深度解析DS2775/DS2776/DS2777/DS2778：集燃料计量、保护与认证于一体的芯片

在电池管理领域，精确的电量计量、可靠的电池保护以及有效的认证机制至关重要。DS2775/DS2776/DS2777/DS2778系列芯片就是这样一款集多种功能于一身的产品，为电池管理提供了全面的解决方案。今天，我们就来深入剖析这款芯片的特点、功能以及应用场景。

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产品概述

DS2775 - DS2778系列芯片主要用于可充电锂离子（Li+）和锂聚合物（Li - Poly）电池，能够精确报告电池的可用容量，单位为mAh，并以满电量的百分比形式呈现。其中，DS2776/DS2778在具备DS2775/DS2777所有功能的基础上，还支持基于SHA - 1的挑战 - 响应认证，大大提高了电池的安全性。

该系列芯片在4.0V至9.2V的电压范围内工作，可直接集成到由两个Li+或Li - Poly电池组成的电池组中。除了用于电池补偿和应用参数的非易失性存储外，还提供16字节的EEPROM，供主机系统和/或电池组制造商存储电池批次和日期跟踪信息，以及系统和/或电池使用统计数据。

产品特性

高精度测量系统

芯片具备高精度的电压、温度和电流测量系统，通过库仑计数、放电速率、温度和电池特性等因素进行电池容量估算。同时，它还能在学习周期之间估算电池老化情况，使用低成本的感测电阻，并允许对增益和温度系数进行校准。

可编程阈值

支持可编程的过压和过流阈值，用户可以根据不同的电池和应用需求进行定制，确保电池在安全的范围内工作。

认证功能

DS2776/DS2778采用SHA - 1算法进行电池组认证，有效防止电池被非法使用，保障系统安全。

接口与存储

提供Maxim 1 - Wire（DS2775/DS2776）或2 - 线（DS2777/DS2778）接口，用于串行通信，方便用户访问测量和容量数据寄存器、控制寄存器和用户内存。此外，还拥有32字节的参数EEPROM和16字节的用户EEPROM。

封装形式

采用3mm x 5mm、14引脚的TDFN无铅封装，体积小巧，便于集成到各种设备中。

电气特性

电源电流

芯片具有不同的电源电流模式，包括睡眠模式和活动模式。在睡眠模式下，根据温度不同，电源电流IDD0在3 - 10μA之间；活动模式下，IDD1为80 - 135μA，在进行SHA - 1计算时，IDD2为120 - 300μA。

测量精度

温度测量精度为±3°C，电压测量精度在不同条件下有所不同，例如在2.0V ≤ VIN1 ≤ 4.6V，2.0V ≤ (VIN2 - VIN1) ≤ 4.6V，TA = +25°C时，精度为±22mV。电流测量分辨率为1.56μV，满量程为±51.2mV，电流增益误差为±1% FS。

保护电路特性

芯片的保护电路能够有效防止电池过压、欠压、过流和短路等情况。过压检测阈值可通过寄存器设置，例如VOV = 1110111b时，过压检测值为4.438 - 4.508V；欠压检测值可编程，如UV[1:0] = 10时，欠压检测值为2.415 - 2.485V。过流和短路检测也有相应的阈值和延迟时间，确保电池在异常情况下能够及时得到保护。

工作模式

活动模式

上电后，芯片默认进入活动模式。在该模式下，芯片功能全面，测量和容量估算寄存器会持续更新，保护电路会实时监测电池组、电池电压和电池电流，确保电池安全。同时，SHA - 1认证功能也可正常使用。

睡眠模式

芯片有两种进入睡眠模式的条件：总线低电平和欠压。在睡眠模式下，芯片会禁用测量和容量估算功能，但保留寄存器内容，以节省功耗。当充电器连接或通信线路发生低到高的转换时，芯片会退出睡眠模式。

电池保护机制

芯片在活动模式下会持续监测SNS、VIN1、VIN2和PLS引脚，以保护电池免受各种异常情况的影响。

过压保护

当(VIN2 - VIN1)或(VIN1 - VSS)的电压超过过压阈值Vov，并持续超过过压延迟时间tOVD时，CC引脚会被拉低，关闭外部充电FET，防止电池过充。当电压下降到充电使能阈值VCE以下时，CC引脚会被拉高，恢复充电。

欠压保护

如果(VIN2 - VIN1)或(VIN1 - VSS)的平均电压低于欠压阈值VUV，并持续超过欠压延迟时间tUVD，芯片会关闭充电和放电FET。如果UVEN位被设置，芯片还会进入睡眠模式。当检测到充电器连接且VPLS > VIN2时，芯片会提供一个电流受限的恢复充电路径，对严重耗尽的电池进行温和充电。

