标签: 便携式设备

　 　1、引言 　　近年来，便携式电子产品的迅猛发展促进了电池技术的更新换代。锂离子电池由于其具有高能量密度、长寿命、低自放电率、无污染等特性，迅速成为市场的主流电池产品。为了防止电池出现过充电或过放电状态、保证电池的安全性能和避免出现电池特性恶化现象，必须在锂离子电池组中安装保护电路 。同时要锂电池能够稳定可靠的为设备提供能量，对于电池的智能检测与监控是必须考虑的环节。锂电池供电是现代便携式设备最合适的供电方案，但其充放电安全性不如镍铬电池、镍氢电池及普通一次性干电池的传统电源 。如果充放电方法不对，将会导致锂电池发生安全问题，甚至爆炸，故锂电池有必要加入监控电路以实时监控充放电过程 。本文以珠海炬力SOC芯片ATJ2085来设计锂电池的外围检测系统，该设计方案以微处理器作为各种功能控制的核心, 除了对锂离子电池组提供过充、过放、过流保护外, 还可有效的对锂离子电池组内各单节锂电的充、放电提供平衡保护、能够实时检测出电池所处状态并对锂电池进行保护。 　　 2、ATJ2085的电池监测的功能的使用 　　ATJ2085为LQFP封装，64针脚，采用内嵌式的M CU和24-bit DSP双处理器体系结构，分别完成针对操作事件控制和多媒体数据编/解码算法的系统级优化，通过数模混合信号技术，在单一硅片上集成了高精度ADC/DAC转换器、USB控制器，实时时钟RTC等。支持USB2.0(FULLSPEED)，支援MP3/WMA/WAV/WMV/ASF等格式媒体播放；支持MTV电影播放；支持JPG、GIF、BMP图片浏览。其系统集成度高，外围应用电路简单，拥有功能完善而成熟的开发工具和环境。 　　在ATJ2085中，电池电压从电池电压检测引脚VBATPIN输入，VBAT的电压范围小于3.0伏，所以无论一节碱性电池（1.5V）供电还是两节碱性电池（3.0V）供电，在外部电池供电电压小于3.0伏时外部都无需要加分压电阻。ATJ2085中有一个4bit的ADC，它把0.9-1.5伏之间的电压16等分为：0.90V，0.94V，0.98V，1.02V，1.06V，1.10V，1.14V，1.18V，1.22V，1.26V，1.30V，1.34V，1.38V，1.42V，1.46V，1.50V。当电池电压大于3.0伏供电时，BATSEL接高电平，决定了从VBATPIN脚输入的电压在比较前会被分压。并且A/D变换出来的数值会每2秒一次被记录在IO PORT(D8H).BIT 里，这样软件就可以读回IO PORT(D8H)中的值，与功能规格表（表1）中的值作比较，来确定要显示的电池电量及采取的动作。很明显ATJ2085能在更多点上监测电池电压。 　　表1   功能规格表 　　举例如下： 　　假设VL0VL1VL2VL3，电池电量显示为3格 　　选VL0=1.30V, 即IO PORT(D8H).BIT =0AH， 　　VL1=1.10V, 即IO PORT(D8H).BIT =05H， 　　VL2=0.98V, 即IO PORT(D8H).BIT =02H， 　　当VBATVL0时，电池电量显示为满格； 　　当VL0VBATVL1时，电池电量显示为缺1格； 　　当VL1VBATVL2时，电池电量显示为缺2格； 　　当VBAT 　　另外，当电池的电压低于某个电压时(假设VL2),软件把一些耗电大的电路关断（利用IO PORT控制），如DSP,DAC等等。当VBAT PIN脚上的电压低于LBD PIN脚的电压时，ATJ2085仍会被无条件复位。 　 　3、电池检测系统设计 　　3.1 电路设计 　　在本文中检测电路仅仅列出锂电池检测电路的原理图,该设计考虑到了锂电池的过压特性，于是选用SC805电池检测芯片来进行硬件电路的设计。如下图所示，电路图一部分是对于USB充电和过压的保护设计，另一部分为电池电量检测   　　图1   检测电路 　　正如ATJ2085的电池监测的功能的使用描述一样，需要在电池两端连接电阻R424和电阻R422（理想状态下电阻R424和电阻R422比值应该为1：2）来分压。但是考虑到非理想ADC的量化间隔是非等宽的，这势必导致ADC器件不能完全正确地把模拟信号转化成相应的二进制码，从而造成信噪比的下降；且ADC每个量化的二进制码所对应的量化间隔都不同，为了使设计的系统参数尽可能准确，我们需要克服微分非线性量化误差 。于是需要调整R424和R422的组值（如图1所示）。 　 　