电量计在手持设备中的实现

可编程的12～14位的ADC，硬件积分器用于库仑计功能的计算，所测电流最大可达2.5A，积分器可以用7000mAh的电池，分辨率可达0.2mAh. 其内部框图如图4所示。

图4 STC3100内部框图

STC3100带有一个I2C接口与处理器端进行通讯，并且集成了32bytes的RAM，用于存储电池的电量或其他特性信息。GPIO管脚可以用来作为电池低压报警使用，其应用框图如图5所示。

图5 STC3100电量计量框图

STC3100中的库仑计需要一个32.768kHz的时钟，用于作为计算电量的时基，其精度直接影响电量的计算精度。 STC3100支持内部和外部的时钟，外部时钟优先的原则，并且能够自动检测是否存在外部时钟源，也可以通过设置寄存器设置成强制使用外部时钟源。如图6所示，如果用内部时钟，一个200kohm 0.1%的电阻连接与Rosc管脚和地之间，内部时钟精度在其供电电压和工作温度范围内为2.5%。为得到更高的精度，只能采用外部输入高精度时钟源的方式。 

图6 STC3100的两种时钟源

电流采样电阻Rcg是用采集流入或流出电池的电流，由于ADC采样的限制，该电阻的压降不能超过+/-80mV，所以，该阻值由应用中最大的峰值电流决定，如式一。如果峰值电流为2A，那么该阻值可以选择33mohm。

                                       （1）

电流电阻上的电压经ADC采样后放置于REG_CURRET（06H和07H）寄存器中，而ADC的LSB是11.7uV，这样就可以按式二计算实际流过的电流值：

           （2）

同时，STC3100会把Rcg两端的电压值与采样周期相乘后放入28位的累加器中，其中的高16位会放入REG_CHARGE（02h和03h）寄存器中,其实际的电量可以按式三计算。

                                                                                                              （3）

STC3100自身的供电管脚Vcc和电池电压检测管脚Vin是分开的，如图7所示，这样很容易可以在电压检测管脚加入R2（1kohm）和C2(47nF~220nF)组成的ESD 保护和滤波电路，而电阻R1（150ohm）和齐纳二极管D1(5.6V)组成对Vcc的ESD保护电路，从而不会影响对电池电压的检测精度。电池电压和温度经ADC采样后分别放于REG_VOLTAGE 和REG_TEMPERATURE寄存器中，按照式三和式四可以分别计算出电池的实际电压和温度值。

           （4）

    （5）

STC3100的GND管脚要用一个PCB走线连接与电阻的地端，确保所有的电流都是流过该电阻的，避免产生电流的检测误差。

图7 STC3100的电源管脚和电池电压监控管脚

3，软件设计与验证

STC3100寄存器中可以直接读出电量的变化值、电池电压、电流、温度等数据，系统处理器需要在上电时，配置STC3100的寄存器，启动其电量计数功能，如果是第一次上电，需要通过检测的电池电压进行电池容量的初次预估。完成初次预估后就可以进行实时的电池电量的实时计算，软件的流程如图所8示。

图8 软件流程框图

电池的容量会随温度、充放电次数和使用时间的长短变化而变化，因此，为得到精确的电池电量，仅仅获得电池电压、电流是不够的，还要考虑温度、电池老化、电流检测电阻精度等因素造成的累计误差，因此，建议在使用中定期一次电池的完全的充放电过程，进行消除累计误差，不断保持电量的精度。上述软件在STC3100的demo板（STEVAL-ISB0011V1）进行了验证，如图9所示。该Demo板使用STM32进行软件处理，其上电池的充电芯片是具有800mA充电能力的STC4054，16*2矩阵