无线通信和数据在新一代手杌和PDA中的融合为再—次的生产力飞跃创造了条件。随之而来的将是经济增长和全新的工作生活。在便携式计算领域，PC笔记本曾经扮演了类似的开拓者角色；电源的耗尽以及与之相应的数据丢失的不确定性成为广受关注的问题之一，这个问题随着智能电池技术的采用而得到了缓解，这是因为该技术关键是能精确跟踪使用情况并能预测运行时间。而今天，大多数手持产品制造商放弃了精密电池监视电路。这主要是源于一些对精密电池需進行监视的不理解或甚至是错误认识。但是，这些不理解或甚至是错误观念不应继续阻碍或牵制设计者与时俱进或接受新跳战。目前DS276x和DS277x系列产品在各种温度、速率和老化状态下精密地监视着电池可用寿命，这就使手持系统从尺寸较小动的电池中取尽可能多的吸取能量，同时又降低了数据丢失的风险。

    据此，有必要阐明智能电池监视器在无线手持系统中的应用特征，以便使无线手持系统的制造商用与设计者能与此俱进。

    精确的电池信息会增加运行时间

    无线手持系统要求不断增加的存储容量，则意味着应用程序和用户文件将被保存在易失型RAM存储器中。电池功率的丧失会给用户生成或购买的文件造成损毁。一些系统采用可充电钮扣电池在主电池放空或断开时给存储器供电，但是，即使是这种电池中最大号的也仅有25mAh的容量，保护存储器的时间不会长于1天，而且，—般钮扣电池持有的电量通常低于5mAh，只消数个小时就会耗尽。因此，以数据为中心的无线手持设备必须在主电池完全放尽前及时关闭，以确保电池个有足够的剩余电量来保护存储器中的内容，直到有充电器接入。多数用户要求主电池至少能够使用5天，如10天以上更好。理想情况下，多功能手机或无线PDA中的电池在停止使用时应该从其900mAh至2000mAh的总电量中留出100mAh至200mAh的剩余电量。

    举例来讲，假定某应用要求150mAh的剩余电量。从图1中的+20℃曲线表明，选择3.5V的截止电压就能给电池保留适当的剩余电量。然而，0℃和+40℃曲线却并非如此，如果电池比较冷(0℃曲线)，电压会确所下降。采用3.5V截止电压将导致400mAh的剩余电量，而用于工作的还不到600mAh。与此相反，电池较热时电压会上升。此时的剩余电量将不足100 mAh (+40℃曲线)。

    再分析负载电流。应该说负载电流变化所造成的影响也很显著。用图2中的曲线显示出三种不同放电速率下的电压变化曲线：C／2，C／5和C／10，其中C等于电池的电荷容量。

    曲线表明，到达3.5V截止电压时，剩余电量由C／10的<100mAh变化至C／2的>200mAh。如果将截止电压提升至3.6V，以确保C／10负载条件下有足够的剩余电量，那么三种放电速率下的剩余电量将在150mAh至400mAh间变化。因此，试图通过提升截止电压来增加剩余电量的做法将使电池遭受巨大的损失。

    而电池的老化也会使放电曲线发生变化，尽管不太明显。电池老化效应因电池而异，并且不同制造商的产品会有显著差异。而且，程度较浅的放电循环和深度放电循环所造成的老化效应各不相同。从图3显示出电池经过500次循环后，总容量中的150mAh永久地丧失了。这只是在此特定应力条件下某个电池的一个实例。重复性深度放电所致的老化效应给剩余电量带来的影响大约在50mAh早75mAh。从以上跟踪电池温度、放电速率及老化效应的三个精确信息指标的变化，可以显示出，它们对电池增加运行时间至关重要。

    智能电池监视器是最佳电量测量手段

    上述涉及了剩余电量的问题，那末电量是如何测量的呢?目前，电量测量手段可以有多种，值此可作以下比较。

    * 通过查询表格的办法可以补偿温度、放电速率和老化效应所造成的终止电压的大幅变化。然而，这种方法很容易出错，而且还要求测量温度和电流。为保证精度，电流和电压应同时测量，以确保终止电压数据与一定的放电速率相符合。正是由于这个原因，许多基于电压的电量检测手段并未考虑放电速率。如果只考虑电压和温度，需要建立一个二维查询表格来保存额定电池参数，以便用来估计剩余电量。这种方法在整个温度范围内将会产生20%至40%的误差。

    *由于基于电压的检测手段精度有限，一个常用的替代方案是采用比实际需求更大的池。但这会影响手持设备的尺寸，因为对于这些设备来讲，尺寸却是一项很关键的竞争因素。还有另外一些替代方案使用小电池，但是它会缩短运行时间或者增加了数据丢失的风险。  

    *最佳选择是采用一个智能电池监视器(例如DS276x和DS277x系列)，这种方案在不增加手持设备尺寸和数据丢失风险的条件下有效延长了运行时间。那智能电池监视器又是如何工作的?

