TW294786B - Digital trimming of on-chip analog components - Google Patents

Description

A7 B7 2〇4786 五、發明説明（3 ) 爲了使選擇類比輸入的量測更精確，該微控制器使用 唯一的校正程序，其中所選擇的參數/電壓在測試期間將 變動，且由間計算對應的校正常數。然後對這些常數格 式化，且增加於程序記憶體中，隨後爲微控制器所使用， 計數更精確的類比輸入電壓値。 微控制器的類比電路亦包含兩充電率控制通道’可用 於控制外部電池的充電/放電率。各個充電率控制器皆包 含數位可程式數位數位類比轉換器（DAC)，可與比較器 合用。DAC對比較器的第一輸入提供可程式電壓，而比較 器的第二輸入接收指示電池電流的電壓。充電率控制器可 使指示感測電池電流的電池實質上等於D A C可程式輸出電 壓，因此可對外部電晶體提供控制信號，其控制電池的 充電/放電率。 每一充電控制器可作爲位階偵測器，可決定輸入信號 是否大於或小於一數1位可程式臨界位階。可在比較器的第 一輸入經DAC處理所禽的臨界電壓而使可程式臨界位階可 數位設定。其中比較器的另一輸入可作爲指示電池電流的 電壓。位階偵測器的功能可設定旗標，使得當類比輸入信 號大於（或低於）可程式臨界電壓時可中斷微處理器。所 以此中斷可使微控制器從沉睡生甦醒，所以其對微處理器 的甦醒提供數位可程式甦醒。 另外，應兩位階偵測器以偵測相反極性，一單一 窗口 偵測器當類比輸入信號大於或低於可程式臨界電壓 時可中斷微處理器。此允許當正及負電流超過預定量 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） ,i^-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

，1T 線 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、 發明説明 (4 ) 1 I 時 可 偵 測 出 來 。此窗口偵 測 器 可 用於 電 壓 中 當 電 池 電 1 1 流 不 使 用 時 其 •置於一裝置 中 ， 可 從電 池 電 流 中 充 t / 放 1 1 電 且 置 於 電 池/充電器中 該 充 電器 可 電 池 提 供 充 電 電 1 流 〇 請 先 閱 1 1 1 微 控 制 器 亦包含一 I2C介面 可： 文持 變 相 兩 線 匯 流 讀 背 1 1 排 及 數 據 傳 輸規程，此規 程 用 於 與周 邊 裝 置 或 *.ut 微 控 制 器 之 1 注 1 裝 置 之 通 訊 〇 該I2C介面使用理解規 程 (C 0 I up r « 5 S i ^ r e 意 事 1 項 P】 .0 t ( )C 〇 1 ) ，以保証數據 之 可 信 賴傳 輸 及 接 收 〇 當 傳 輸 再 填 1 數 據 時 -— 装 置爲主裝置， 且 產 生 時脈 信 號 而 另 丨一 裝 置 寫 裝 頁 1 作 爲 所 以 屬 裝 置。在I 2 C介 面 規 程 中的 每 一 装 置 有 一 特 定 ^ 1 位 址 當 主 裝 置欲啓動一數 據 傳 輸 時， 先 傳 送 欲 交 談 之 裝 1 1 置 的 位 址 如 果爲主裝置所 送 出 的 位址 符 合 從 屬 裝 置 的 位 1 I 址 〇 爲 了 完 成 數據傳輸，主 裝 置 產 生開 始 及 停 止 狀 態 ， 以 1 訂 決 定 數 據 傳 輸 之開始及停止 其 中 數據 在 開 始 及 停 止 之 間 1 1 傳 輸 〇 經 由 使 用I 2 C介面， 微 控 制 器可 在 終 端 應 用 中 依 序 1 I 處 理 〇 此 一 特 徵允許用户可 製 造 單 處理 裝 置 的 板 子 ， 然 後 1 1 在 裝 配 產 品 之 前處理該微控 制 器 ， 此允 許 處 理 最 近 韌 體 及 線 用 户 韌 體 〇 經 由維持裝置之 序 列 時 脈及 序 列 數 據 腳 ， 可 將 1 I 微 控 制 器 1 3置於處理模式 ， 因 此 可將 電 壓 處 理 腳 之 電 壓 1 1 壓 至 處 理 電 壓 。