Die Einführung des Lithium-Ionen-Batterie-Management-Chips

1.1Lithiumionenbatterie-Management-Anwendung und Entwicklung des Chips

1.1.1 Eigenschaften und Anwendungen von Lithium-Ionen-Batterien

Bereits 1912 begannen die Forschungen zu Lithiumbatterien (Li-Batterie) mit Lithiummetall als Elektrode. In den 1970er Jahren wurden nicht wiederaufladbare Lithiumbatterien erstmals im kommerziellen Bereich eingesetzt. In den 1980er Jahren konzentrierte sich die Forschung auf wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ionen-Batterie), löste jedoch das Problem der Batteriesicherheit nicht erfolgreich. Bis 1991 realisierte die Sony Corporation erstmals die Vermarktung von Lithium-Ionen-Batterien und galt als wichtiger Meilenstein auf dem Gebiet der Energietechnologie.

Im Vergleich zu Ni-CD und anderen Sekundärbatterien haben Lithium-Ionen-Batterien eine höhere Energiedichte als Energie und Volumen (einschließlich Qualität), einen höheren Lade- und Entladezyklus, eine niedrigere Entladerate und eine höhere Einzelbatteriespannung (3,6 V). Die hohe Arbeitsspannung der Lithium-Ionen-Batterie trägt zur Verringerung der Größe der mobilen Geräte bei. Eine hohe Energiedichte ist gut für die Batterie mit geringem Gewicht. Eine niedrige Entladerate kann auch die normale Nutzung der Lagerdauer gewährleisten.

In diesem Jahrzehnt hat sich die Anwendung von Lithium-Ionen-Batterien, die eine enorme Entwicklung erfahren haben, zu einem der wichtigsten Produkte für die elektronische Energiekommunikation entwickelt, das in Notebooks, GSM / CDMA, Digitalkameras, Videokameras und PDAs [2] im High-End-Bereich weit verbreitet ist tragbare Unterhaltungselektronikprodukte. Wenn vor 1997 Jahren die Anpassung an den Notebook-PC-Markt, die Senkung der Batteriekosten und die Erhöhung der Kapazität als erste goldene Periode für Lithium-Ionen-Batterien bezeichnet werden, wird die Lithium-Ionen-Batterie-Industrie in der Popularität von Mobiltelefonen, Kameras und anderen tragbaren elektronischen Produkten wachsen in die zweite goldene Periode. Im Jahr 2004 waren beispielsweise 94% der akkus von Mobiltelefonen lithium-ionen-akkus. Mit der Entwicklung der Technologie wird die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien in den Jahren 2005 und 2005 immer größer. [3] Vom Zeitpunkt der Herstellung und des Vertriebs von Lithium-Ionen-Batterien bis vor 2000 ist Japan die größte Produktion und Lithium-Ionen-Batterien werden verkauft, der Marktanteil beträgt 95% oder mehr. Aber in den letzten Jahren, zusammen mit dem raschen Aufstieg Chinas und Südkoreas, Japan, wurde das Muster eines Landes allmählich gebrochen. 2005 wird erwartet, dass Japans weltweiter Marktanteil bei Lithium-Ionen-Batterien unter 50% fallen wird.

1.1.2 Die Bedeutung des Lithium-Ionen-Batterie-Management-Chips

In der Forschung und Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien ist die Verbesserung der Verwendungssicherheit immer der zentrale Punkt der Forschung. Da die Qualität höher ist als die Energie und der größte Teil des organischen Elektrolytzunder usw., kann es zu Sicherheitsproblemen kommen, wenn die Batteriewärme erzeugt wird, wenn die Geschwindigkeit höher als die Abkühlgeschwindigkeit ist. Studien haben gezeigt, dass die Lithium-Ionen-Batterie bei Missbrauch über 700 ° C hohe Temperaturen erreichen kann, was zu Batterien in Rauch, Feuer und Explosion führt; Wenn die Entladung unter 1 V liegt, fällt die Kupferanodenoberfläche aus, was zu einem internen Kurzschluss der Batterie führt. Unter Durchflussbedingungen kann die Batterieinnentemperatur ansteigen, die Batterieleistung verschlechtern und beschädigen. Unter den Überlade- und Entladebedingungen ändert sich die chemische Reaktion und Leistung der internen Lithiumionenbatterie. Der Typ M steht für Co, Al, Ni und andere Metallionen.

