可支持感测功能的 SensorPath 单线界面

本文作者:admin       点击: 2003-12-01 00:00
前言:
前言
目前有很多系统需要处理混合讯号,这类需要面对混合讯号环境的系统,必须设有基本的电压或温度侦测功能,以便诊断系统的健康情况及控制扇速。为了减低系统发出的噪声,同时确保系统外型可以更为轻薄小巧,大部分系统都必须加设扇速控制功能。由美国国家半导体所提供的 SensorPath 则是专为这类系统而设计的单线界面,但是其它业者如需使用此一接口的设计并不须支付权利金。

为了让产品在价格与效能方面有更多不同的搭配,部分系统必须在设计上有较大的灵活性,让消费者有更多选择。一般的作法是将负责感测电压及温度的感应器整合到复杂的混合讯号芯片之内是一个明显可行的解决办法,但这样做只会令电路板的设计更为复杂,系统成本也更高,并且系统效能也会受到影响。SensorPath 则是一个成本较低的离散解决方案,有助解决这个设计上的问题。

应用实例
许多系统设计都会安排多个需要受监测的节点,但很多时候这些节点都位于满布线路的电路板内。由于模拟线路对于噪声干扰极为敏感,要为这些模拟线路设计路线,并确保不受其它线路影响,虽非完全不可能,但却是一项极为复杂艰巨的工作。
目前一般的系统都采用远程二极管温度感应器监测设计复杂而耗电量又大的数字芯片表面温度,然后利用这个表面温度控制有源散热器上的风扇扇速(参看图 1)。但是,图 1 所采用的 LM96011 硬件监控芯片负责将中央处理器温度及电源供应器电压等数值传送往 SensorPath 主控器。
透过主控器,也可利用 LM95010 芯片确定另一热能区的温度,而负责统筹的 SensorPath 主控器也能综合所有热能数据,然后提供一个或多个脉冲宽度调变 (PWM) 讯号,以便灵活调节系统内不同散热风扇的扇速。一条 SensorPath 联机可以支持高达 196 个电压/温度感应节点:7 颗从属芯片之中,每一颗芯片都可感应高达 22 个电压及 6 个温度区。
我们可以利用微控制器或特殊应用集成电路组建 SensorPath 主控器。SensorPath 可支持多种功能,其中包括 (但不仅限于) 温度、电压及电EEPROM。SensorPath 将所有传送讯号的脉冲宽度都加以编码。

SensorPath所传送的讯号基本上分为五类,按照其脉冲宽度大小,由小至大分别列出:“0"、“1"、注意、启动及重设。这些讯号都各有编码,以便提高总线频宽的使用效率。”注意” 讯号可由从属器负责传送给主控器,以便显示从属器的数据可以随时让其它组件读取,但有时 “注意” 讯号的发出表示从属器需要其它功能性的服务;”此外,注意” 讯号只属于功能选项,这个功能可透过从属器启动或终止。
此外,SensorPath 的位传送率平均可达 25 Kbps 。这个位传送率按照 360 kHz 时钟振荡器的频率作为基准,以便精简主控器及从属器的讯号传送架构设计。它的讯号传送架构采用简单的设计,以便为感应器提供支持,以便简化数字电路的设计,确保主控器及从属器内的 SensorPath 获得支援。SensorPath 可支持三种讯息:重设及时钟设定 (clock training)、主控器写入及读取数据等三种讯息;图2 的例子显示主控器写入的资料。
有一点我们需要留意:讯息架构只包括 1 个开始讯号、3 个芯片数目位、6 个内部地址位、读取/写入位、n 数据位 (n 的数值介于 1 与 4 之间,但确实数值须取决于缓存器)、偶同位位及确认接收讯号 (ACK) 等。
SensorPath 实体层的结构非常简单,采用与 SMB 相同的设计如图3 所示,可支持晶体管晶体管逻辑 (TTL) 的逻辑电位;它 的主从架构也可应用于非标准个人计算机架构的应用系统;例如设计简单、内含定时器的微控制器也可达到这个目的。
经过重新配置之后,微控制器可以因应 SensorPath 脉冲宽度讯号传输作出反应,它能够可支持边缘中断的控制器可以用来侦测脉冲宽度,而且非常容易使用。下降边缘中断讯号可启动定时器,而上升边缘中断则可终止定时器的操作。工程师可以利用计数器的数据确定位类别。若控制器无法提供边缘中断,另外还有其它的办法能够解决这个问题。例如利用低及高电位中断讯号侦测边缘,同时也可利用可在低或高电位进行计时的定时器,或是干脆向总线提出轮询。轮询的方法最不准确,因此是下下之策。部分微控制器可直接侦测脉冲宽度。若微控制器不能直接产生脉冲,我们可以利用定时器及定时器溢位产生脉冲。

结语
美国国家半导体会推出多款可支持 SensorPath 总线的从属器芯片,其中包括 LM95010、 LM96010、 LM96011 及 LM96012。 LM96012 芯片可以感测内部温度及两个远程二极管温度。 

LM96010 芯片与 LM96011 同样可以支持电压监测及内部温度感测,但 LM96010 芯片另外还可支持两个远程二极管温度感应器。相较之下,LM96011 则欠缺这个功能。美国国家半导体也将会推出多款 Super I/O 主控器芯片,其中包括适用于桌上型计算机的 PC8374L 及适用于服务器的 PC87427。