    智能电池监视器工作原理

    智能电池监视器通常不是根据电压、温度和电流去查询电量。它所测量的是流人和流出电池的电荷。它利用库仑计数器跟踪电池的电荷量。通过测量温度和放电速率，基于一个保存了电池特性参数的小型查询表，对电池供出电荷的能力加以补偿。DS276x和DS277x系列提供所有必要的测量和数据存储，再利用主系统提供的算法计算出最终结果。当温度<+15℃时 由满充状态放电时的最大测量误差有望达到3%以内。在各种温度、负载和老化状态下的综合测量误差可达5%。如果两次满充的时间间隔超过了两周，输人失调误差的影响将变得显著。不过，大多数使用者会每周充满电池。表1列出了电池监视器的主要功能和特性。

    值此介绍一例智能电池监视器方案组成，图4为应用新型的DS2770和DS2720芯片可以设计一个具有充电控制、电源控制、电量计数、电池保护、计时和对电池组能识别等功能的高性能锂电池充电监视器器组合方案。见图所示。下面就该高性能锂电池充电器组合设计组成与特点作一简介。

   从图4所示看出。整个组合电路分别有DS2770是充电控制器／厍伦计数器、DS2720电池保护器、DS2415实时时钟(RTC)三个芯片组成。它们均公用一个地(Vss或Gnd)、电源(Vdd)和通信线(DQ或DATA)。而所有的电容(从C1到C10)和电阻(从R1到R12)的作用是对干扰信号滤波及对ESD的保护。

    该充电器的负载(即主设备)是通过PACK+和PACK-引脚获得电源，而充电器与主系统(无线手持系统)或负载的数据通信是通过标准的l—Wire接口(标为DATA )进行。 DS2720芯片的的PS引脚和主系统(无线手持系统)的开／关控制相连接， 且作充电器的使能输入(低电平有效)。 图4中引脚Charge·source可连接到充电电源，而充电电流能按照电池额定的充电条件加以限制，其充电电压最高至15V。

    整个充电器在工作模式下消耗不足100µA的典型电流，而处于静止状态(即锂电池不处于充电状)时典型消耗电流不到20µA。

    DS2770芯片功能与特点介绍

    DS2770是一款集成了电池电量计量和锂离子电池充电控制器的新型芯片，其框图见图4所示。它还包含一个可选择的25mΩ检测电组，用来实现充电电流测量。内置的测量电路能检测电压和温度值，作为充电终止的判据和安全充电环境的判据。所有测量结果保存在16字节的SRAM存储器中，它的40字节的EEPROM留给用户使用。与主系统所有信息交换都通过它的标准的l—Wire通信接口实现。该芯片为低功耗，工作状态耗电仅为80µA，静态消耗电流为0。5µA，

    其引脚功能说明：

    UV： 当电池电压检测为低值时的输出端，其低电平有效。

    CC： 充电控制输出，其低电平有效。

    Vch： 充电电压输入。

    SnS： 电流捡测电阻连接端。

    Vdd与Vss：芯片电源端

    Vss： 地端

    DATA：数据输入/输出端

    LS1与LS2： 电流检测输入端。

    Vin： 电池电压检测输入

精确显示电池信息会给使用者带来好处

    制造商们普遍认为，和简单的条形图或带有三块斜纹块的简化电池图标相比，更精确的电池电量显示并不被用户赏识，甚至可能会使他们感到困惑。许多制造商相信，用户满足于简单的条形图显示，尽管它粗糙的无法反映真实的运行时间变化情况，这对于许多只有语音业务的蜂窝系统用户来讲的确如此，但是对于那些全功能无线数据设备的用户来讲事实并非如此。后者通常是过去的笔记本PC用户，他们已经习惯于用数字百分比显示的剩余电量、预期运行时间、待机和充电时间等。

