BQ26221是具有库仑计数器、电压和温度测量功能的高性能电池监测集成电路

特征

•直接与TI OMAP处理器中的集成HDQ引擎通信

•多功能监控集成电路，可与智能主机控制器配合使用：

−提供可充电电池的充电状态信息

−提供精确的蓄电池电压和温度测量

•高精度库仑充放电电流积分自动补偿

•11位模数转换器报告电池电压，并进行增益和偏移校正

•差动电流感测

• 32字节通用RAM

• 96字节的闪存（包括32字节的影子闪存）

• 8字节ID ROM

•内部温度传感器不需要外部热敏电阻

•可编程数字输入/输出端口

•高精度内部时基消除了外部晶体振荡器

•低功耗：

−工作：30μA

−睡眠：1μA

-休眠：600毫安

•单线HDQ串行接口

•包装：8-铅TSSOP

说明

bq26221是一种先进的电池监测设备，旨在精确测量可充电电池组的充电和放电电流。bq26221旨在集成电池组，它包含了所有必要的功能，为便携式应用（如移动电话、PDA或其他便携式产品）中的综合电池容量管理系统奠定了基础。

bq26221与便携式系统中的主机控制器配合，实现电池管理系统。主控制器负责解释bq26221数据，并将有意义的电池数据传送给终端用户或电源管理系统。

该设备提供64字节的通用闪存、8字节的ID ROM和32字节的闪存备份RAM用于数据存储。非易失性存储器可在电池暂时短路或深度放电期间维护格式化的电池监视器信息、识别码、保修信息或其他关键电池参数。

参数测量信息

功能框图

申请信息

功能描述

bq26221使用电压-频率转换器测量SRP和SRN引脚之间的低值串联电流感测电阻器的电压降。电池电压在BAT和VSS引脚之间感应。所有数据被放入各种内部计数器和定时器寄存器中。利用来自bq26221的信息，系统主机可以确定电池的充电状态，估计自放电，并计算出平均充放电电流。在电池组存储期间，内部温度传感器的使用使自放电计数率每高于25℃每10°C加倍。VFC偏移在充放电计数器寄存器中自动补偿。

对寄存器的访问和bq26221的控制是通过一个单线接口通过寄存器映射命令协议实现的。该协议包括将设备置于低功耗模式、硬件寄存器重置、从RAM编程flash以及将flash数据传输到RAM。

只要VCC在2.8V和4.5V之间，bq26221就可以直接从一个锂离子电池中工作。

充放电计数操作

表1显示了bq26221的主要计数器和寄存器。

bq26221将充电和放电计数累积到两个计数寄存器中，即充电计数寄存器（CCR）和放电计数寄存器（DCR）。充电和放电计数是通过感应SRP和SRN之间的电压差产生的。根据引脚SRP和SRN之间的信号，CCR或DCR独立计数。

放电期间，DCR和放电时间计数器（DTC）激活。如果（V（SRP（SRN））小于0（表示放电活动），则DCR以相当于每3.0μVH一次计数的速率计数，而DTC以每秒1.138次（4096次计数=1小时）的速率计数。例如，如果故障诊断码（DTC）寄存器没有翻滚，则一个24.42毫伏的负信号每小时产生8000个DCR计数和4096个DTC计数。电池的电量很容易计算出来。

充电期间，CCR和充电时间计数器（CTC）处于活动状态。如果（V（SRP（SRN））大于0（表示充电），则CCR以相当于每3.0μVH一次计数的速率计数，而CTC以每秒1.138计数的速率计数。在这种情况下，24.42 mV信号每小时产生8000个CCR计数和4096个CTC计数（假设没有翻车）。

DTC和CTC是16位寄存器，具有超出FFFFH的滚动。如果发生翻转，则设置模式寄存器中的相应位，计数器以正常速率的1/256递增（每小时16次）。可在bq262q的内部寄存器上访问bq262q寄存器。

对于自放电计算，自放电计数寄存器（SCR）在标称25°C下以每小时一次的速度计数。SCR计数率大约每10°C到60°C翻一番。SCR计数率在低于25°C时每10°C减半至0°C。SCR中的值在根据容量和存储温度估计电池自放电时非常有用条件。

表4显示了bq26221寄存器内存映射。剩余的内存可以存储用户特定的信息，如化学成分、序列号和生产日期。

睡眠模式操作

bq26221响应主机发出休眠命令开始低功耗操作。在进入低功耗状态之前，主处理器写入将寄存器传输到闪存的命令。在发送休眠命令并且充电/放电活动小于表2中所示的WOE位指示的值之后，芯片时钟断电，数据采集功能停止，除了自放电检测。在设备睡眠期间，bq26221周期性地唤醒以保持自放电寄存器。bq26221在HDQ引脚上的低到高或高到低转换时唤醒。