Um die Sicherheit der Lithium-Ionen-Batterie zu verbessern, muss neben dem Mechanismus der eingehenden Forschung auch ein geeignetes Elektrodenmaterial ausgewählt und die Gesamtstruktur optimiert werden, um eine effektive Verwaltung durch die Batterie des peripheren integrierten Schaltkreises (IC) der Batterie zu gewährleisten. In den letzten Jahren wurde berichtet, dass der Batteriemanagement-Chip (Battery Management), sei es im Vertrieb oder im Vertriebsmanagement (Power Management), voraussichtlich am schnellsten im Chip wachsen wird. Zu den Zielen des Lithium-Ionen-Batteriemanagements gehören die Batteriespannung, der Lade- und Entladestrom, die Temperaturüberwachung, die Datenberechnung und die Speicherung. Der Management-Chip, einschließlich der Schutzschaltung, der Brennstoffzellen-Erfassungsschaltung und der Fähigkeit, ein Datenübertragungssystem zu implementieren, wird als intelligentes Batteriesystem (Smart Battery System, SBS) bezeichnet. Die SB-Batteriestruktur besteht aus Temperatursensoren, um den bidirektionalen Stromblockstromdetektor zu erfassen , ADC, EEPROM-Speicher, Takt, Einzelzustands- / Steuerschaltung und die Schnittstelle und Adresse des Hauptsystems, die Lithium-Ionen-Batterieschutzschaltung usw. Durch die ADC-Umwandlung des digitalen Speichers im entsprechenden Speicher über eine einzelne Schnittstelle, die mit der Hauptspeicherung verbunden ist System, der interne Speicher Lese- / Schreibzugriff und Steuerung.SBS Neben dem wirksamen Schutz der Batterie kann die verbleibende Batterieleistung auch signalisieren (LCD-Anzeige), und dies wird das Hauptziel der Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterie-Management-Chips sein. Gegenwärtig erreichte die Anwendung der SBS-Vereinbarung SBdata1.1 (Datenprotokoll) und SMbus2.0 (Busprotokoll), und wie IBM und SONY Laptop wurden mehrere Modelle basierend auf der Batterieschutzschaltung von SBS übernommen.

In Lithium-Ionen-Batterie-Management-Chip kann die Schutzschaltung aufgrund der Batteriespannung, Lade- und Entladestromüberwachung durchgeführt werden, sie kann eingebaute Lithium-Ionen-Batterie trennen, kann auch als sekundäre Schutzschaltung in der SBS fungieren, je mehr Wertvoll ist, dass es den Ni - Cd, Ni - H gleichen Schutz der Batterie realisieren kann, so dass im Batteriemanagement-Chip ein großer Anteil entfällt.

1.1.3 Derzeitige Situation bei der Entwicklung von Batteriemanagement-Chips

Derzeit haben ausländische Unitrode, Texas, Dallas und andere Unternehmen die Forschung und Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterie-Management-Chips durchgeführt. Und die Batterieproduktion auf dem Weltmarkt nimmt ab. Der japanische Lithium-Ionen-Batterie-Management-Chip, insbesondere das Design und die Entwicklung von Schutzschaltungen, hat weltweit immer eine beherrschende Stellung inne. Ist das bekannteste Produkt Seiko S82-Serie, Ricoh R54-Serie und MITSUMI MM3061-Serie usw. Unter diesen werden die Produkte der S82-Serie aufgrund ihrer vollständigen Funktionen, hohen Präzision und ihres geringen Stromverbrauchs als eines der Lithium-Ionen-Batterie-Management-Chip-Designs angesehen Führer. In China hat neben der Funktion einzelner Einheiten Taiwans in den letzten Jahren ein relativ einfacher Schutzchip entwickelt, obwohl es auf dem Festland einzelne Forschungen zur Erforschung von Lithium-Ionen-Batterie-Schutzschaltkreisen gibt, die jedoch noch in den Kinderschuhen stecken, wenig präzise und nicht einheitlich sind Schutzstandard. Wichtiger ist, dass die Inländer derzeit keine unabhängigen Eigentumsrechte haben.

