在超低功耗系统中实现更高精度的电池电量计性能

无论是设计超低功耗便携式手持设备还是远程无线电池供电传感器节点，准确测量、预测和报告电池充电状态、电池健康状况和剩余设备运行时间的需求在众多应用中变得越来越重要。

例如，许多物联网 (IoT) 应用程序需要部署由互连的超低电池供电设备组成的可靠网络。更具体地说，部署在工厂内外的工业现场仪器和数据采集 (DAQ) 系统使用远程监视器来感知各种环境和操作条件下的信息并将信息报告给主机系统。远程仪器电池的准确充电状态和健康状态监测对于实现和维护可靠的物联网网络至关重要。

物联网（IoT）正在将现实世界里的“模拟”事件转换成网络的行动和反应，连在网络中的物联网节点能够监测模拟事件，并且在需要报告的事件发生时，将其进行转化后通过互联网报告给应用程序，以完成相应的任务。其中最突出的物联网应用类别是使用电池供电的传感器，它们被放置在没有电线的区域来监测事件，并通过无线网络与物联网通信。大多数情况下，这些产品是始终开启的、由电池操作的无线传感器，支持无线协议、一个MCU 和至少一个模拟传感器。

面临的挑战是在单一电池或一次充电的情况下，如何将产品足以感知环境的续航时间最大化。该挑战可细化为以下方面：

00001. 根据应用程序要求，胜任实时感知任务；

00002. 完成传感器测量，同时尽可能少地使用能源；

00003. 保持“周期性工作”MCU 外围设备，并让 CPU 内核尽可能多地处于睡眠状态。

在这种应用中，很多MCU的典型做法是唤醒MCU内核然后使用各种外设去完成传感器测量。当有事件（例如开门）需要报告时，MCU 进行了报告并返回至其周期性工作规律流程中。这将消耗大量电能，且不能使电池巡航时间最大化，因为运行的“整个MCU”中，包括很多外围设备和无关内核运转都在消耗电能。

实际上，这种方法很可能导致较差的客户体验：客户将设备置于其环境中，将其设置在网络上并启用，但几个月之后，设备就因为较差的电池电源管理能力而停止工作。

TI 的高级传感器和低功耗连接组件等新技术使制造商能够设计无线电池供电系统，显着提高可靠性和性能，同时降低部署复杂性和成本。TI 的电池管理产品组合由众多产品组成，用于确保此类系统的高效、可靠和适当的监控和运行。

例如，TI 的bq27426和bq27220电池电量计需要最少的用户配置和系统微控制器 (MCU) 固件开发。虽然这些产品的标准配置面向更高电流和更高电池容量的应用，例如智能手机，但它们也可以支持低电流应用，如应用笔记“使用缩放增强低电流应用的分辨率测量”中所述。

在 TI 的 SimpleLink™ 超低功耗无线 MCU 平台的支持下，用于低功耗工业物联网现场计量的高精度电池电量计参考设计使用无线物联网、Bluetooth®低功耗、4 1/2 位、100kHz 真有效值数字万用表参考设计（图 1 显示了其框图）展示了如何在低电流应用中提高 bq27426 电量计的精度和性能。 

图 1：无线 DMM 框图

这种性能改进是通过适当调整外部电流检测电阻和各种 bq27426 电池配置参数来提高 bq27426 电流测量分辨率来实现的。在此增强型准确度电量计参考设计中，通过用 200mΩ 电阻器替换标准 10mΩ 电流检测电阻器，分辨率从 1mA 变为 50μA。图 2 说明了与标准 1mA 分辨率解决方案相比，50μA 配置的电流测量精度改进。 

图 2：分辨率测量误差

这种改进的电流测量精度带来了更好的系统电量计量精度和性能。例如，图 3 显示了当无线 DMM 电池从完全充电状态（0 小时）转换到完全放电状态（~28 小时）时两种分辨率配置的剩余时间误差。  

图 3：剩余时间误差

这些图突出了与增强分辨率配置相关的剩余时间估计的显着改进。这在标准分辨率配置跨越 1mA 分辨率边界时尤为明显，如放电周期早期的杂散所示。此外，在需要更低系统负载电流的应用中，性能增量将变得更加重要。

总之，简单的电阻器和电量计参数缩放可用于优化物联网、现场计量和其他需要精确电池状态测量的超低功耗系统。