3.2 电压检测 　　ATJ2085内部有一个4 Bit非理想 ADC.作为检测电源电压之用。此4 bit ADC可以根据固件(F/W)设定的电压值，产生LB-和LBNMI-信号。对于锂电池，由于自身特性不可能使产生的电压直接可以达到0～1.5，需要利用如下公式分压： 　　将分压后的值与锂电池实际值进行对应，其电压检测如表2所示： 　　表2   锂电池电压检测表 　　通过硬件后可以将表2的值对应到表1中去通过调用以下软件流程进行处理。 　　 3.3 软件流程 　　该检测系统软件设计流程如图2所示： 　　首先清watchdog，然后通过GPIO_A0检测USB状态，接下来进行充电引脚GPIO确认并开始充电，充电时将GPIO_A0(如检测电路图)寄存器的对应位置高电平，同时利用GPIO_B6进行电池状态检测 。当需要对4位ADC寄存器读写数据时，需要设置其端口值参数，通过电池状态检测后，最后将检测到的电池参数通过显示函数显示在LCD上。 　　其初始化代码如下： 　　output8(0x4e,input8(0x4e)|0x08)//清watchdog 　 　    output8(0xee,input8(0xee)|0x01); //初始化端口参数，开始充电 　　    output8(0xf0,input8(0xf0)0xbf); 　　    output8(0xf1,input8(0xf1)|0x40); 　　                output8(0xee,input8(0xee) 0xfe); 　　                if((input8(0x50)0x40)!=0x40) 　　                if(!(input8(0xee)0x04))   //防止充电黑屏后拔掉USB不开 　 　4、结束语 　　通过该方法设计的锂电池检测系统不仅可以有效防止电池的过压、过充、过放、过温，同时可以智能监控电池的电压状态；该设计方案简单易行，稳定可靠，对于嵌入式系统的设计与研发具有一定的指导意义和实践价值。该方法的创新之处在于不管外接干电池、锂电池还是镍氢电池均可以用该电路设计方法对电池进行监控。 　 　参考文献： 　　 邓绍刚，汪艳等，锂电池保护电路的设计 ，电子科技2006年第l0期(总第205期) 　　 陆安江,张正平,唐薇, 兼容USB的便携式设备锂电池充电电路设计 ,2007年中国仪器仪表交流论文集，2007 　　 刘京南，电子电路基础 ，电子工业出版社，2003年7月 　　 上海东钜电子有限公司，现代锂电保护IC 的特点和应用 ，电子设计应用，2003 　　 李凯，张斌，一种新型智能动力锂电池组能源管理模块 ，微计算机信息 2006年第9-1期 　　 Actions ATJ2085 Data sheet Version 1.0, 2004 　　 Actions ATJ2085 Programming Guide, Version 2.7 ,2004

作者： Upal Sengupta ，高级应用工程师 德州仪器电池管理解决方案业务部 在我从事便携式设备开发工作的大多数时间里，一直被教导 “ 越少未必越好 ” 。 PC  电路板上的集成电路  (IC)  数量越少，就越好。自从第一款便携式计算机和移动电话在  20  到  30  年前问世以来，我们就始终孜孜不倦地在为更小巧、更轻薄以及更低价格而努力。当然这种集成趋势在很大程度上是由半导体工艺技术的快速进步所带来的。虽然不太好意思承认，但我的确记不清 “ 亚微米技术 ” 是什么时候成为主流的。老实说，到现在我也记不起来我最后一次使用工艺技术为  1  微米左右的  IC  是在什么时候。 多年来，我所在的团队一直在负责开发适用于移动电话的高集成度  PMIC  器件。在从  20  世纪  90  年代第一款数字  (2G)  产品出现到大约  2007  至  2008  年  3G  产品成为主流的这段时间里，我观察到一个相当稳定的趋势。我们在系统的  PMIC 中整合的内容越多就越好，我们的目标是减少芯片数量，这相当于降低成本。早在  1996  年，我们就知道 “ 有一天 ” 移动电话会风靡开来，因而确实应该价格低廉。当然我们当时的最终目标是开发 “ 单芯片移动电话 ” 。我承认，其实我们中许多人的真实想法是至少两颗芯片，一个模拟的和一个数字的，但事实远没这么简单。 