Gegenwärtig verwenden Kameras in der längsten Batterie, um ein Gleichgewicht zwischen Zeit und geringstem Gewicht herzustellen, einer wachsenden Anzahl tragbarer Geräte wie Mobiltelefone, einen einzelnen Abschnitt einer Lithium-Ionen-Batterie als Hauptstromversorgung. Aktuelle Forschung einzelner Abschnitt des Lithium-Ionen-Batterie-Management-Chips, der Schwerpunkt liegt auf:

(1) Neben dem Batterieladevorgang für ein effektives Management muss auch dringender in den gesamten Prozess des Ladevorgangs und des Nutzungsschutzes umgesetzt werden. Dies erfordert, dass ein Chip nicht nur eine perfekte Schutzfunktion hat, sondern auch die Batteriespannung, die Verzögerungszeitgenauigkeit der Erkennung und die Steuergenauigkeit schützt, um die praktischen Anforderungen zu erfüllen.

(2) Der Stromverbrauch sollte so weit wie möglich reduziert werden, um die Lebensdauer der akkus zu verlängern. Als Teil des Pakets nach der Batterie muss der Chip-Treiber immer von der Verwaltung der Batterie, so dass der Chip ausreichend niedrigen Stromverbrauch haben sollte.

Als Ad / A-Mixed-Signal-Schaltung können Lehren aus der bestehenden Methode zur Optimierung des Stromverbrauchs gezogen werden, die jedoch mit den Eigenschaften der Anwendung zur Reduzierung des Stromverbrauchs kombiniert werden, um eine eingehendere theoretische Untersuchung durchzuführen.

Die durch einteilige Lithiumschutzschaltung des Batteriemanagementchips dargestellte geringe Stromaufnahme, von der Systemfunktionsrealisierung bis zum analogen Mixed-Signal-Schaltungsdesign, dem geringen Stromverbrauch des Batteriemanagementchipdesigns und sogar der Entwicklung von SBS wird daher einen erheblichen Bezug haben .

Das Low-Power-Design von 1,2 d / a gemischter Signalschaltung

1.2.1 Niedrigleistungsdesign der integrierten Schaltung

In den frühen Stadien der Entwicklung integrierter Schaltkreise bis in die 1980er Jahre ist das Problem der Verlustleistung nicht sehr ausgeprägt. Während dieser Zeit war aufgrund des allgemein geringen Umfangs und des Aufstiegs eines CMOS-Schaltungssystems ein geringer Stromverbrauch kein wichtiger Faktor für das IC-Design.

1968 prognostizierte einer der Gründer von Intel G.Moore, dass sich die IC-Integration alle 18 bis 24 Monate verdoppeln wird, und dies ist das berühmte Mooresche Gesetz. Tatsächlich folgt die IC-Technologie in diesen vierzig Jahren im Wesentlichen dem Mooreschen Gesetz, das eine große Entwicklung erreicht hat. Die integrierte Schaltung hat die Entwicklung von der Integration im kleinen Maßstab (SSI) über die Integration im großen Maßstab (VLSI) bis zur aktuellen Integration im sehr großen Maßstab (ULSI) erlebt, dh ein Chip kann mehr als einhundert Millionen Elemente enthalten. Quanteneffekte und wirtschaftliche Grenzen werden zwar die Wachstumsrate der IC-Integration verlangsamen, aber vorhersehbar wird sich mit der Einführung neuer Technologien zur IC-Integration der Trend zur nachhaltigen Entwicklung nicht ändern. Gleichzeitig verbessert sich auch die Komplexität des Systems ständig, die unterschiedlichen Funktionen von Geräten und Schaltungen sind in einen Chip integriert, Chip (SOC) bilden eine Systemintegration. Offensichtlich macht die Verbesserung der Komplexität und Integration integrierter Schaltkreise das Schaltungsdesign mit geringem Stromverbrauch zu einem unverzichtbaren Index.

