PMBus 指令解析：VOUT_MODE (20h) + VOUT_COMMAND (21h) 與 LINEAR16 格式

兩個命令的分工

命令	代碼	長度	作用
`VOUT_MODE`	`20h`	1 Byte	告訴主控端：輸出電壓相關數值用哪種格式、指數是多少
`VOUT_COMMAND`	`21h`	2 Bytes	設定目標輸出電壓（數值依 `VOUT_MODE` 的格式解讀）

哪些命令使用 VOUT_MODE 的格式

VOUT_MODE 不只影響 VOUT_COMMAND，所有以「伏特」為單位的輸出電壓命令都用同一個格式與指數：

類別	命令
電壓設定	`VOUT_COMMAND (21h)`、`VOUT_TRIM (22h)`、`VOUT_CAL_OFFSET (23h)`、`VOUT_MAX (24h)`、`VOUT_MIN (2Bh)`
Margin	`VOUT_MARGIN_HIGH (25h)`、`VOUT_MARGIN_LOW (26h)`
保護門檻	`VOUT_OV_FAULT_LIMIT (40h)`、`VOUT_OV_WARN_LIMIT (42h)`、`VOUT_UV_WARN_LIMIT (43h)`、`VOUT_UV_FAULT_LIMIT (44h)`
Power Good	`POWER_GOOD_ON (5Eh)`、`POWER_GOOD_OFF (5Fh)`
量測	`READ_VOUT (8Bh)`

VOUT_MODE (20h)

傳輸格式

使用 SMBus Read Byte（部分元件也允許 Write Byte，但多數為唯讀）：

讀取：S | Addr+W | A | 20h | A | Sr | Addr+R | A | Data | [PEC] | NA | P

位元結構

b[7:5] Mode	格式	b[4:0] Parameter 的意義
`000`	Linear（LINEAR16）	指數 N，5 位元二補數（−16 ～ +15）
`001`	VID	VID 碼表的類型（依各家 VR 規範）
`010`	Direct	不使用；換算係數由 `COEFFICIENTS (30h)` 或規格書提供
`011`	IEEE 754 半精度浮點	不使用

實務上電源模組絕大多數使用 Linear 格式，以下都以 Linear 為主。VID 與 Direct 格式的換算方式，請見 PMBus 數值格式深度解析。

主控端解析流程

flowchart TD
    A["讀取 VOUT_MODE (20h)"] --> B{"b[7:5]？"}
    B -- "000 Linear" --> C["b[4:0] 轉成 5 位元二補數 → N"]
    B -- "001 VID" --> V["依 b[4:0] 指定的 VID 碼表換算"]
    B -- "010 Direct" --> D["用 m、b、R 係數換算"]
    C --> E["讀 READ_VOUT (8Bh) 等命令<br>得到 16 位元無號數 Y"]
    E --> F["V = Y × 2^N"]

VOUT_MODE 在大多數電源上是唯讀的，數值由韌體依內部 ADC / DAC 的解析度預先決定，但仍建議開機時讀一次，不要在程式裡寫死。

指數 N 的解讀

b[4:0] 是 5 位元二補數：

00h ～ 0Fh → N = 0 ～ +15
10h ～ 1Fh → N = 值 − 32，也就是 −16 ～ −1

例如 VOUT_MODE = 17h：

\texttt{17h} = \underbrace{000}_{\text{Linear}}\,\underbrace{10111}_{N} \quad\Rightarrow\quad N = 23 - 32 = -9

VOUT_COMMAND (21h)

傳輸格式

使用 SMBus Write Word / Read Word，低位元組先傳（Little-Endian）：

寫入：S | Addr+W | A | 21h | A | Data Low | A | Data High | A | [PEC | A] | P

LINEAR16 換算公式

Linear 模式下，VOUT_COMMAND 是 16 位元無號整數的尾數 Y，搭配 VOUT_MODE 的指數 N：

V_{\text{OUT}} = Y \times 2^{N} \qquad\qquad Y = \operatorname{round}\!\left(V_{\text{OUT}} \times 2^{-N}\right)

換算範例

範例 1：12 V 輸出，VOUT_MODE = 17h（N = −9）

Y = 12 \times 2^{9} = 12 \times 512 = 6144 = \texttt{1800h}

所以寫入 VOUT_COMMAND = 1800h（線上傳送 00h、18h）。

範例 2：1.05 V 輸出，VOUT_MODE = 14h（N = −12）

Y = 1.05 \times 4096 = 4300.8 \;\Rightarrow\; 4301 = \texttt{10CDh}

實際設定值為 $4301 / 4096 \approx 1.05005\,\text{V}$ ，誤差來自解析度限制。

指數與解析度速查表

指數越小（越負），解析度越細，但能表示的最大電壓越低：

VOUT_MODE	N	解析度（1 LSB）	最大可表示電壓	常見用途
`18h`	−8	3.906 mV	255.99 V	高壓輸出
`17h`	−9	1.953 mV	127.99 V	12 V / 48 V 電源
`16h`	−10	0.977 mV	63.99 V
`15h`	−11	0.488 mV	31.99 V
`14h`	−12	0.244 mV	15.99 V	低壓 POL
`13h`	−13	0.122 mV	7.99 V	CPU / FPGA 核心電壓

