DS2438中文数据手册

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-40 C至+85 C（ 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。

2、管脚分配DS243管脚功能描述：1 GND 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（2.410V）6,7 NC 悬空不接8 DQ 数据输入输出，单总线 概述DS243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EEPRO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

3、和组装日期等。DS2438使用 1-Wire?接口发送和接收信息，所以中央微控制器和 DS243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DS243具有一个唯一的硅序列号，多片DS243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 DS2

4、438 EEPROM输入相应的代码即可，当电 池的化学类型改变时，设计者只需要修改软件即可。2 of 29该处DS243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，

5、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

6、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

7、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。能读取13位二进制补码格式的温度数据，分辨率为 0.03125 C。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-55 C到+ 125 C,以0.03125 C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0.03125 C,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。

8、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

9、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” 找到电压寄存器地 址。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勺输入）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

10、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?脚测量流入和流出电池 的电流，VSENS管脚到VSENSt脚的电压被认为是电流检测电阻 RSENS两端的 电压。VSENS端与

11、RSENS6阻直接相关，然而，对于 VSENS-我们建议在该管 脚和RENS勺接地端之间接一个 RC低通滤波电路。用一个阻值为100K的电阻和 一个0.1 H的钽电容器，该滤波器的截止频率是15.9Hz.电流模数转换器以36.41次/s或每27.46ms 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RSEN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

12、存器实际上存储的是检测电阻 RSEN测端的电压。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） （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

13、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RSEN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

14、数转换器。、，I 、+ :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 QS2438还有另外的 寄存器用来存储总充电电流和总放电电流。

15、CCA和DCA合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位易失二进制计数器，累计了电阻 RSEN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 RSEN醐端的电压值，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

16、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）（RSEN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，

17、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）。当写入阈值寄存器时,电流测量必须被禁用（IAD位设置为“ 0”）8 of 29阈值寄存器格式表6 充电电流累积器（CCA是一个两字节的非易失的读/写计数器，它表示在电池生 命周期中的总充电电流。它只有当正电流通过 RSEN时更新；即电池正在充电时 更新。同样，放电电池累积器（DCA）是一个两字节非易失性计数器，它表示电池 生命周期中的总放电电流。CCA和DCA能够被配置成三种模式中的任意一种：禁 用，启动映射到EEPROM!动但不映射到EEPRQM当CCA和DCA被禁用

18、时（通过设置状态/配置寄存器中IAD位或CA位为0）， 通用数据存储可随意存储在第七页中的寄存器中。当CCA和DCA被启用（通过设置IAD和CA为“ 1”），第七页为这些寄存器预留，第七页中的任何字节都不能 通过单总线被写入。当CCA和DCA启用时，它们的值自动映射到 EEPROM5过设 置状态/配置寄存器中EE位为1。当这些寄存器被配置映射到 EEPRO时，电池 组生命历程中积累的信息将累积不会被丢失，即使电池处于放电状态。当EE位置0时，映射到EEPRO禁用。表七阐述了 CCAffi DCA寄存器的格式。表8总结 了 ICA,CCA和DCA的操作模式。CCA/DCA REGISTER FO

19、RMAT Table 7J*7NFSb（luiit =存点卩 niUr） IAb02竝I了用ICA/CCA/DCA MODES OF OPERATION Table 8I AD BitCA BitEEICACCA DC ACCA DCA C fl卩齐 to-EEPROM0XXhiiiL liveInactive10XActiveIimctiwtmctive110ActiveActiveLiactiveJ1IActiveActiveActive9 of 29图2阐述了电池组在一个采样充/放电周期间，ICA,CCA和DCA的活动，假 设ICA被DS2438配置成工作，CCA和DCAX作并将数据映射