Erstens macht ein hoher Stromverbrauch den Chip leicht überhitzbar, die Zuverlässigkeit der Schaltung führt schließlich zu einem Ausfall. Studien haben gezeigt, dass der Temperaturanstieg alle 10 c zweimal die Ausfallrate des Geräts verbessert; Darüber hinaus wird der zunehmende Stromverbrauch zu einer höheren Anforderung an die Kapselung und Kühlung von Chips führen. Dies erhöht nicht nur die Kosten, sondern auch bei der Miniaturisierung von Anwendungen wird diese Lösung häufig nicht übernommen.

Noch wichtiger ist, dass Unterhaltungselektronik und eine Vielzahl von Anwendungen die Entwicklung der Forschung zum Problem des Stromverbrauchs fördern.

Ist das Konzept des geringen Stromverbrauchs von elektronischen Uhren und anderen Branchen zum ersten Mal und in der Unterhaltungselektronik Miniaturisierung, hohe Integration, um die Schaltungskosten zu reduzieren, die Stabilität, Zuverlässigkeit zu verbessern, mehr Notwendigkeit, Schaltung mit geringem Stromverbrauch zu entwerfen, um Stellen Sie sicher, dass bei der Integration der Stromverbrauch gleich bleibt oder der Stromverbrauch pro Flächeneinheit gleich bleibt. Zur gleichen Zeit, da sich die Batteriekapazität in den letzten 30 Jahren um das 2- bis 4-fache erhöht hat, hat sich die VLSI-Technologie nur weit von der VLSI-Technologie entfernt schnell entwickelt die Lebensdauer der Batterie. Darüber hinaus neigen tragbare Geräte dazu, weniger Batterie zu verbrauchen, um die Größe und das Gewicht zu reduzieren, und auch eine unvermeidliche Anforderungsschaltung, um einen geringen Stromverbrauch zu implementieren. Verglichen mit vor einem Jahrzehnt sind Unterhaltungselektronikprodukte in der Elektronikindustrie schnell von 40% auf 40% gewachsen, daher ist Unterhaltungselektronik der Haupttreiber für das Design mit geringem Stromverbrauch.

1.2.2, d / a gemischte Signalschaltung der Forschung mit geringem Stromverbrauch

Bei diesen technischen Anforderungen und der Anwendung von tragbaren elektronischen Produkten ist eine starke Nachfrage, die durch das Niederspannungs-CMOS-Schaltungsdesign mit niedriger Leistung angetrieben wird, große Aufmerksamkeit erhalten worden. Gegenwärtig konzentrierte sich der Stromverbrauch der Forschung an integrierten Schaltkreisen hauptsächlich auf die folgenden zwei Aspekte:

Erstens ist das Studium der Low-Power-Technologie. Dies konzentriert sich hauptsächlich auf die reduzierten Strukturgrößen, um die Versorgungsspannung und die Schwellenspannungsreduzierung zu reduzieren. Um die Größe der Merkmale zu verringern, sollten Sie eine komplexe Systemintegration auf demselben Chip durchführen und den Stromverbrauch effektiv verwalten. Wenn jedoch die Strukturgrößen bis zu einem gewissen Grad verkleinert werden, wirkt sich der Hot-Carrier-Effekt, der Ausfall eines weichen dynamischen Knotens, stark auf die Leistung des Geräts aus und verringert die Versorgungsspannung, um bessere Lösungen zur Lösung dieser Probleme zu finden. Niedrige Logikschaltung, um den Ansteuerstrom nicht zu verringern und die Arbeitsfrequenz zu verringern, um die Versorgungsspannung zu verringern sowie die Schwellenspannung zu verringern, aber mit der niedrigeren Schwellenspannung kann der Leckstrom exponentiell ansteigen. VERWENDET die Schwellenspannungsvorrichtungen oder VERWENDET die Technologie mit variabler Schwellenspannung, um die Verlustleistung zu verringern, die durch Leckströme verursacht wird, die vom Herstellungsprozess abhängen.

Das zweite sind Forschungsmethoden mit geringem Stromverbrauch. Dies ist der niedrige Stromverbrauch, der im Untersuchungsgebiet am aktivsten ist. Unter bestimmten Umständen umfasst die Technologie Entwurfsmethoden und Bewertungsmethoden mit geringem Stromverbrauch, sie sind jedoch hauptsächlich für digitale Schaltungen vorgesehen.