在處理模式 中 可 在终 端 處 理 中 存 取 該 1 1 使 用 者 程 式 記 憶體及測試程 式 記 憶 體。 1 1 圖 形 簡 述 : 1 1 1 由’ 下 Η ; 诉及附圖應可 對 -7 本 發 明詳 盡 瞭 解 ，其中： 1 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、 發明説明$ ) 1 I 圖 1之詳細方塊圖，説明 本發明 之微控 制 器 之 系 統； 1 圖 2爲微控制器時脈循環圖； 1 1 圖 3爲圖1中斜率類比數 位轉換 器之詳 示 意 /方塊圖； f-ν 1 I 圈 4之表説明位址位置及數據格式，用 於 校 正 存 於圈 1 請 1 1 閲 I 之 E P R 0 Μ中的常數； 背 1 圖 5説明用於類比數位 轉換器 之數位 類 比 的 樣 本交 錯 之 1 注 I 序 列·， 意 事 1 項 圖 6爲A/D數據流程圖； 再 填 1 圖 7爲圈1之零點微控制 器電路 之詳細 示 意 /方塊圖； 寫 本 袅 頁 1 圖 8之詳細方塊圈説明 微控制 器之第 一 充 電 控 制器 / ·<_^ 1 位 階偵 測器； 1 1 圖 9之表説明依據log A D C記 綠圖最上 面 5 位 元之 圖 1 I 1 的D A C之電流輸出； 1 訂 圖 1 0之表説明依據1 〇 g ADC 暫存圖 之 最 下 面 3位 元 1 1 之 圖1 的ADC之微調電流輸 出； 1 I 圖 1 1之表説明充電/位 階控制 (C H G C 0 Ν ) 暫 存 器之 位 1 1 元 :且 線 圖 12爲第二充電控制/ 位階偵 測器的 詳細方塊圖； 1 I 圈 13爲依據Ι-C規程之 開始及 停止態 的 圖 形 ； 1 1 圖 14及15説明7位元及 1 〇位元格式， 以 定 址 I C 裝置 * 1 1 圖 1 6説明從屬裝置認知 之產生 ； 1 I 圈 1 7爲使用7位元格式 之I - C 示例之 圖； 1 1 圖 18之詳細方塊圈説明 圈2之 I - C介 面； 1 1 圖 19説明與Ι-C介面有 關的波 形，用 於數據接收； 1 1 -8 - 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7

五'發明説明（6 ) 圖2〇説明與Ι-C介面有關的波形用於數據傳檢 圈説明圈i微控制器中典型電路串連可程式連接； 圈22之表説明用於串連程式操作之不同命令， ’ 闽23及24説明用於串連程式操作的相對應負載命令 及讀取數據命令；及 国25爲圈1之微控制器的方塊圈，其型態可用於兹視 外部電池。 較佳實施例之詳細説明： 系统概述 現請麥閲圖1，該样細方塊圈説明本發明之微控制器 積雜電路10,巨微控制器10的型式可爲由Micr〇chip Technology Incorporated 所製造的MTA 140**/Callisto 可程式控制積禮電 路之型式，其可用於電池負載及電池監視。微控制器的設 計可用於可攜帶式計算，蜂巢電話中的高積體應用，亦可 用於需要電池充電及監視控制的低成本產品。然而須知微 控制器10及本發明並不限於此應用，且可用於其他應用 (如需準確量輸入類比電壓者），此將於下文中詳述。 微控制器10包含微控制器核心12,其可爲PIC 16C6*/7* 微控制器核心，亦爲 Microchip Technology Incorporated所生產。微控制器核心爲一 8位元減少指令組電 腦（RISC)CPU,其包含 8位階之深槽及複數個内外中斷 源。微控制器核心爲一指令及數據匯流排分開的哈佛結構 (harrard architecture),可允許含有8 .