表3显示了在正常操作、休眠和休眠期间哪些寄存器是活动的。

休眠模式操作

当Vcc低于POR阈值V（POR）时，bq26221进入休眠模式。在这种模式下，bq26221从RBI管脚提取电流以保持RAM数据。只有当Vcc升高到POR阈值以上时，bq26221才退出休眠模式。

电流检测偏移校准与补偿

bq26221自动连续补偿V（SRP）（SRN偏移量）。无需主机校准或补偿。

燃气表控制寄存器

主机维护充放电和自放电计数寄存器（CCR、CTC、DCR、DTC和SCR）。为了便于维护，bq26221 CLR寄存器将特定计数器或寄存器对重置为零。主机系统通过将相应的寄存器位写入1来清除寄存器。当bq26221完成复位时，CLR寄存器中的相应位自动复位为0。清除DTC或CTC寄存器将清除模式寄存器位STC/STD，并将CTC/DTC计数率设置为每秒1.138计数的默认值。

装置温度测量

bq26221通过寄存器对TMPH−TMPL以K为单位报告模具温度。有关详细信息，请参阅TMP寄存器说明。

蓄电池电压测量

bq26221感测BAT引脚上的电池电压，并通过寄存器对BATH−BATL报告。BATH（地址=0x72–位0到2）和BATL低字节寄存器（地址=0x71）包含电池电压上ADC转换的结果。电压以11位二进制格式表示，LSB步长为2.44 mV。bat表示寄存器2的位，表示寄存器的位。此测量的满标度电压为5V，并针对单电池锂离子或锂离子电池应用中的直接感应进行了优化（见图3）。

注意，槽寄存器的位3到7存储电压ADC的偏移信息。最有效的位是符号位，后跟4位偏移数据。

另请注意，LSB增益校正系数（单位：μV）存储在地址0x79（ID ROM的字节1）中（2的补码）。主机负责将LSB增益校正系数和偏移量应用于ADC测量。

校正VBAT=VBAT×（2.44+LSB校正系数）−offset

示例1：（如果实际LSB=+2.45mV，偏移=+80mV）

地址0x79⇒0000 1010（二进制）2的补码

在BATH中（0x72）⇒0101 0XXX（二进制）有符号幅值

要计算正确的VBAT：

LSB校正系数=+10μV=+0.01 mV

偏移量=+10×8 mV=80 mV

校正VBAT（单位：mV）=VBAT×（2.44+0.01）−80

示例2：（如果实际LSB=+2.43 mV，偏移=−80 mV

在地址0x79⇒1111 0110（二进制）中，2的补码

在BATH中（0x72）⇒1101 0XXX（二进制），有符号幅值

要计算正确的VBAT：

LSB校正系数=−10μV=−0.01 mV

偏移量=−10×8 mV=−80 mV

正确的VBAT（单位：mV）=VBAT×（2.44−0.01）−（−80）

寄存器接口

主机系统和bq26221之间通过数据寄存器接口交换信息。见下文表4。寄存器集由122个8位字节分割成的位置地址空间组成：

•工厂编程的8字节ID ROM

•32字节闪存阴影RAM

•64字节通用闪存

•18个特殊功能寄存器

记忆

标识ROM

位置0x7F到0x78包含工厂编程的ID ROM和电压模数转换器的LSB增益校正系数。该寄存器的格式如表5所示。

闪光阴影RAM

主机系统可以直接读取和修改32字节的RAM。这32个字节被32个字节的闪存遮蔽，以提供电池状态的非易失性存储。存储在RAM中的信息被传输到flash，而存储在flash中的信息通过将一个命令写入flash命令寄存器（FCMD）来传输到RAM。当上电复位发生时，flash的第0页被传输到RAM。有关更多详细信息，请参阅闪存命令寄存器部分。

用户闪存

除了闪存阴影内存，bq26221有64字节的用户闪存。用户闪光灯可以存储特定的电池组参数，如每VFC脉冲充电、电池化学和自放电率。

闪存编程

两组直接用户闪存一次编程一个字节，但单组闪存阴影RAM可一次编程一页，或将RAM到闪存的传输代码写入闪存命令寄存器（FCMD）。此编程通过将所需代码写入闪存命令寄存器FCMD（地址0x62）来执行，主机可在闪存和RAM之间传输数据，页面擦除闪存或将设备置于低功耗模式。有关更多详细信息，请参阅闪存命令寄存器部分。闪存命令代码摘要如表6所示。

单字节编程

为了在闪存中编程一个单独的字节，数据字节首先写入FPD寄存器，而要编程的地址被写入FPA寄存器。然后将程序字节命令0x0F写入FCMD。这个序列的结果是FPD寄存器的内容与FPA寄存器指向的flash地址的内容进行逻辑“与”运算。