Unter der Voraussetzung, dass zu Beginn des Chipdesigns auf allen Ebenen die gleiche Leistung garantiert wird, um die Optimierung des Stromverbrauchs zu analysieren, kann nicht nur der Designzyklus verkürzt werden, sondern es kann auch die Minimierung des gesamten Stromverbrauchs erreicht werden. Aus Sicht des Entwurfs können Entwurfsmethoden mit geringem Stromverbrauch in Systemebene (Systemebene), Algorithmus / Struktur (Architektur / Algorithmenebene), Registerübertragungsebene (RTL-Registerübertragungsebene), logische / Ebenen-Tür (LogIC /) unterteilt werden Gate Level), Querformat (Layout Level) diese Ebenen. Unter diesen beeinflussen das System und der Algorithmus für die Low-Power-Technologie auf hohem Niveau den Stromverbrauch des Systems. Auf dieser Ebene des Stromverbrauchs wird in der Lage sein, den Stromverbrauch der Systemanalyse und -optimierung vorherzusagen, der um mehrere Größenordnungen niedriger sein kann, daher muss darauf geachtet werden.

Effektive Bewertungsinstrumente und Stromverbrauchsmethoden sind ein weiterer wichtiger Bestandteil der Untersuchung des geringen Stromverbrauchs. Das Entwerfen verschiedener Ebenen, um den Stromverbrauch der Schaltung schnell und genau abzuschätzen, ist auch ein heißes und schwieriges Problem beim Entwurf einer integrierten Schaltung. Im Allgemeinen wird der Stromverbrauch der Bewertung in die Methode unterteilt, die auf zufälligen Statistiken und Simulationen der beiden Klassen basiert.

Basierend auf einer zufälligen statistischen Methode zur Schätzung des Stromverbrauchs lautet die Grundidee: Berechnen Sie zunächst anhand einer Extraktionsschaltung oder eines logischen Modells eines Karten- oder Logikbeschreibungsmoduls den durchschnittlichen Stromverbrauch und verwenden Sie dann eine Simulation des Zufallseingangsflusses.

Es hat den Vorteil, schnell zu sein, und es ist nicht erforderlich, Insiderinformationen zu schalten, aber die Genauigkeit der Stromverbrauchsschätzung ist höher als bei der auf Simulationen basierenden Methode.

Basierend auf dem Simulationsverfahren zur Schätzung des Stromverbrauchs wird ein Satz typischer Eingangsvektor-Leistungssimulationen verwendet, um den durchschnittlichen Stromverbrauch, den maximalen Stromverbrauch und den minimalen Stromverbrauchswert zu erhalten. Basierend auf der hochpräzisen Simulationsmethode, die jedoch einen größeren Speicherplatz und eine größere Zeit berücksichtigt, kann die Simulation einiger heuristischer Informationen verwendet werden, um die Konvergenz zu beschleunigen, z. B. Monte Carlo (Monte Carlo).

Die Simulationsmethoden und genetischen Algorithmen, darunter die Monte-Carlo-Methode, erzeugen zufällig ein Eingangssignal am Eingang der Schaltung und verwenden dann eine analoge Methode, um den Stromverbrauch in einem bestimmten Zeitintervall zu berechnen. Wenn der vorhandene Schaltungspegel, Gate-Pegel und andere Simulationsmethoden auf die innere Schleife des Monte-Carlo-Programms angewendet werden, wird ein Kompromiss zwischen Geschwindigkeit und Berechnungsgenauigkeit erzielt. Typische Leistungsanalysesoftware, die auf analogen Methoden basiert, sind POWERMILL, Entice-Aspen usw.