随着电话功能的增多以及相应内部电源轨数量的增多，我们的  PMIC 器件在功能上也变得越来越强大。但实际的芯片 / 封装尺寸并没有变大，原因在于虽然我们增加了功能，但  IC  工艺和封装技术的进步让我们能将这些特性大致地整合到相同大小的尺寸中。在上个世纪  90  年代中期，我们 “ 业界一流 ” 的  PMIC 或许有五个直流输出电源轨、一对音频放大器和一个可驱动外部功率  FET  的线性电池充电器。封装尺寸大约是  8mm x 8mm ，有  48  个引脚。 10  年后，我们采用  100  到 200  个焊球的  BGA  封装，尺寸约为  8mm x 8mm  及至更小，没有外部  FET ，能提供  15  到  20  个电源轨和开关充电模式。我们确实从一代  PMIC  到另一代  PMIC  实现了以更少获得更多。 但在过去几年里，另一种趋势不断显现。虽然我们将器件的尺寸今年比去年，这 10 年比上 10 年做得更小，但到某个点的时候我们可能会意识到这个世界上不是所有的事物都遵循摩尔定律。毕竟它不是纯粹的 “ 定律 ” ，更多只是一种观察。此外，还得出了一个结果，那就是越来越小的硅芯片工艺尺寸并非始终适用于电源  IC 。 那么如何在移动产品中对功耗进行细化？大致来说，消耗电量的主要负荷有处理器、无线电广播、显示器和电池（在充电的时候）。随着移动系统的日趋复杂以及从  3G  向  4G  演进发展，我们发现  PMIC  集成度不断提高的趋势开始发生轻微的逆转。虽然系统  PMIC  仍然是拥有众多功能的相对大型的复杂器件，但这些高功率功能中的一部分正被转移给外部电路。特别是  RFPA  电源、显示器背光驱动器和电池充电器  IC  已实现了外部实施。如果有一个  3  安时的电池，需要在 1  小时内完成充电，除非想看到  PC  电路板上冒出青烟，否则没有其他方法可以使用。 作为工程师，有时我们会忘记我们所做的一切的动力是客户（无论是个人消费者还是企业客户）愿意为之付款的产品和服务。伴随近期移动技术势不可挡的蓬勃发展，我们知道人们想要高速数据、明亮的大屏幕，而且希望随时随地都能使用自己的设备。因此，为了实现这些期望，我们需要电源。更强大的功能意味着需要体积更大、容量更大的电池。 更高容量的电池意味着更大电流的充电器，在智能电话和平板电脑领域我们已走到了这一步，即将电源转换解决方案分解成多个组件是合理的做法。为此，某些我们以往的  PMIC  设计人员正在再度设计独立的电池充电器！幸运的是，在具有高效率充电器的情况下，我们现在既能够用  2 、 3  乃至  4  安培的电流充电，而且还能够让  PC  电路板上的组件高度不超过  1  到  2mm 。 因此，在具体到模拟和电源转换电路领域，我们不能始终持有 “ 越少越好 ” 的想法。有时候，如何您想要更多，那么您只有投入更多才能获得。所以越少未必就一直是越好。也许对于电源来说， “ 大就是全新的小  (Big is the new Small)” 才是新的现状。 参考资料链接： http://www.ti.com/lsds/ti/power-management/battery-charger-solutions-products.page 硅芯片技术：  https://docs.google.com/viewer?url=http%3A%2F%2Fwww.eng.tau.ac.il%2F~yosish%2Fcourses%2Fvlsi1%2FII-1-Si-Tech-introduction.pdf 摩尔定律： http://en.wikipedia.org/wiki/Moore’s_law 移动电话轻薄化趋势： http://www.gsmarena.com/mobile_phone_evolution-review-493.php   UpalSengupta   是   TI   电池管理解决方案产品部的高级应用工程师，自从   2003   年加入   TI   以来，从事过应用工程师与技术市场营销方面的工作，为便携式电源与电池管理提供支持。在加入   TI   前， Upal   曾效力于多家开发移动电话、便携式计算机与消费类产品的 OEM   厂商，担任系统设计工程师。 Upal   先后毕业于伊利诺伊大学   (the University of Illinois)   与密歇根州立大学   (Michigan State University) ，分别获电气工程学士学位与电气工程硕士学位。联系   Upal ： ti_upalsengupta@list.ti.com 。

