低功耗利器：DS2746電池監(jiān)測(cè)芯片詳解

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電池容量監(jiān)測(cè)是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。尤其是在成本敏感的應(yīng)用場(chǎng)景下，選擇一款合適的電池監(jiān)測(cè)芯片能有效提升產(chǎn)品的性能和競(jìng)爭(zhēng)力。今天，我們就來(lái)深入了解一下Maxim公司的DS2746芯片，看看它是如何實(shí)現(xiàn)高效、精準(zhǔn)的電池容量監(jiān)測(cè)的。

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一、DS2746概述

DS2746是一款專(zhuān)為成本敏感型應(yīng)用設(shè)計(jì)的系統(tǒng)側(cè)電池容量監(jiān)測(cè)芯片。它通過(guò)2線(xiàn)接口向主機(jī)處理器提供電壓、雙向電流和累積電流測(cè)量數(shù)據(jù)。偏移偏置和偏移消隱功能大大提高了庫(kù)侖計(jì)數(shù)器的精度。此外，該芯片還有兩個(gè)輔助A/D輸入，可用于采樣電池組識(shí)別電阻、熱敏電阻或其他電壓源，測(cè)量結(jié)果以電源電壓的比例分?jǐn)?shù)形式報(bào)告，消除了與電源相關(guān)的誤差。

主要特性

• 高精度電流測(cè)量：具備14位雙向電流測(cè)量能力，LSB為6.25μV，動(dòng)態(tài)范圍為±51.2mV。當(dāng)(R_{SNS}=15mΩ)時(shí)，LSB為416.7μA，范圍為±3.4A。
• 高分辨率電壓測(cè)量：11位電池電壓測(cè)量，LSB為2.44mV，輸入范圍為0V至4.5V，在3.6V輸入時(shí)精度為±10mV。
• 輔助輸入測(cè)量：兩個(gè)11位輔助輸入電壓測(cè)量，比例輸入消除電源誤差，(V_{OUT})驅(qū)動(dòng)分壓器，降低功耗，精度為±8 LSB。
• 低功耗設(shè)計(jì)：典型工作電流為70μA，最大100μA；睡眠電流典型值為1μA，最大3μA。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

DS2746的應(yīng)用范圍非常廣泛，常見(jiàn)于以下設(shè)備：

• 無(wú)線(xiàn)手持設(shè)備：如2.5G/3G無(wú)線(xiàn)手機(jī)、PDA/智能手機(jī)等。
• 數(shù)碼影像設(shè)備：包括數(shù)碼相機(jī)和數(shù)碼攝像機(jī)。
• 手持計(jì)算機(jī)和終端：為這些設(shè)備提供精確的電池容量監(jiān)測(cè)。

三、電氣特性

絕對(duì)最大額定值

• 電壓范圍：任何引腳相對(duì)于地的電壓范圍為 -0.3V至 +6V。
• 溫度范圍：工作溫度范圍為 -40°C至 +85°C，存儲(chǔ)溫度范圍為 -55°C至 +125°C。
• 焊接溫度：需參考IPC/JEDEC J - STD - 020A標(biāo)準(zhǔn)。

推薦直流工作條件

DC電氣特性

2線(xiàn)接口電氣特性

四、引腳描述

五、工作模式

1. 工作模式

DS2746有兩種工作模式：活動(dòng)模式和睡眠模式。

• 活動(dòng)模式：芯片作為高精度電池監(jiān)測(cè)器，持續(xù)進(jìn)行電壓、輔助輸入、電流和累積電流測(cè)量，并將結(jié)果更新到測(cè)量寄存器中，允許對(duì)所有寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)操作。
• 睡眠模式：芯片處于低功耗狀態(tài)，無(wú)測(cè)量活動(dòng)。

2. 模式轉(zhuǎn)換條件

• 從睡眠模式轉(zhuǎn)換到活動(dòng)模式：當(dāng)((SCL > V{IH})) 或 ((SDA > V{IH})) 時(shí)，DS2746從睡眠模式轉(zhuǎn)換到活動(dòng)模式。
• 從活動(dòng)模式轉(zhuǎn)換到睡眠模式：當(dāng) (SMOD = 1) 且 ((SCL < V{IL})) 且 ((SDA < V{IL})) 持續(xù) (t_{SLEEP}) 時(shí)間時(shí)，DS2746從活動(dòng)模式轉(zhuǎn)換到睡眠模式。

需要注意的是，如果 (SMOD = 1)，SCL和SDA上需要上拉電阻，以確保電池充電時(shí)DS2746能從睡眠模式轉(zhuǎn)換到活動(dòng)模式，否則芯片將一直處于睡眠模式，無(wú)法累積充電電流。

