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1、1 of 29序言达拉斯半导体 DS2438 智能电池监视器其主要的特点有：（1） 独特的1-Wire接口仅需一个端口引脚即可进行通信（2） 为电池组提供唯一的64位序列号（3） 片上电池温度检测省去热敏电阻（4） 片上A/D转换器监视电池电压，作为终止充电和终止放电的判据（5） 片上集成的电流累积器提供电量计量（6） 二进制历时记录器（7） 40字节非易失用户存储器存储电池相关数据（8） 工作温度范围-40C至+85C（9） 应用于蜂窝电话、数码相机、数字摄像机、掌上电脑、手持终端(包括条形码)、笔输入掌上电脑、PDA和数字助理、智能电池组/充电器。管脚分配DS2438管脚功能描述：l GN
2、D 接地2 VSENS+ 电池测量电流输入(+)3 VSENS- 电池测量电流输入(-)4 vAD 通用电压A/D采样输入端5 VCC 供电电压(2.41OV)6,7 NC 悬空不接8 DQ 数据输入输出，单总线概述DS2438智能电池监视器为电池组提供了若干很有价值的功能：可用于标识电池组的唯一序列号；直接数字化的温度传感器省掉了电池组内的热敏电阻；可测量电池电压和电流的A/D转换器；集成电流累积器用于记录进入和流出电池的电流总量；一个经历时间纪录器；以及40字节的非易失EEPROM存储器，可用于存储重要的电池参数例如化学类型、电池容量、充电方式和组装日期等。DS2438使用1-Wire接口
3、发送和接收信息，所以中央微控制器和DS2438之间仅需1条连线(还有地线)。这就意味着电池组仅需要三个输出接头：电池电源、地和1-Wire接口。由于每片DS2438具有一个唯一的硅序列号，多片DS2438可以共存于同一条1-Wire总线。这就允许多个电池组可同时充电或在系统中使用。这款智能电池监视器可用于便携计算机、便携/蜂窝电话以及手持式仪器等，这些应用中需要密切监视电池的实时性能。与主系统微控制器相配合，DS2438提供了一个化学类型无关的完备的智能电池组方案。在定制某种特定化学类型和容量的电池时，只需向微控制器和DS2438 EEPROM中输入相应的代码即可，当电池的化学类型改变时，设计
4、者只需要修改软件即可。2 of 29该处DS2438管脚功能详述表与上重复，故略概述1.64位的激光ROM2.温度传感器3.电池电压A/D转换器4.电池电流A/D转换器5.电流累加器6.历时记录器7.40位的非易失用户存储器每个DS2438包含一个独特的64位光刻ROM序列码，这样几个电池组能够被同一个主机系统充电和监控。此外,具有同样单总线结构、带64位ROM特点的其他达拉斯产品，能存在于同一根总线上。可参阅达拉斯自动鉴定数据手册得到这些产品的规格。DS2438通过一条总线通信。有了这条单总线端口，存储器和控制函数只有在程序存储器函数协议建立起后才能生效。主机必须首先提供四种程序存储器函数命
5、令的一个：1)读ROM,2)匹配ROM,3)搜索ROM,或4)跳过ROM。这些命令可以操作每个设备上的64位光刻ROM部分，并且如果一条总线上有多个设备存在，可以锁定一个特定的设备。还可以向主机指出有多少和什么类型的设备存在。在一个程序存储器函数序列被成功执行后，存储器和控制函数获得权限，并且主机可以提供六种存储器和控制函数命令中的任意一种。发布控制函数命令去指示DS2438执行温度测量或电池电压A/D转换。这些测量的结果将被存放在DS2438的存储器映射中，通过发送存储器函数命令能读取温度测量值和电压寄存器。此外,电池的充电/放电电流测量无需用户干预，而且最终结果将会存储于DS2438的存储
