何，電源供應都要負責保護自己。新一代的數位化電源驅動元件已將安全電路內建至晶片，使它隨時都能保護功率級電路。除此之外，這些專用驅動元件還整合偏壓穩壓器和運算放大器等特殊功能，以便提供電源給數位控制器並協助調節訊號。
電路圖裡的數位控制器擁有2奈秒或更佳的PWM解析度，以提供適當的穩壓能力。此功能搭配PMBus的輸出邊限微調命令集，就能讓系統具備即時動態調整能力。針對電源控制應用推出的新一代數位控制器，系統不須以高時脈頻率運行，就能提供極高解析度的PWM；另外，某些數位控制器也提供PMBus支援。數位控制的優點是能選擇預先設定的迴路補償方程式、以適合目前的操作要求。這些迴路補償方程式可於生產期間設定或即時調整；無論採用何種方式，PMBus都能提供方程式所需的通訊支援。
電源供應控制和組態配置需要合適的通訊匯流排以滿足其特殊需求。雖然目前有些標準已能達到電源通訊的部分需要，但仍必須經過某些修改才能滿足電源供應的獨特要求。另外，電源供應也和電池管理一樣，必須提供不間斷的自我保護能力。PMBus的制定是為了滿足電源供應的通訊需求，不僅解決生產期間測試和組態配置等問題，還能在額外負擔很小的情形下，提供系統與電源供應之間的通訊功能。PMBus將大幅提升數位化電源的普及速度。