Es muss darauf hingewiesen werden, dass die derzeitige Forschung zu geringem Stromverbrauch, hauptsächlich für analoge und digitale Schaltungen, getrennt diskutiert wird. Die analoge Schaltung und die eng mit ihren eigenen Eigenschaften verwandte analoge integrierte Schaltung und 0- oder 1-Signalverarbeitung der digitalen Schaltung ist unterschiedlich, sie befasst sich hauptsächlich mit der kontinuierlichen Variation von Signalamplitude, Zeit, Frequenz und weist die folgenden Merkmale auf:

Vielfalt in Form einer (1) Schaltung: Einschließlich Datenwandler (wie A / D-Wandler, D / A-Wandler usw.), Operationsverstärker und Linearverstärker (rauscharmer Verstärker und Breitbandverstärker usw.), nichtlinearer Verstärker ( Analogmultiplikator, logarithmischer / Antilog-Verstärker usw.), Mehrkanal-Analogschalter, Spannungsversorgungsregler (linearer Spannungsregler, Schaltnetzteilregler usw.), intelligenter Leistungs-IC und alle Arten von speziellen ICs.

(2) Die Vielfalt der Leistungsindikatoren: Einschließlich Präzision, Eingangsbereich, Verzerrung, Rausch- und Stromversorgungsunterdrückungsverhältnis (PSRR), Spannungsverstärkung, Frequenzbandbreite und Eingangs- / Ausgangsimpedanz usw.

(3) Die Verschiedenartigkeit der Schaltungsstruktur: Nur im Fall eines Operationsverstärkers gibt es zwei Pegel: Cascode, Folding, Folded Cascode, A / Klasse AB-Verstärker, Single-Ended / Differential-Verstärker und viele andere Strukturen.

(4) Die Vielfalt der Geräte. Übliche Geräte sind Transistoren, Dioden, Widerstände, Kondensatoren und sogar Induktivitäten.

Die Kontinuität der analogen Signalverarbeitungsschaltung, die Schaltungsstruktur in Form von Diversität, die Präzision des Leistungsindex, macht das Design der Schaltung und das Layout muss um die spezifische Schaltung herum aufgebaut werden, das Design des automatischen Grades ist viel geringer als das digitale Schaltung, und die Schwierigkeit ist weit höher als die letztere.

Obwohl im digitalen Zeitalter, dem Entwurfsverfahren für digitale Schaltungen, die Prozessbedingungen in der analogen Schaltung führend sind, ist der Marktanteil digitaler ICs ebenfalls höher als bei analogen ICs, aber schließlich ist analoge Schaltung die Brücke zwischen digitaler Schaltung und der realen Welt es hat noch genug Platz für Entwicklung. In der hohen Komplexität des tatsächlichen Systems sollten außerdem die Speicherschaltung, die Logiksteuerschaltung und die Analogschaltung immer in demselben Chip integriert sein, der als Mixed-Signal-Schaltungen bekannt ist. Die ausgereifte und weit verbreitete CMOS-Technologie in der digitalen Schaltung erfordert auch, dass die analoge Systemschaltungstechnologie mit dem Standard-CMOS-Prozess kompatibel ist. Daher bestimmt die Leistung in der analogen Schaltung einschließlich des Stromverbrauchs direkt die Leistung des Systems.

In gemischten Signalschaltungen sind viele erfolgreiche Anwendungen bei geringem Stromverbrauch in der digitalen Schaltungstechnologie nicht für die Anwendung in analogen Schaltungen geeignet. Zum Beispiel wird ein effektiver Weg zur Reduzierung des Stromverbrauchs der Versorgungsspannung reduziert, aber für analoge Schaltungen, wie in der Literatur [16] dargelegt, wird für einen gegebenen Dynamikbereich, Verstärkung und Verstärkungsbandbreitenprodukt der Stromverbrauch von reduziert Die Versorgungsspannung wird höher, es zeigt sich auch, dass bei niedriger Spannung ein geringer Stromverbrauch auf Kosten des Opferteils der Schaltungsleistung erfolgt. Da die Leistung der analogen Schaltung nicht aus der spezifischen Schaltung heraus zu diskutieren ist, berichtete mehr Literatur über das Design von Niederspannungs-Niedrigleistungsschaltungen.