6、器空间中。DS2438用这些当前的电流测量值更新三个电流累加器。第一个存储流进和流出电池电流的净累加总和，第二个存储电池累积充电电流总和，第三个存储电池累积放电电流总和。历时记录器中的数据，可以用于计算电池自放电或者与时间有关的充电停止限制，也可以存储在DS2438的存储器映射中，被存储器函数命令读取。DS2438的非易失性用户存储器包括40个字节的EEPROM。这些存储单元可以用来存储用户想要存储的任意数据，以及用存储器函数命令写入数据。所有的数据和命令从最低有效位开始读取和写入。3 of 29框图(图1)表示了DS2438的内部结构操作测量温度DS2438通过片上温度测量技术测量温度。能读
7、取13位二进制补码格式的温度数据，分辨率为0.03125C。表1描述了温度测量输出数据的确切关系。数据在单总线接口上串行传输。DS2438可以测量温度的范围从-55C到+ 125C，以0.03125C的增量。对于华氏温度表示法，必须使用查找表或转换因子。注意，在DS2438中最低有效位表示0.03125C，如下13位格式。温度寄存器的3个最低有效位始终为0. 剩下的13位用C的二进制补码形式表示的温度，最高有效位保持符号位。查看“存储器映射”找到温度寄存器地址。4 of 29操作测量电池电压片上的模数转换器(ADC)有10位的分辨率，当DS2438收到指示它转换电压的命令时，执行转换。这个测量
8、的结果放在2字节电压寄存器中。DS2438的模数转换范围是0V到10V。这个范围对于六节镍镉电池或镍氢电池组或两节锂电池组来说是合适的。模数转换的满量程值是10.23V，分辨率为10mV。虽然模数转换最低量程可达0V,但是有一点需要注意，那就是待测电池电压也是DS2438的供电电压。这样，电池电压低于2.4V时，电压模数转换的准确性下降，执行转换的能力受到DS2438的操作电压范围的限制。在这个寄存器中表示的二进制格式的电压范围如表2中列出的一样。注意，尽管编码在电压值低于2.4V下存在，但是电压模数转换的准确性和DS2438供电电压的限制使得这些值实际上不可使用。查看“存储器映射”找到电压寄
9、存器地址。5 of 29对于应用程序需要一个通用的电压模数转换器，DS2438可以被配置，以致电压转换指令的结果能够想表2描述的一样将VAD的输入（而不是VDD的输入）存入电压寄存器中。根据状态/配置寄存器的声明，VDD或VAD(两者之一）将在接受到电压转换命令后存储在电压寄存器中。参阅寄存器映射中关于状态/配置寄存器的详细描述。如果VAD输入作为电压输入，模数转换器在1.5V VAD 2VDD范围内事准确的，其中VDD2.4V VDD 5.0V.这个特性使得在电压输入范围1.5V VAD 10V（VDD=5.0V）内，用户能够得到一个符合精度要求的电压模数转化器。操作测量电池电流DS2438
10、模数转换器以通过测量外部检测电阻两端的电压，来有效地检测流入和流出电池组的电流为特点。模数转换器将在后台以每秒36.41次的频率采样，因此不需要命令启动电流测量。然而，DS2438只会在状态配置寄存器中IAD位置1的时候才启动电流模数转换。DS2438通过VSENS管脚测量流入和流出电池的电流，VSENS+管脚到VSENS-管脚的电压被认为是电流检测电阻RSENS两端的电压。VSENS+端与RSENS电阻直接相关，然而，对于VSENS-，我们建议在该管脚和RENS的接地端之间接一个RC低通滤波电路。用一个阻值为100K的电阻和一个0.1F的钽电容器，该滤波器的截止频率是15.9Hz. 电流模数
