硬件电路设计之SMBUS电路设计

1 简介

SMBUS(System Management BUS),中文名称为系统管理总线。相信很多朋友都有听说过，它是1995年由Intel公司提出的一种面向移动PC和桌面PC系统的低速通信总线。SMBUS可以对系统中关键参数进行监控，是一种2线总线，两个信号分别为 时钟信号(SMBCLK) 和 数据信号（SMBDAT） 。

2 I2C总线和SMBUS总线的区别

上一节我们已经详细讲述的I2C总线一些特点，SMBUS总线与I2C总线存在很大不同，具体体现在以下几个方面：

• SMBUS逻辑电平阈值是固定的，和器件电源电压无关。 所以，不同电源电压系统（1.8V、3.3V、5V），可以同时运行在SMBUS总线上
• 时钟的最高频率为100kHz，但I2C总线最高时钟频率可为100kHz和2MHz两个版本。
• SMBUS规定了最低的时钟速率为10kHz（与其超时时间有关） 。
• 总线超时功能 ，当时钟信号保持低电平超过35ms时，将引发从设备的超时复位；I2C总线只能通过硬件进行复位。
• 提供 分组差错检验 （PEC）功能。
• 较强的实时性 ，从设备每次接收到自己地址时，无论在做什么，都会有限回复应答信号（ACK），其主要的目的是为了让主设备知道各个从设备当前的状态。
• SMBUS还有一个可选信号SMBALERT#，从设备可以通过该信号快速通知主设备一些重要的信息，例如故障等。

3 时序分析

SMBUS时序与I2C时序一致，具体见下：

起始信号：时钟信号为高电平时，数据线由高电平跳变为低电平。

停止信号：时钟信号为高电平时，数据线由低电平跳变为高电平。

应答信号 ：SMBDAT在SMBCLK高电平期间保持低电平。

非应答信号 ：SMBDAT在SMBCLK高电平期间保持高电平。

4 总线仲裁

只有当总线空闲时，Master才可以启动传输。 一个或多个设备可以在最小保持时间内产生启动条件，从而在总线上产生启动条件。

• 时钟同步（SMBCLK）

时钟总线（SMBCLK）具有“线与”的逻辑功能，就是当总线有任意一个节点向总线发送低电平时，总线就会呈现低电平的状态。（所有节点呈现高电平时，总线表现为高电平）

• SMBDAT仲裁

SMBDAT仲裁也是基于“线与”的逻辑功能，节点发送数据后，比较总线与发送的数据是否一致，保持一致则继续发送，否则退出竞争。SMBDAT仲裁这种机制保证了SMBUS中线上即使有多个主设备，也不会造成数据丢失。

• 仲裁过程

1. 设备1和设备2同时向设备发送起始信号，总线上电平与发送电平一致，继续发送数据；
2. 设备1和设备2同时向设备发送低电平，总线上电平与发送电平一致，继续发送数据；
3. 设备1发送高电平。设备2发送低电平。此时，总线呈现低电平状态。总线的电平与设备1发送的电平不一致，退出竞争，且变为从设备。设备2继续发送数据。

4 PMBus总线

除了SMBus之外，还有一个变体PMBus，它是一种开放标准电源管 理协议。这种灵活且高度通用的标准允许基于模拟和数字技术 的器件之间进行通信，并提供真正的互操作性，由此将能降低 电源系统设计的复杂性并缩短产品上市时间。PMBus用于带有电源控制和管理器件的电源的数字管理。它具有 支持电源管理要求的命令和结构。这意味着I2C Primer和PMBus在电 气要求和命令语义上是兼容和可互操作的。电源管理的基本参数之一是过压电平监控，PMBus提供了设置和读取该值的命令。PMBus可以附加在I2C Primer和SMBus的已有特性 上，充当现有标准（尤其是SMBus）之上的协议层。I2C规范仅描述了2线总线的物理层、时序和流控制。I2C规范没 有（像SMBus协议那样）描述消息的格式，也没有描述消息的内容。PMBus规范是一个完整的电源管理协议。它说明了如何将比特和 字节从一个器件传送到另一个器件（即传输）。它还描述了一 种命令语言，赋予这些比特和字节以意义。