Da immer mehr Batterien Mischsignalschaltungen verwenden, wurde die traditionelle Entwurfsmethode vor eine große Herausforderung gestellt. Geringer Strombedarf für die gemischten Signalschaltungen für ein einheitliches Management, Stromverbrauch statt isoliert von analogen und digitalen Schaltungen. Aus Sicht des Entwurfs wird es schwieriger sein, den Stromverbrauch von digitalen und analogen Schaltungen zu koordinieren, als von reinen digitalen Schaltungen oder reinen analogen Schaltungen. Das gemischte Signal mit geringem Stromverbrauch erregte daher die Aufmerksamkeit der Menschen: Die Literatur [17] zum Entwurf eines Lasertreibers verwendete ein digitales Signal zur Steuerung des Stromschalters, um den Stromverbrauch zu senken, ist jedoch das digitale Plus-Signal. In der Literatur [18] [19] wurde die Verwendung eines digitalen Signals zur Steuerung der analogen Schaltung vorgeschlagen, der Zweck besteht jedoch darin, das Schaltungsrauschen und nicht den Stromverbrauch zu verringern. Im Jahr 2001 wird eine digitale Signalschaltung der Universität Tsinghua vorgeschlagen, um die Aktivitäten der analogen Schaltung, der sogenannten gepulsten Aktivierung, zu steuern, um den Stromverbrauch des Systems zu sparen [20], jedoch nur von der Schaltung, um die Machbarkeit von zu rechtfertigen die Methode, wie der Stromverbrauch von Mixed-Signal-Systemen effektiv gespart werden kann, und keine weitere theoretische Untersuchung. Zu sehen ist, dass die gemischte Signalschaltung mit geringem Stromverbrauch das heiße Feld des analogen und digitalen Designs mit geringem Stromverbrauch umfasst, aber auch viele Probleme nicht löst, die einer weiteren Vertiefung würdig und perfekt sind.

1.3 Forschungsinhalt und -struktur

Um die Schutzfunktion des Lithiumbatterie-Management-Chips und die Anforderungen an das Design bei geringem Stromverbrauch zu erreichen, lauten die Hauptforschungsinhalte dieses Artikels wie folgt: Geringer Stromverbrauch für jeden Teil des Entwurfs von Mixed-Signal-Schaltkreisen und des kollaborativen Denkens; Die Schutzfunktion des Lithium-Ionen-Batterie-Management-Chip-Designs und des geringen Stromverbrauchs; Schaltungsdesign und -simulation, Layout und Simulation, einschließlich Stromverbrauch, später.

Entsprechend den Anforderungen des Inhalts konzentrierte sich diese Papierstudie auf die folgenden Aspekte:

Analoge Hybridschaltungsmethode zur Analyse des geringen Stromverbrauchs: (1) Die Forschung ist eine umfangreiche Literatur zu einem niedrigen Stromverbrauch, aber die meisten sind getrennte digitale und analoge Schaltungen zu berücksichtigen. Als praktisches Mixed-Signal-System kann das Design mit geringem Stromverbrauch nicht von Anlässen der Systemanwendung getrennt werden, und es ist sicher, dass die Wiederverwendbarkeit, die die gewisse Schwierigkeit hat, auch eine ziemliche Herausforderung darstellt.

(2) Die Schutzfunktion des Lithium-Ionen-Batterie-Management-Chip-Designs: Entsprechend den Eigenschaften der Lithium-Ionen-Batterie-Anwendung, die einen effektiven Echtzeitschutz für das Batteriesystem implementiert.

(3) Für die Implementierung eines Lithium-Ionen-Batterie-Management-Chips: geringer Stromverbrauch aus Sicht der Anwendungen, Erforschung eines Mixed-Signal-Einzelchip-Systems basierend auf der Methode zur Optimierung des Stromverbrauchs des Lastantriebs.

(4) Layoutimplementierung und Ergebnisüberprüfung: einschließlich Layoutdesign und Überprüfung nach der Simulation. Unter diesen umfasst die Ergebnisüberprüfung zwei Aspekte: Einer ist die Überprüfung der Genauigkeit der Funktion, der zweite ist die Genauigkeitsüberprüfung der elektrischen Parameter einschließlich des Stromverbrauchs und der dritte ist die Überprüfung der Erreichbarkeit des Systems.