11、转换器以36.41次/s或每27.46ms一次的频率采样。这个滤波器能消除大部分的尖峰毛刺的影响，从而允许电流累加器准确的反映流入和流出电池的总电荷。模数转换器测量检测电阻RSENS两端的电压，并将结果以二进制补码格式保存在电流寄存器中。转换结果的符号位，表明充电还是放电，存储在电流寄存器的最高有效位中，见表3. 查看“存储器映射”找到电流寄存器地址。6 of 29(这个寄存器实际上存储的是检测电阻RSENS两端的电压。这个值带入下面的公式可以计算出电池的电流。) 电池组的电流能够由电流寄存器中的值经这个方程计算得出。I = Current Register / (4096 * RSENS)
12、(RSENS的单位是)例如，如果流入电池组的电流是1.25A，电池组使用一个0.025的检测电阻，DS2438向电流寄存器写入的值为128(十进制）。根据这个值，电池组电流能够被计算为：I = 128 / ( 4096 * 0.025) = 1.25A随着时间的推移，整合的电流会因为小电流模数转换器存在偏置误差可以有一个大的累积效应，DS2438在电流模数转换器中提供了一种抵消偏置误差的方法。在每次电流测量完成后，测量值被加到偏置寄存器的内容中，结果随后被存储在电流寄存器。偏移寄存器是一个两字节非易失性的读/写寄存器，是以二进制补码形式存储的。这个寄存器的高四位最高有效位包含偏置的符号，如表4
13、所示。下面的步骤可以用来调整电流模数转换器。1. 向偏置寄存器写全02. 驱动零电流通过RSENS电阻3. 读取电流寄存器值4. 通过在状态/配置寄存器置 0 IAD位，关闭电流模数转换器。5. 改变当前读取的电流寄存器的值的符号，转换成二进制补码的形式，并将结果写入偏置寄存器中。6. 通过将状态/配置寄存器中的IAD位置1，开启电流模数转换器。注意:当写入偏置寄存器时，必须禁止电流测量（IAD位置0）。在每一个DS2438设备装载之前，电流模数转换器完成校准过程。然而，为了达到最好的效果,在最初的电池组测试中，电池组制造商应该校准电流模数转换器，并且主机系统应该尽可能的校准（例如，在电池充电
14、期间）。7 of 29操作电流累加器DS2438用集成电流累加器(ICA)跟踪一块电池的剩余容量。ICA保持流进和流出电池的电流总和的净累积。因此，存储在这个寄存器中的值是在一个电池中剩余容量的一个指标，可能被用在执行燃料评估函数。此外,DS2438还有另外的寄存器用来存储总充电电流和总放电电流。CCA和DCA给主机系统提供决定可充电电池的寿命结束的信息，这些信息是基于在其生命周期的总充放电电流。电流测量描述的是每27.46 ms检测电阻RSENS两端测得的电压。这个值用于增加或减少ICA寄存器的值，如果电流是正的，增加CCA的值，如果电流时负的，减少DCA的值。ICA是一个按比例的8位易失二
15、进制计数器，累计了电阻RSENS两端的电流。如果状态/配置寄存器IAD位置1，ICA递增或递减。表5展示了ICA的内容。查看“存储器映射”找到ICA寄存器地址。表5 ICA寄存器格式（这个寄存器累积了RSENS两端的电压值，这个值通过以下这个方程可以计算出电池剩余量。）剩余的电池容量能过用这个方程由ICA的值计算得出。剩余容量=ICA/(2048*RSENS) （RSENS单位为）例如，如果电池组的剩余容量值为0.625，电池组用0.025的检测电阻，ICA的值将是32。根据这个值，剩余容量能够被计算为：剩余容量 = 32 / ( 2048 * 0.025) = 0.625 Ahr因为电流模数转换器精度是正负2最低有效位，所以测量很小的电流时很可能不精确。因为当累计足够长的时间这些不精确可能变成大的ICA错误，DS2438提出了一种方法用于滤除这些潜在的错误小信号以致他们不被累积。DS2438的阈值寄存器指定一个电流测量级(在抵消取消后)，在此之上测量值将在ICA，CCA和DCA上累积，低于阈值将不被累积。阈值寄存器的格式如表6所示。接通电源的默认阈值的寄存器值是00 h(没有阈值)。注意:当写入阈值寄存器时,电流测量必须被禁用(I