六、測(cè)量序列

1. 電流測(cè)量

DS2746在活動(dòng)模式下，通過(guò)測(cè)量連接在SNS和(V{SS})引腳之間的低阻值電流檢測(cè)電阻(R{SNS})上的電壓降，持續(xù)測(cè)量電池的充放電電流。電流測(cè)量分辨率為13位加符號(hào)位，每878ms更新一次電流寄存器，記錄該時(shí)間段的平均電流值。

2. 電壓測(cè)量

所有電壓測(cè)量分辨率為11位加符號(hào)位。DS2746按順序依次測(cè)量(V{IN})、AIN0和AIN1，每個(gè)輸入的電壓測(cè)量需要220ms完成，一個(gè)完整的電壓測(cè)量序列需要660ms。在AIN0測(cè)量前，(V{OUT})會(huì)有一個(gè)預(yù)充電時(shí)間(t{PRE})，只要(V{ODIS})（輸出禁用）位清零，(V_{OUT})引腳在整個(gè)AIN0和AIN1測(cè)量序列中都保持啟用狀態(tài)。

七、寄存器功能

1. 電壓寄存器

電池電壓在(V{IN})輸入處相對(duì)于(V{SS})進(jìn)行測(cè)量，范圍為0V至4.997V（受(V_{DD})引腳電壓限制），分辨率為2.44mV。結(jié)果每660ms更新一次，記錄最后220ms的平均電壓，并以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在電壓寄存器中。

2. 輔助輸入寄存器

DS2746允許測(cè)量?jī)蓚€(gè)輔助輸入AIN0和AIN1相對(duì)于(V_{SS})的電壓。這些輸入用于測(cè)量電阻比，特別適用于測(cè)量熱敏電阻或電池組識(shí)別電阻。每個(gè)輔助輸入測(cè)量每660ms更新一次，記錄220ms轉(zhuǎn)換周期內(nèi)的平均電壓，并以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在AIN0和AIN1寄存器中。

3. 電流寄存器

4. 累積電流寄存器 (ACR)

5. 電流偏移偏置寄存器 (COBR)

COBR允許將可編程偏移值添加到原始電流測(cè)量中，結(jié)果顯示在電流寄存器中，并用于電流累積。COBR可以校正靜態(tài)偏移誤差，也可以有意改變電流結(jié)果和累積值。COBR可在1.56μV的步長(zhǎng)內(nèi)編程，取值范圍為 +198μV至 -200μV。

6. 電流消隱功能

電流消隱功能在電流測(cè)量結(jié)果累積到ACR之前對(duì)其進(jìn)行修改。當(dāng)電流測(cè)量值（原始電流 + COBR）落在兩個(gè)定義的范圍內(nèi)時(shí)，會(huì)有條件地進(jìn)行電流消隱。第一個(gè)范圍防止小于(100μV / R{SNS})的充電電流累積，第二個(gè)范圍防止幅值小于(25μV / R{SNS})的放電電流累積。充電電流消隱始終執(zhí)行，而放電電流消隱需要通過(guò)設(shè)置狀態(tài)/配置寄存器中的NBEN位來(lái)啟用。

7. 累積偏置寄存器 (ABR)

ABR允許將可編程偏移值添加到電流累積過(guò)程中。新的ACR值由電流寄存器值加上ABR再加上前一個(gè)ACR值得到。ABR可用于有意改變電流累積，以估計(jì)太小而無(wú)法測(cè)量的系統(tǒng)待機(jī)電流。ABR值不受電流消隱閾值的影響，可在6.25μV的步長(zhǎng)內(nèi)設(shè)置，取值范圍為 +193.75μV至 -200μV。

8. 狀態(tài)/配置寄存器

狀態(tài)/配置寄存器可讀寫(xiě)，部分位為只讀。各比特位的功能如下：

• PORF：上電復(fù)位標(biāo)志，指示初始上電，需用戶(hù)手動(dòng)清零以指示后續(xù)上電事件。
• SMOD：睡眠模式使能，值為1時(shí)允許芯片在SCL和SDA低電平持續(xù)(t_{SLEEP})時(shí)間時(shí)進(jìn)入睡眠模式，默認(rèn)值為1。
• NBEN：負(fù)消隱使能，值為1時(shí)啟用幅值小于25μV的負(fù)電流消隱，默認(rèn)值為1。
• (V_{ODIS})：(V{OUT})禁用，值為0時(shí)在AIN0轉(zhuǎn)換開(kāi)始前(t{PRE})時(shí)間驅(qū)動(dòng)(V_{OUT})，在AIN1轉(zhuǎn)換結(jié)束后禁用，默認(rèn)值為0。
• AIN1：AIN1