    一些制造商不太愿意显示预期的电池容量，因为任何对于剩余运行或通话时间的估计都需要视当前使用情况而定。他们无法在随时变化的状态中在事前做出估计。设备制造商也不希望因错误地预报运行时间而使用户失望，而这种错误常常是由于用户从低功耗模式切换到了高功耗模式所造成的。

    但是，不应过低估计无线数据设备的用户群。他们中的大多数对于不同使用模式间的差异已相当了解，正如他们已了解了每箱汽油能使汽车在高速路上比在城市里跑更长的路一样。当他们在今天的手持系统上运行下载的第三方软件或CompactFlash(小巧快闪存储器)插入硬件时，很少有人会对运行时间的变化感到困惑。

    电池电量的不确定性在电池的后半段尤其显得突出。当你在手持设备上所看到的是普通的三或四段电池显示时，你能想象得出电池还能工作多长时间吗?突然的掉话、数据交换的中断、数据文件的丢失等等这些经验已教会用户不要相信所显示的数据。因此，有些用户往往是在电池显示用完—或两段后就开始给手持设备充电，由于过差的精度和过少的电池显示段，用户常常更多地返回到有线业务。用户为了给以后的紧急通话保留足够的电池能量，又有多少无线数据业务被放弃了呢?但是智能电池监视器能够显示预算的运行时间，这样用户能够对不同功耗模式有所察觉。DS276x和DS277x所提供的定量功率预算使用户能够自由决定如何消耗储存在电池中的每一个电荷。

    电池监视器不是需要在长达数月的待机模式下才能够保持准确

    这是一个安装电池到新设备时出现的问题。电池从工厂运抵最终用户常常需要3到9月的时间。电池监视器的失调特性通常在1.6mV至30mV的范围，很小的失调误差经过数月以上(数千小时)的积累后等同于一个大百分比的电池电量损耗。制造商担心监视器可能会指示电池为空或满，而实际的电池电量可能为30%。除非失调误差能够降低至1微伏以内，否则这种现状仍将持续下去。

    在使用之前用户应彻底充满电池。首次满充是“熟化”电池的一个重要步骤并被强烈推荐，以获得最优的电池性能。用户手册中的免责条款巳清晰地指示用户初次使用前要充满电池。如果电池已数月未用，通常也是建议用户充满电池。无论何时只要充满电池，电池监视器内的库仑计数器——DS276x和DS277x系列器件中的电流累积寄存器(ACR)——就会与电池保持同步。这就解决了电池监视器不需要在长达数月的待机模式下才能够保持准确的问题

    智能电池监视器成本并不高

    当第一个智能电池监视器方案进入市场的时候，无线通信仅阻于语音手机、PDA到PC的短程红外或串行链路。BluetoothTM、Wi-Fi~和3G网络技术正处于开发阶段。智能电池监视器既无成本效益又非关键部件。

    由于数据现在巳变得极富价值且非常敏感，情况已发生了变化。利用智能电池监视器可以增加运行时间，开发出更小的设备，为用户提供更有价值的体验、并激励用户进行更多的无线活动。如果用户支付200美元至600美元购买无线手持数据设备，再每月花费40美元至100美元用于服务费用，那么由于精确显示所增加的工作时间的价值又如何呢?对于激烈角逐于尺寸、性能和成本的手持设备制造商来讲，它对于新型号产品尺寸的缩减，其价值应如何估量呢?对于极力想促使用户使用数据服务的无线运营商来讲，如果能使用户相信电池不会迅速耗尽，其价值又有几许呢?仅有少数业界领先者理解智能电池监视器的价值远远超出了其成本。就在现在，他们的产品在运行时间和用户满意度方面已将竞争对手抛在了身后。

    因此，在某种意义上，他们是在收获酬金而非支付价格。

    结论

    创新性的产品功能往往是从“具备更好”的附加属性向“必须具备”的核心演化。智能电池监视器便是这样一种功能。随着无线通信和数据用户的增加，他们将越来越感到那些以数量有限的电池段图标所提供的极大不确定性的电池电量估计难以符合系统要求。而基于电压的方案所伴随的那种用更大的电池、更大的手持设备、过早的停机的电池及监视器己经严重丧失了用户的信任度。但现在，幸运的是对于电池能量的预测已变得非常可靠实用。即智能电池监视器诸如DS276x和Dsl77x产品线使无线手持设备也能够象PC机那样演化，在降低尺寸的同时也大大提升了性能和用户的信任度。