1.4 Der Forschungsplan und die Bedeutung dieses Papiers

Entsprechend dem Forschungsstatus und den Designanforderungen lautet der in diesem Papier anzunehmende Forschungsplan:

(1) Unter Berücksichtigung des gemischten Signals der Einzelchip-Systemanforderungen ist das Forschungsverfahren der digitalen und analogen Schaltung mit geringem Stromverbrauch, bei dem die Schwellenwertschaltung in einem digitalen Standard-CMOS-Prozess verwendet werden kann, zur Verwendung bei niedriger Geschwindigkeit geeignet und niedriger Stromverbrauch, so wird tiefer in die Schwellenwertschaltungsanalyse der theoretischen Forschung und des Entwurfs, einschließlich der Nichtübereinstimmung mit den praktischen Grenzen zur Optimierung des Stromverbrauchs, des Rauschens, wenn der Entwurfsschaltkreis gesteuert und beurteilt wird, und des Schwellenwerts des spezifischen Schaltungsstruktur werden diskutiert.

(2) die Schutzfunktion des Lithium-Ionen-Batterie-Management-Chip-Designs: einschließlich Echtzeit-Lade- und Entladedruckerkennung und -steuerung, die einen Überentladungsschutz, einen Überladeschutz und eine Unterdrückung der Ladespannung von Null Volt realisieren kann; Beinhaltet einen Zweiwege-Lade- und Entladestrom in Echtzeit, der den Fluss des Sekundärschutzes, des Kurzschlussschutzes und des Schutzes vor abnormalem Ladestrom realisieren kann. Wenn ein externer Thermistor verwendet wird, kann außerdem eine Temperaturerfassung und ein Temperaturschutz erreicht werden.

(3) Belastung von Mixed-Signal-Schaltkreisen mit Entwurfsmethoden für geringen Stromverbrauch: Punkte zur Modellierung des Stromverbrauchs, Strategie zur Verwaltung des Stromverbrauchs und Implementierung von drei zu diskutierenden Teilen. Die für die Verwaltung des Chip-Stromverbrauchsmodells anwendbare Strategie wird festgelegt und die Strategie für die Energieverbrauchsverwaltung nach Analyse und Vergleich, die einfachere Implementierung einer einfachen Steuermethode und ein verbessertes Schema zur Optimierung des Stromverbrauchs basierend auf der Last vorgeschlagen.

(4) Design und Überprüfung der Leistung der Hybridschaltung mit geringem Stromverbrauch: Funktions- und elektrische Parameter können direkt mit einer Simulationssoftware auf Schaltungsebene (wie HSPICE, VERILOG, POWERMILL usw.) überprüft und mit den relevanten Literaturindikatoren verglichen werden. Verwenden Sie CADENCE und vervollständigen Sie das Systemlayout. Überprüfen Sie die Erreichbarkeit des Systems, indem Sie Parameter aus dem Layout und der Nachsimulation extrahieren.

Aus dem Obigen ist ersichtlich, dass die Forschungsbedeutung dieses Papiers mindestens die folgenden Aspekte hat:

(1) Die Theorie der geringen Leistung und die synergistischen Überlegungen jedes Teils der digital-analogen Hybridschaltung bilden die theoretische Grundlage für das Systemdesign und die Leistungsoptimierung.

(2) Geringer Stromverbrauch, hohe Präzision und Miniaturisierung sind heutzutage der Entwicklungstrend von Batteriemanagement-Chips, und es ist eine unvermeidliche Anforderung, die Anwendung zu erfüllen. Es ist von großem praktischem Wert, den geringen Stromverbrauch von Batteriemanagement-Chips zu untersuchen.

(3) Die dynamische Energieverwaltungstechnologie auf Systemebene für Einzelchip-Hybridschaltungen erweitert nicht nur die Anwendung der Theorie der dynamischen Energieverwaltung in rein digitalen Systemen und eingebetteten Echtzeitsystemen, sondern überwindet auch die bestehenden Mängel in Kombination mit den Anwendungseigenschaften. , neue Inhalte entwickeln.

(4) Der Forschungsinhalt und die Ergebnisse dieses Papiers haben einen erheblichen Bezug zu anderen Batteriemanagement-Chips.

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