过流保护

在充电方向，当VSNS小于充电过流阈值VCOC，并持续超过过流延迟时间tOCD时，芯片会关闭两个外部FET；在放电方向，当VSNS超过放电过流阈值VDOC，并持续超过tOCD时，芯片会关闭外部放电FET。

短路保护

当VSNS超过短路阈值VSC，并持续超过短路延迟时间tSCD时，芯片会关闭外部放电FET，防止电池短路。

测量功能

电压测量

电池电压每440ms测量一次，最低电位电池VIN1相对于VSS测量，最高电位电池VIN2相对于VIN1测量。测量范围为 - 5V至 + 4.9951V，分辨率为4.8828mV，测量结果以二进制补码形式存储在结果寄存器中。

温度测量

芯片使用集成温度传感器测量电池温度，分辨率为0.125°C，温度测量每440ms更新一次，并以二进制补码形式存储在温度寄存器中。

电流测量

在活动模式下，芯片通过测量低阻值电流感测电阻RSNS两端的电压降来连续测量电池的流入和流出电流。电压感测范围为±51.2mV，最低有效位（LSb）为1.5625μV。ADC以18.6kHz的频率对输入进行差分采样，并在每个转换周期（3.52s）完成后更新电流寄存器。

容量估算算法

芯片的容量估算算法使用实时测量值和存储的电池特性及应用操作限制参数。通过构建电池模型，包括满电量曲线、活动空电量曲线和待机空电量曲线，结合当前温度、电流等因素，估算电池的剩余容量。

模型构建

电池模型以+40°C的满电状态为基准进行归一化，所有值存储在电池参数EEPROM块中。模型曲线由五个线段组成，每个线段的斜率和断点温度都可编程，以适应不同电池的特性。

容量计算

根据测量的电流和电池模型，计算电池的剩余容量，包括剩余活动绝对容量（RAAC）、剩余待机绝对容量（RSAC）、剩余活动相对容量（RARC）和剩余待机相对容量（RSRC）。

寄存器功能

保护寄存器

用于报告Li+安全电路检测到的事件，同时可以控制充电和放电FET的开关。

状态寄存器

包含报告设备状态的位，如充电终止标志（CHGTF）、活动空标志（AEF）、待机空标志（SEF）和学习标志（LEARNF）等。

控制寄存器

可读写，用于设置各种功能的使能位，如负电流消隐使能（NBEN）、欠压使能（UVEN）、电源模式使能（PMOD）等。

过压阈值寄存器

设置保护电路的过压阈值，可通过特定公式计算Vov的值。

过流阈值寄存器

通过RSGAIN寄存器的上半字节设置过流和短路阈值，确保电池在过流和短路情况下得到保护。

特殊功能寄存器

用于控制SHA计算状态和PIO引脚的操作。

EEPROM寄存器

提供对EEPROM块的访问控制，可锁定EEPROM块以防止数据被修改。

通信接口

1 - Wire总线系统（DS2775/DS2776）

采用单总线系统，具有64位网络地址、CRC生成、硬件配置、事务序列和1 - Wire信号等特点。主机可以通过不同的命令访问芯片的功能，如读取网络地址、写入数据、复制数据等。

2 - Wire总线系统（DS2777/DS2778）

支持作为从设备在单主或多主、单从或多从系统中工作。通过SDA和SCL线进行双向通信，最高速度可达400kHz。主机可以通过不同的命令协议与芯片进行数据传输和功能操作。

认证功能

DS2776/DS2778的认证功能采用FIPS 180兼容的SHA - 1单向哈希算法，对512位消息块进行计算。主机和芯片通过共享的密钥计算消息认证码（MAC），并进行比较，确保电池的合法性。

应用场景

DS2775/DS2776/DS2777/DS2778系列芯片广泛应用于各种需要精确电池管理的设备中，如健康和健身监测器、数码静态相机、视频和运动相机、医疗设备、手持计算机和终端、手持无线电、家庭和建筑自动化传感器、智能电池和电动工具等。

总结

DS2775/DS2776/DS2777/DS2778系列芯片以其高精度的测量、可靠的保护机制和强大的认证功能，为电池管理提供了全面而有效的解决方案。无论是在消费电子、医疗设备还是工业应用中，都能发挥重要作用。作为电子工程师，我们在设计电池管理系统时，这款芯片无疑是一个值得考虑的选择。大家在实际应用中是否遇到过类似芯片的使用问题呢？欢迎在评论区分享交流。