RAM到闪存传输

当发送RAM到flash传输命令时，隐藏用户RAM的flash内容被逻辑地与RAM内容相匹配。如果要在旧数据上写入新数据，则必须首先清除正在更新的闪存页并恢复所有必要的数据。

与bq26221通信

bq26221包括一个单线HDQ串行数据接口。配置为轮询或中断处理的主机处理器使用接口访问各种bq26221寄存器。HDQ引脚需要一个外部上拉电阻器。该接口使用基于命令的协议，其中主机处理器向bq26221发送一个命令字节。该命令指示bq26221将接收到的下八位数据存储到由命令字节指定的寄存器，或者从命令字节指定的寄存器输出八位数据。

通信协议是异步返回到一，并引用VSS。命令和数据字节由8位流组成，最大传输速率为5 Kbits/s。首先传输命令或数据字节的最低有效位。从bq26221输入的数据可以使用一些微控制器上可用的脉冲宽度捕捉定时器进行采样。UART（通用异步收发两用机）也与bq26221通信。

如果发生通信超时（例如，如果主机等待时间超过t（CYCB等待bq26221响应，或者这是第一个访问命令），则主机应发送中断。然后主机可以重新发送命令。当HDQ引脚被驱动到逻辑低状态的时间t（B）或更长时间时，bq26221检测到中断。然后HDQ引脚返回其正常就绪高逻辑状态一段时间t(BR然后，bq26221准备好接收来自主处理器的命令。

返回一个数据位帧由三个不同的部分组成：

1、 对主机（bq1）进行传输的第一个周期（hwt）等于第262段或第262段逻辑。

2、 下一节是实际的数据传输，在开始通信的负边缘之后，数据应该在等于t（HW1）或t（DW1）的周期内有效。应保存t（HW0）和t（DW0）的数据允许主机或bq26221对数据位进行采样的周期。

3、 最后一部分通过在用于开始通信的负边缘之后至少一个等于t（DW0）或t（HW0）的周期将HDQ管脚返回到逻辑高状态来停止传输。最终逻辑高状态应保持到等于t（CYCH）或t（CYCB）的时间段，以留出时间确保比特传输正确停止。

串行通信定时规范和图示部分给出了数据和中断通信的定时。与bq26221的通信总是首先传输最低有效位。图4显示了读取bq26221 DCRH寄存器的通信序列示例。

命令字节

bq26221的命令字节由八个连续的有效命令位组成。命令字节包含两个字段：W/R命令和地址。命令寄存器的W/R位决定命令是读命令还是写命令，而包含位AD6−AD0的地址字段指示要读或写的地址。命令字节值如表7所示。

bq26221寄存器

寄存器维护

主机系统负责寄存器维护。（见表4）为了便于维护，bq26221清除寄存器（CLR）将特定计数器或寄存器对重置为零。主机系统通过将相应的寄存器位写入1来清除寄存器。当bq26221完成复位时，CLR寄存器中的相应位自动重置为0，从而为主机节省了额外的读/写周期。清除DTC寄存器将清除标准位，并将DTC计数率设置为每0.8789秒一个计数的默认值。清除CTC寄存器将清除STC位，并将CTC计数率设置为每0.8789秒一个计数的默认值。

寄存器说明

电池电压偏移寄存器（槽）

槽寄存器（地址=0x72）的位3到7存储电压ADC的偏移信息。最有效的位是符号位，后跟4位偏移数据。每个偏移计数代表8 mV。主机负责从BATH和BATL寄存器中的未修正值中减去测量的偏移量。这是一个有符号的量值，位7是符号位。位7中的1表示数字为负数。

电池电压寄存器（BATH/BATL）

BATH（地址=0x72–位0到2）和BATL低字节寄存器（地址=0x71）包含电池电压上ADC转换的结果。电压以11位二进制格式表示，LSB步长为2.44 mV。BATH寄存器的位3表示MSB，BATL的位0表示LSB。

闪存程序地址寄存器（FPA）

FPA字节寄存器（地址=0x70）指向发出程序闪存命令时编程的闪存地址位置。该字节与FPD和FCMD寄存器一起用于编程闪存中的单个字节。

闪存程序数据寄存器（FPD）

FPD字节寄存器（地址=0x6F）包含要编程到由FPA寄存器内容指向的闪存地址位置的数据。当发出程序flash命令时，FPD寄存器的内容与FPA指向的字节的内容进行“与”运算，然后存储到该位置。

放电计数寄存器（DCRH/DCRL）

DCRH高字节寄存器（地址=0x6E）和DCRL低字节寄存器（地址=0x6D）包含放电计数，当V<V这些寄存器继续计数超过FFFFH时，就会递增，因此需要主机系统对寄存器进行适当维护。CLR寄存器强制DCRH和DCRL重置为零。