20、到EEPROM为了简 化累积器的图解，它们被视为模拟值，尽管它们是在DS2438中是数字计数器。注意当电池完全放电时，即ICA的值为0时，CCA和DCA寄存器的值将保持不变。 电流累加器活动图2检测电阻选择RSENS勺选择涉及一个折中。一方面，电阻的阻值必须尽可能的小，为了避 免在峰值电流要求间产生过高的电压降。另一方面，RSENS勺阻抗应该尽可能的大，为电流测量和积累实现最好的分辨率。 表9列出了 RSENS勺几个典型值，流 经RSENS勺电流为2A (作为一个例子)时，电流累加器的低八位值为 (1/(4096 * RSENS)，剩余容量的低八位累积值为(1/(2048 *RSENS)。用户

21、应该仔细 考虑最大电流时的压降，选择 RSEN时，解决电流测量/累积的要求。SENSE RESISTOR TRADEOFFS Table 9SLSSL RLSIS1ORVhmATI-IACfRREAT bREMAINING C APACITY hhMAA RLMMMSG CAPACITY AT TT25 mQ50 nV9,76 UlA19.5J inAHi5000 uiAlu5t niSlLOO mV4SS mA9 兀 UlAHr2500 niAhrLOO nitl200 mV2 44 mAmAHr1250 mAhr200400 mV1 22 mA2.44 uiAHi625131A11I操作一

22、一历时计数器一个内部振荡器用作计时功能的时基。双缓冲的历时计数功能，允许主机读 取历时时间，当它被读取的时候，数据保持不变。为了实现这个目标，计数器数 据的快照被转移到用户可访问的保持寄存器。这在重新调用寄存器命令的第八位后触发。历时计数器是一个4字节的二进制计数器，带有1s解决。历史计数器 翻转之前能累积136年的时间。时间/日期由秒数表示，因为有一个用户决定的 参考点。例如，1970年1月1日上午12:00可以作为一个参考点。10 of 29其他两个与时间相关的功能是可用的。第一个是断开时间戳，任何时候它检 测到DQ线保持低电平接近两秒时，DS2438向这个时间戳写数据。这种情况将被 视为

23、电池组从系统中移除；发生的此刻被写入断开时间戳寄存器， 所以被置换进 系统，系统能够决定设备多长时间被存储，从而促进自放电修正剩余电池容量。 在断开被检测到后，DS2438恢复睡眠模式，在这期间除了实时时钟，其他均被 关闭。其他的时间戳是电荷结束时间戳，任何时候检测到充电完成后（当电流变化 方向），该时间戳被DS2438写入。这个时间戳允许用户去计算电池处于放电和充 电状态的时间，在此促进自放电计算。历时计数器，断开寄存器，充电结束寄存器如表10所示。参阅“存储器映射”找到时间相关寄存器的地址。TIME REGISTER FORMAT Table 102 to eight of dstaCop

24、y ScrjrchpadOp齐 PflTllT tWlPHTi ofSrrarrhpal pa 吕pto 8EEPROMSEtAM 戸雪 xxh4KK曾 (Mdi-07h=Idle otKk of NBbirNT hjr m srariK Repqter = I iinrU 可i：ronplere i ?-13 眄 typ)lUcall MeaiDryCopLM entire ecHLteiifc of EE卩ROM. SKALI page ixh to Srarchpart psgeTochBKh pace (Wh-XJ/hIlk1REGISTER COAfMANDS1ConwrtTImti

25、Mz tMiferstiir? (MTVfT 血n44h】Jk w Rx of IB 颐TB bit m Stanc KgiRrer = 1 imril coK7ersioti cnmpiettCodvertVInrtLatz vch3& ADCOHVETGICMIm軌I 旗 orRxof.WBbrADB bit tn引他虧 Register = 1 uotil gnver&ion comptete22 of 291. 温度转换需要10 ms。2. A / D转换需要4 ms。3. EEPR0写需要 10 ms。采样函数时序表12例如：主机启用单个DS2438的ICA, CCA和DCA然后配置诸如CCA/DCA!息映 射到EEPROM电压A/D转换被配置诸如 DS2438将对电池电压（VDD测量电压。MASTER MODEDATA LSE FIRSTCOMME TSTXKXPr#t*iice pult*TXCChSkip ROMTX4h00hIssue Write 5P OCh cotnmnndTXOFbSets ICA, CA, EE, AD B谄 beTXR酬日ReterRXPre lent cPresence pul