PMBus 數值格式深度解析：Linear、VID 與 Direct Mode 完整比較

一頁速覽：三大格式對照表

格式	主要應用	主控端運算負擔	特點
Linear	通用電源、CRPS 伺服器電源、POL 晶片	低（位移與整數乘法）	最普遍、最簡單。指數與尾數組成，解析度由指數決定
VID	CPU / GPU 供電（Intel VR12 / VR12.5 / VR13、AMD）	低（查表或固定步階）	為動態調壓設計，電壓有固定步階，只用於輸出電壓相關命令
Direct	Hot-Swap 控制器、電源監控 IC	中高（需處理 m、b、R 係數）	能充分利用 ADC 解析度，但主控端要維護每個命令的係數

想知道某個命令用哪種格式，可以用 QUERY (1Ah) 查詢：回應的 b[4:2] 為 000b 是 Linear、011b 是 Direct、101b 是 VID。

1. Linear Mode（線性模式）

Linear 是 PMBus 最常用、最核心的格式，又分為 LINEAR11（一般物理量）和 LINEAR16（輸出電壓專用）。

A. LINEAR11

用於 READ_VIN、READ_IIN、READ_TEMPERATURE_1、READ_POUT 等一般量測命令。

資料長度：2 Bytes
b[15:11]：指數 N，5 位元二補數
b[10:0]：尾數 Y，11 位元二補數

X = Y \times 2^{N}

範例：READ_VIN (88h) 回傳 F0A0h

N = b[15:11] = 11110b → −2
Y = b[10:0] = 000 1010 0000b → +160
$V_{\text{IN}} = 160 \times 2^{-2} = 40.0\ \text{V}$

完整解析（負數處理、常見錯誤、C 語言編解碼）：LINEAR11 格式與 READ_* 量測讀取

B. LINEAR16

專用於輸出電壓相關命令（VOUT_COMMAND、READ_VOUT、VOUT_MAX、VOUT_MARGIN_HIGH/LOW 等）。

資料長度：2 Bytes，整個 16 位元都是尾數（無號數）
指數 N 不在資料裡，而是在 VOUT_MODE (20h) 的 b[4:0]（5 位元二補數）

V_{\text{OUT}} = V_{\text{value}} \times 2^{N}

範例：VOUT_MODE 的 N = −9（ $2^{-9} = \tfrac{1}{512}$ ），READ_VOUT 讀到 1800h（6144）：

V_{\text{OUT}} = 6144 \times 2^{-9} = \frac{6144}{512} = 12.00\ \text{V}

完整解析（指數解析度速查、C 語言換算）：VOUT_MODE (20h) + VOUT_COMMAND (21h) 與 LINEAR16 格式

2. VID Mode（Voltage Identification）

VID 格式是為 **CPU / GPU 供電（VRM）**設計的，輸出電壓用一個 VID 碼表示，對應到固定的電壓步階。

啟用條件：VOUT_MODE (20h) 的 b[7:5] = 001b，b[4:0] 指定使用哪一種 VID 碼表
作用範圍：只影響輸出電壓相關命令，例如 VOUT_COMMAND 寫入的是 VID 碼而不是電壓值

常見 VID 碼表

規範	步階	換算公式（VID ≠ 0）	VID = 0
Intel VR12	5 mV	$V = 0.25 + (\text{VID} - 1) \times 0.005$	輸出關閉
Intel VR12.5	10 mV	$V = 0.50 + (\text{VID} - 1) \times 0.010$	輸出關閉
AMD SVI2	6.25 mV	$V = 1.55 - \text{VID} \times 0.00625$ （遞減）	1.55 V

例如 VR12 的 VID = 65h（101）： $V = 0.25 + 100 \times 0.005 = 0.75\ \text{V}$ 。

Intel VR13 依操作模式有 5 mV 與 10 mV 兩種步階，實際碼表請以 VR 規範和控制器規格書為準。

3. Direct Mode（直接模式）

Direct 格式常見於 Hot-Swap 控制器與電源監控 IC（例如 ADM1275、LM25066）。數值直接對應 ADC 的量測結果，再用直線方程式的係數換算成物理量。

啟用條件：VOUT_MODE (20h) 的 b[7:5] = 010b（輸出電壓相關命令），或規格書指定該命令使用 Direct 格式

換算公式

符號	意義	型別
X	實際物理量（V、A、W、°C）	—
Y	匯流排上傳送的數值	16 位元二補數
m	斜率（Slope）	16 位元二補數
b	偏移（Offset）	16 位元二補數
R	十進位縮放指數（Exponent）	8 位元二補數

換算範例（假設係數）

假設某電壓命令的係數為 m = 8、b = 0、R = 2，讀到 Y = 2580h（9600）：

X = \frac{1}{8}\left(9600 \times 10^{-2} - 0\right) = \frac{96}{8} = 12.0\ \text{V}

這裡的係數只是示範用，實際係數依晶片與命令而不同，同一顆晶片的電壓、電流、功率命令通常各有一組係數。

係數從哪裡來

$m$ 、 $b$ 、 $R$ 不會跟著資料一起傳送，取得方式有兩種：

產品規格書：大多數晶片直接在規格書列出每個命令的係數表。
COEFFICIENTS (30h)：用 Block Write-Block Read Process Call 查詢，寫入要查的命令碼與「讀取用 / 寫入用」旗標，讀回 5 Bytes：m（2 Bytes）、b（2 Bytes）、R（1 Byte）。這個命令是選配的，不是每顆晶片都支援。

C 語言：Direct 整數換算

#include <stdint.h>

static int64_t pow10_i64(int e)
{
    int64_t p = 1;
    while (e-- > 0)
        p *= 10;
    return p;
}

/* 有號整數除法，四捨五入（遠離 0） */
static int64_t div_round(int64_t num, int64_t den)
{
    if (den < 0) {
        num = -num;
        den = -den;
    }
    return (num >= 0 ? num + den / 2 : num - den / 2) / den;
}

/* Direct → 千分之一單位：X = (Y * 10^-R - b) / m */
int64_t direct_to_milli(int16_t y, int16_t m, int16_t b, int8_t r)
{
    if (r >= 0) {
        int64_t p = pow10_i64(r);
        return div_round((int64_t)y * 1000 - (int64_t)b * 1000 * p, (int64_t)m * p);
    }
    return div_round(((int64_t)y * pow10_i64(-r) - b) * 1000, m);
}

direct_to_milli(9600, 8, 0, 2) 回傳 12000（12.0 V）。

實務選擇指南

flowchart TD
    S["這個電源 / 晶片用哪種格式？"] --> A["CRPS / 通用電源 / POL"]
    S --> B["CPU / GPU 供電（VRM）"]
    S --> C["Hot-Swap / 電源監控 IC"]
    A --> L["Linear<br>VOUT 用 LINEAR16，其他用 LINEAR11"]
    B --> V["VID（輸出電壓）<br>其他量測通常仍是 Linear"]
    C --> D["Direct<br>需要 m、b、R 係數"]

結論

Linear：最普遍。LINEAR11 的指數在資料內，LINEAR16 的指數在 VOUT_MODE。
VID：用 VID 碼表示輸出電壓，各規範的公式不同，要確認 VOUT_MODE 指定的碼表。
Direct： $X = \frac{1}{m}(Y \times 10^{-R} - b)$ ，係數從規格書或 COEFFICIENTS (30h) 取得。
不確定格式時，用 QUERY (1Ah) 查詢，或讀 VOUT_MODE 確認輸出電壓的格式。