电荷计数寄存器（CCRH/CCRL）

CCRH高字节寄存器（地址=0x6C）和CCRL低字节寄存器（地址=0x6B）包含电荷计数，并在V>V时递增。这些寄存器的计数继续超过FFFFH，因此主机系统应进行适当的寄存器维护。CLR寄存器强制CCRH和CCRL重置为零。

自放电计数寄存器（SCRH/SCRL）

SCRH高字节寄存器（地址=0x6A）和SCRL低字节寄存器（地址=0x69）包含自放电计数。该寄存器在bq26221的正常工作模式和休眠模式下不断更新。这些寄存器中的计数根据时间和温度递增。SCR在20°C到30°C的温度下以每小时一次的速度计数。在温度高于60°C时，计数率每10°C翻一番，最多16次/小时。在温度低于0°C时，计数率每10°C减半，在温度低于0°C时，计数率至少每8小时一次。这些寄存器在FFFFFFH之后继续计数，因此，主机系统应该进行适当的寄存器维护。CLR寄存器强制将SCRH和SCRL重置为零。在设备睡眠期间，bq26221周期性地唤醒一小段时间，以保持自放电寄存器。

放电时间计数寄存器（DTCH/DTCL）

DTCH高字节寄存器（地址=0x68）和DTCL低字节寄存器（地址=0x67）确定V<V表示放电的时间长度。这些寄存器中的计数以每小时4096个计数的速率递增。如果DTCH/DTCL寄存器继续计数超过FFFFH，则STD位被设置在MODE/WOE寄存器中，表示滚动。一旦设置好，DTCH和DTCL以每小时16个计数的速率递增。

注：如果发生第二次翻车，则清除STD。访问bq26221的时间应比每170天更频繁地清除DTCH/DTCL。CLR寄存器强制DTCH和DTCL重置为零。充电时间计数寄存器（CTCH/CTCL）

CTCH高字节寄存器（地址=0x66）和CTCL低字节寄存器（地址=0x65）确定V>V的时间长度，表示充电活动。这些寄存器中的计数以每小时4096个计数的速率递增。如果CTCH/CTCL寄存器继续计数超过FFFFH，则STC位被设置在模式/WOE寄存器中，指示滚动。一旦设置好，DTCH和DTCL以每小时16个计数的速率递增。

注：如果发生第二次翻车，则清除STC。访问bq26221的时间应比每170天更频繁地清除CTCH/CTCL。CLR寄存器强制CTCH和CTCL重置为零。模式寄存器（mode）

模式寄存器（地址0x64）包含GPIEN、STAT、STC、STD、POR和唤醒启用信息，如表9所示。

清除寄存器（CLR）

CLR寄存器（地址0x63）中的位清除DCR、CCR、SCR、DTC和CTC寄存器，通过强制上电复位和设置STAT引脚的状态来重置bq26221。

闪存命令寄存器（FCMD）

FCMD寄存器（地址0x62）是闪存命令寄存器，编程一个闪存字节位置，执行闪存页擦除，将RAM传输到闪存和闪存到RAM，进入休眠模式，然后关闭电源。这些功能通过将所需的命令代码写入FCMD寄存器来执行。在bq26221完成执行发出的命令后，闪存命令寄存器被清除。

温度寄存器（TMPH、TMPL）

TMPH（地址0x61）和TMPL寄存器（地址0x60）以十六进制格式报告模具温度，单位为0.25K。温度报告为11位数据，使用TMPL低寄存器的所有8位和TMPH寄存器的3位。温度应读取为TMPH[2:0]和TMPL[7:0]的串联，0.25K/LSB。TMPH的5个MSB，TMPH[7:3]在POR上清除并保留。读取温度时，5位也应屏蔽，以确保在计算温度时不会使用不正确的数据。

包装材料信息

笔记：

1、 所有线性尺寸均以毫米为单位。括号内的尺寸仅供参考。尺寸和公差符合ASME Y14.5M。

2、 本图纸如有更改，恕不另行通知。

3、 此尺寸不包括模具飞边、突出物或浇口毛刺。模具飞边、突出物或浇口毛刺每侧不得超过0.15 mm。

4、 此尺寸不包括交错闪存。每侧交错闪光不得超过0.25 mm。

5、 参考JEDEC注册号MO-153，变更AA。

6、 出版物IPC-7351可能有替代设计。

7、信号焊盘之间和周围的焊锡掩模公差可能因电路板制造位置而异。

8、 梯形壁和圆角的激光切割孔可以提供更好的膏体释放。IPC-7525可能有替代设计建议。

9、 板组装现场可能有不同的模板设计建议。