LM25066:小芯片之大功用

今年二月份，美国国家半导体推出了首款可支持PMBus系统电源管理及保护的集成电路产品LM25066，谈到此款产品，美国国家半导体亚太区电源管理市场营销经理程文涛先生骄傲地表示，LM25066是业内首款既提供保护又具有监控功能，并支持PMBus协议的芯片。正是这样一颗小小的芯片，因为带来的高性能而赢得了厂商们的青睐。LM25066很好地满足了刀片服务器、储存网络系统、路由器/交换机及模块式子系统的应用需求，提高了系统的稳定性并降低了数据中心的运营成本。

如果将整个系统比喻做人体，电源系统不是心脏，但却为心脏输送着养料，因此其重要性不言而喻，在节能为先的当下，尤为如此。

什么是PMBus协议？

LM25066的特点之一，即是首款可支持PMBus系统电源管理及保护的集成电路，那么什么是PMBus呢？

PMBus（电源管理总线）是当前一种开放标准的数字电源管理协议，可通过定义传输和物理接口以及命令语言来促进与电源转换器或其他设备的通信。 PMBus传输层是基于低成本SMBus (系统管理总线)的1.1版本，该版本广泛应用于基于 Intel技术的服务器上，为系统管理提供智能的外围管理接口（IPMI）的物理层和传输层。PMBus 协议规定所有从属设备必须将其默认的配置数据保存在永久性存储器内或使用针脚编程，从而令系统启动时间低于市场上的其他数字控制解决方案。

由于PMBus协议所具有的优势，PMBus系统被越来越多地用于网络服务器等大型通信系统中，而正是看到这种应用趋势，LM25066提供了对PMBus的支持，以满足工程师的设计需求。

LM25066诞生之源

根据程文涛先生的介绍，LM25066的推出完全是迎合市场所需。

美国国家半导体发现集成多种信息传输功能的高速网络正成为未来的主要发展趋势之一。可以看到当前消费者在网上传送的信息中有90%已属于视频信号，而预计未来移动数据的传输量将上升66倍，IT云端服务会增加3倍，这就为IT企业带来了挑战，一方面：电费与散热的更高支出将提高总成本，另一方面：要保持更长的设备寿命与更好的系统稳定性。

应对挑战的方式之一，即进行更严格的管理与控制，对系统功耗进行严密监控。以刀片服务器为例，如果能对刀片内层的印制电路板进行控制与实时诊断，就能更好的管理并保护系统的信息处理中心。

LM25066即顺应这一需求而生，它内置了监控、保护和控制功能模块，从而能够管理每一刀片的电子操作情况，同时能够严密监控系统在关键情况下的功耗和潜在故障。

LM25066特性与架构

上图示意了LM25066的系统架构，包括监控、保护、控制及电源管理几个部分。其中，监控部分可以实时监测电流、电压及温度等信号，图中的Auxiliary Voltage（辅助输入的电压接口），可以根据用户的需求测量关键点的电压或电流信号，检测关键点的温度及压力等情况；保护部分，可以在出现过流、过压、过温等情况下，提供快速的实时性保护；控制部分，能准确控制印刷电路板的输入电流/功率；电源管理部分，则与监控与保护部分实时通信，并可通过SMBus总线接口设置故障响应及预计供电量。

LM25066有一个模拟的和一个数字的核，模拟核是利用模拟技术实时地对系统热插拔及浪涌电流进行控制，数字核则负责将系统监控到的模拟信息，如输入电压、输出电压、输入电流、输入功率、关键热点等读到LM25066内部的管理单元，从而完成系统优化。

据程文涛先生介绍，LM25066可以同时进行电流及电压采样操作，因此可以准确测量刀片服务器的操作功率，从而准确计算其功耗。同时，还可捕捉峰值电流和功率，以计算子系统操作时相关参数(例如输入电压、输入电流、输入功率及输出电压)的平均值。

LM25066芯片适用于2.9V至17V的输入电压，并有25mV与50mV两个限流阈值可供选择，因此可满足中间总线对电压及负载电流的各种不同要求。

测量电流及电压时，LM25066可以在一秒内进行1000次测量，因此在摄氏零下40度至125 度的温度范围内其电流测量准确度可保持在3%之内。图2给出了LM25066在刀片服务器中的应用示意。

图2 LM25066的典型应用(刀片服务器)示意

“黑匣子”与“快拍”功能

除了上述特性外，特别值得一提的是LM25066所独有的“黑匣子”与“快拍”功能。“黑匣子”功能即系统自诊断，因为与飞机中黑匣子的作用相似，故以此命名。程文涛先生进一步说明了它的原理，即系统会将故障信号自动存储下来，当该故障是不可恢复的，可以通过PMBus总线读出早前存储的故障信息，从而帮助工程师判断具体的错误诱因，给出解决方案。

“快拍”则是指分组读取遥测/故障捕捉模式，快速采样故障信息。具体地，即能够以每秒一千次的速率对系统中的输入电压、输入电流等进行采样，并将数据保存入寄存器中。在任何时候，当主机需要了解相关信息时，即可通过发送简单的读命令，实时调取存储在寄存器中的信息。

此外，LM25066采用美国国家半导体独特的热插拔架构，区别于市场上仅控制峰值电流的方式，LM25066采用恒功率恒电流的方式，可将电流及功率限定在某一范围内。双重保护模式防止系统出现大的冲击电流，并确保插件插入已启动的系统底板或任何其他“带电”的电源插座时，系统内的灵敏电路也不会因此而受到损害。

图3 LM25066热插拔架构

问及LM25066区别于其他同类产品的优势时，程文涛先生总结道，LM25066提供了独特的“快拍”与“黑匣子”功能；具有专门的外部传感器引脚，配合二极管，可以检测任意指定点的温度，实现定点温度保护功能；在极端条件下进行系统调试时，可提供故障屏蔽模式；以及具有12位ADC，在全温度范围下，能实现高精度的电流与电压检测。

综上所述，LM25066是一款适用于高带宽应用需求的解决方案，能延长系统的实际可用时间，提供更可靠的保护并降低系统的整体成本。美国国家半导体为该款芯片提供了简便易用的开发工具，精简了应用设计，确保系统更容易进行验证，令系统设计工程师也可利用这些开发工具为其子系统添加增值功能。

在谈到当前电源产品的发展趋势时，程文涛先生表示，目前数字技术的发展得到了工程师的广泛关注。数字技术与模拟技术适用于不同的应用场合：数字技术主要应用在远程监控等对可靠性、诊断便捷性、控制算法灵活性与在线优化的自适应性要求相对较高的领域；而模拟技术主要应用在要求快速响应，及高效率、高功率密度的系统上。而未来，在服务器及网络设备等大型系统中，以PMBus为代表的通信系统则将成为一种必然。