最大電壓 $= 65535 \times 2^{N}$ 。實際可設定的上限還會受 VOUT_MAX (24h) 限制。

容易搞混：LINEAR16 vs LINEAR11

PMBus 有兩種 Linear 格式。輸出電壓用 LINEAR16，其他大部分數值（電流、輸入電壓、溫度、功率）用 LINEAR11：

項目	LINEAR16	LINEAR11
用在哪裡	`VOUT_COMMAND`、`READ_VOUT` 等輸出電壓命令	`READ_IOUT`、`READ_VIN`、`READ_TEMPERATURE_1` 等
尾數 Y	16 位元無號數（整個 Word）	b[10:0]，11 位元二補數
指數 N	在 `VOUT_MODE` 的 b[4:0]	在同一個 Word 的 b[15:11]
公式	$Y \times 2^{N}$	$Y \times 2^{N}$

flowchart LR
    subgraph L16["LINEAR16（VOUT_COMMAND）"]
        direction TB
        A1["VOUT_MODE b[4:0] = N"]
        A2["Data[15:0] = Y（無號）"]
    end
    subgraph L11["LINEAR11（READ_IOUT 等）"]
        direction TB
        B1["Data[15:11] = N"]
        B2["Data[10:0] = Y（二補數）"]
    end

讀取與設定範例

Linux（i2c-tools）

以 PMBus 位址 0x58、I2C bus 1 為例（請換成你系統上的實際值）：

# 讀 VOUT_MODE（1 Byte）
i2cget -y 1 0x58 0x20 b

# 讀 VOUT_COMMAND 與 READ_VOUT（Word，i2cget 會自動組合低/高位元組）
i2cget -y 1 0x58 0x21 w
i2cget -y 1 0x58 0x8b w

# 設定 VOUT_COMMAND = 0x1800（N = -9 時為 12 V）
i2cset -y 1 0x58 0x21 0x1800 w

C 語言：整數換算（不需要浮點運算）

MCU 上常常不想用 float，以下用 mV 整數換算：

#include <stdbool.h>
#include <stdint.h>

/* VOUT_MODE 是否為絕對值 Linear 格式（b[7:5] = 000） */
static bool vout_mode_is_linear(uint8_t vout_mode)
{
    return (vout_mode & 0xE0u) == 0;
}

/* 取出 5 位元二補數指數 N */
static int vout_exponent(uint8_t vout_mode)
{
    int n = vout_mode & 0x1F;
    return (n & 0x10) ? n - 32 : n;
}

/* LINEAR16 → mV（四捨五入） */
uint32_t linear16_to_mv(uint16_t y, uint8_t vout_mode)
{
    int n = vout_exponent(vout_mode);
    uint64_t uv = (uint64_t)y * 1000u;          /* 先放大 1000 倍 */

    if (n >= 0)
        return (uint32_t)(uv << n);
    return (uint32_t)((uv + (1ull << (-n - 1))) >> -n);
}

/* mV → LINEAR16（四捨五入，超出範圍時回傳 0xFFFF） */
uint16_t mv_to_linear16(uint32_t mv, uint8_t vout_mode)
{
    int n = vout_exponent(vout_mode);
    uint64_t y;

    if (n <= 0)
        y = (((uint64_t)mv << -n) + 500u) / 1000u;
    else
        y = ((uint64_t)mv + (500ull << n)) / (1000ull << n);

    return (y > 0xFFFFu) ? 0xFFFFu : (uint16_t)y;
}

使用方式：

uint8_t mode = 0x17;                       /* 從 VOUT_MODE 讀回 */
if (vout_mode_is_linear(mode)) {
    uint16_t y = mv_to_linear16(12000, mode);   /* → 0x1800 */
    uint32_t mv = linear16_to_mv(y, mode);      /* → 12000 */
}

工程實務提示

⚠️ 設定電壓前的檢查清單

先讀 VOUT_MODE，不要寫死指數：不同廠牌、甚至同廠牌不同型號的指數都可能不同。
注意 VOUT_MAX (24h)：寫入超過 VOUT_MAX 的值時，元件通常會限制在 VOUT_MAX，並在 STATUS_VOUT 設定警告位元。
實際輸出不一定等於 VOUT_COMMAND：VOUT_TRIM (22h)、VOUT_CAL_OFFSET (23h) 等校正命令也會影響最終電壓，請用 READ_VOUT (8Bh) 確認。
CRPS 電源通常不開放調整輸出電壓：VOUT_COMMAND 多半唯讀或不支援，寫入可能回報 Invalid Command / Invalid Data。
用位移換算要先放大：N = −9 時可以用右移 9 位取代除以 512，但直接 Y >> 9 會丟掉小數（6200 >> 9 = 12，實際是 12.109 V）。先放大再位移，例如 (Y * 1000) >> 9 得到 mV，或直接使用上面的 linear16_to_mv()。

結論

VOUT_MODE (20h) 決定格式與指數，VOUT_COMMAND (21h) 提供尾數，兩者合起來才是電壓。
Linear 格式： $V = Y \times 2^{N}$ ，N 是 VOUT_MODE b[4:0] 的 5 位元二補數。
常見 VOUT_MODE = 17h → N = −9 → 12 V = 1800h。
電壓輸出相關命令用 LINEAR16，電流、溫度等其他命令用 LINEAR11，不要混用。
程式裡要先讀 VOUT_MODE 再換算，不要寫死指數。