——作者：In-Stat中国副总经理 雷云 Ipad在80天时间内卖了300万部，从作为与kindle抗衡的电子书设备的角度来讲很让kindle汗颜。上市几年以来kindle的量也不过几百万部，在国内基本上也是无人问津。虽然ipad很火爆，但在中国市场我觉得还是叫好不叫座。 Kindle和ipad都是采取“设备+服务”的模式，只不过kindle由于功能单一更彻底一些而已。Apple为ipad专门开发了应用网店、现有的一些iphone应用能在ipad中使用毫无疑问对苹果迷或者iphone现有用户来讲是一个购买ipad 的原因之一。但这个基数不会很大，国内较多的iphone用户都是水货，应用的使用也是采取“越狱”的方式。 Kindle在中国没有市场是因为它的服务无法落地，单卖设备对用户没啥吸引力。Ipad在这方面好点，中国用户购买ipad之后虽然很少直接花钱去下载应用，不过浏览图片、观看视频的需求很大。但Ipad和iphone一样，一个致命伤是不支持flash，这就决定了ipad用户很难访问国内大多数的视频网站。再来看ipad的电子阅读功能，9.7寸的屏幕、1斤的重量、仅支持部分电子书格式，这些对于喜欢阅读的用户来说都是一个很大的挑战。你不能指望用户在乘车或者休息的时候端着一个大家伙看书，那样会让用户觉得自己很尴尬；也不能指望用户在床上斜躺着双手举着一个大家伙看书，那样会让用户累死。 作为一个便携式设备，ipad太大了。便携式设备的意思就是用户方便携带，在乘车、等车、旅途中也方便拿出来使用。对于中国用户更多的使用场景是上下班等车和乘车的时候，他们需要的是一个尺寸更小些的、可以拿在手上的。而欧美用户轿车拥有率很高，对于他们来讲，应用场景是乘机或者会议这种有固定位置可以放便携式设备的地方。再者，499美元对于欧美用户来讲实在不算什么，但对于中国用户来讲，要花七八千块买一个非必需品实在是一个挑战。 简单一句话：ipad在中国是叫好不叫座。放大一点就是平板电脑在中国的市场培育期比较长，至少两年左右。 点击浏览更多 雷云博客文章

——作者：In-Stat中国副总经理 雷云 Ipad在80天时间内卖了300万部，从作为与kindle抗衡的电子书设备的角度来讲很让kindle汗颜。上市几年以来kindle的量也不过几百万部，在国内基本上也是无人问津。虽然ipad很火爆，但在中国市场我觉得还是叫好不叫座。 Kindle和ipad都是采取“设备+服务”的模式，只不过kindle由于功能单一更彻底一些而已。Apple为ipad专门开发了应用网店、现有的一些iphone应用能在ipad中使用毫无疑问对苹果迷或者iphone现有用户来讲是一个购买ipad 的原因之一。但这个基数不会很大，国内较多的iphone用户都是水货，应用的使用也是采取“越狱”的方式。 Kindle在中国没有市场是因为它的服务无法落地，单卖设备对用户没啥吸引力。Ipad在这方面好点，中国用户购买ipad之后虽然很少直接花钱去下载应用，不过浏览图片、观看视频的需求很大。但Ipad和iphone一样，一个致命伤是不支持flash，这就决定了ipad用户很难访问国内大多数的视频网站。再来看ipad的电子阅读功能，9.7寸的屏幕、1斤的重量、仅支持部分电子书格式，这些对于喜欢阅读的用户来说都是一个很大的挑战。你不能指望用户在乘车或者休息的时候端着一个大家伙看书，那样会让用户觉得自己很尴尬；也不能指望用户在床上斜躺着双手举着一个大家伙看书，那样会让用户累死。 作为一个便携式设备，ipad太大了。便携式设备的意思就是用户方便携带，在乘车、等车、旅途中也方便拿出来使用。对于中国用户更多的使用场景是上下班等车和乘车的时候，他们需要的是一个尺寸更小些的、可以拿在手上的。而欧美用户轿车拥有率很高，对于他们来讲，应用场景是乘机或者会议这种有固定位置可以放便携式设备的地方。再者，499美元对于欧美用户来讲实在不算什么，但对于中国用户来讲，要花七八千块买一个非必需品实在是一个挑战。 简单一句话：ipad在中国是叫好不叫座。放大一点就是平板电脑在中国的市场培育期比较长，至少两年左右。 点击浏览更多 雷云博客文章