位元廣數據之12位元 -9 - 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） --------i ------IT------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、 發明説明（ 7 ) 1 I 廣 指 令 字 元 〇 而 且 二階 指 令線路可允許所有的养 ί令（ 總 共 1 1 有 3 5個 ) 在 單 循 環 中執 行 ，而需要雙 循 環 的 程 式 分 支 除 1 | 外 〇 1 I 現請 參 奪 圖 2 , 其爲 微 處理器核心 12 的 時 脈 循 環 〇 從 請 先 1 1 脚 0 S C 1 或 内 部 振盪 器 4 2輸入的 時 脈 分 爲 四 m 相 閱 讀 1 背 1 Q 1 » Q 2 Q 3 及 Q 4 , 其中 四 傾相產生完 全 的 理 時 脈 環 循 〇 面 之 1 I 完 成 任 何 指 令 需 要 兩時 中 四個相產生 完 全 的 處 理 時 脈 環 意 事 1 循 〇 完 成 任 何 指 令 需要 兩 時脈循環，- -指 令 在 一 時 脈 循 環 項 再 1..,. 填 1 期 間 得 到 ，且在下- -時脈循環期間執行。 然 而 由 於 二 階 線 寫 本 Λ I 路 » ' 指令 糖環 的 執 行與 下 —指令循環的取得重疊， 因 此 有 頁 '—^ 1 1 效 減 低 循 環 時 間 至 每一 指 令只有一時脈摘 環 〇 然 而 如 果 一 1 | 指 令 導 致 程 式 計 數 改變 ，如G 0 T 0指令 ,則 需 二 循 環 以 完 成 1 1 該 指 令 〇 簡 古 之 » -取得在時脈循環之 Q ] 部 份 期 間 增 加 程 1 訂 式 計 算 ( PC ) 時 開 始。 該 取得指令存 鎖 於 指 令 暫 存 器 中， 1 | 而 在 時 脈 循 環 之 Q 2 至Q 4部份期間解碼 且 執 行 〇 1 I 微 制 器 核 心 1 2包 含 監看狗（w a t C h d 〇 ί ?) 計 時 圖 1 1 14, 其 可 使 用 不 需 任何 外 部組件的自 由 跑 % 晶 片 上 R C 振 線 1 盪 器 實 現 〇 該 監 棄 •狗討 •算圖含一 1 8 n \ S B C 的 额 定 暫 停 周 期 〇 然 而 如 果 需 要 較長 的 暫停周期時 ,則 在 軟 體 控 制 下 分 1 1 割 此 例 可 至 1 :1 2 8的勞 ί定標圖 ( p r e S C a 1 e r ) 可 指 定 予 1 | 監 視 狗 計 時 器 〇 結 果可 使 暫停周期達到2 .3 秒 〇 1 I 微 處 理 器 核 心 1 2可 包 含即時3 2 / 計 數 器 (κ Τ C C ) 16, 1 1 及 執 行 計 算 的 數 學 邏輯 單 元（A L U ) 1 8 〇 且 包 含 可 抹 除 可 1 I 程 式 唯 讀 記 憶 體 (E P R 0 Μ )2 0，其包含 校 正 記 憶 趙 空 間 的 1 1 -1 0 - 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） A7 B7五、發明説明（8 ) 字元，可儲存不同的校正常數將於下文中説明。而且微處 理器核心12包含用於暫時儲存的隨機存取記憶（RAM)22, 出 輸 之 般 斷 前 中比 且 類 ο 位 / 數 ί 的 心 核 供 器 提制 可。控 4’斷微 令中成 指應形 制回備 ^且設 } 收邊 /0接遇 I 可比 /|\ ， 6 I 2 些 器一 入制 輸控 比 fin 類 位 數 及 沉 狀 號 信 供 提 備中 設用 邊應 避箱 比多 類於 位用 數使 此其 〇 t 端 6 制 控 視 監 及 電 充 池 電 如 位有 數所 il 性 0 其 使 制 控 所 心 核 器 制 控 微 由 接 直 能 功 比 類 化 費 消 而 性 動 由 經 許類 允位 且數 ’端 位大前 數最 的到 率 斜 含 包 備 設 邊 週 比 工 多 及 器 換 轉 轉速 入中 輸30 比器 類換 位轉 數 D 部A/ 外斜 的傾 換 。 轉數 將計 個位 多 數 許的 允準 可位 ’號 2 ί 3 信 x)w U 指 Μ ί 成 器換 監 於 適 其 器 換 轉 度位 準數 精在 高 之 中 路 端 前 比 镇 視尚 9 號 信 C A 頻(b 低隙 及帶 C 4 a g d η a 考 參 --------；.裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 之 源壓 恩電 電供 考提 參 8 3 部 外塊 除方 消割 可分 其壓 ’ 電 4 3 亦 要 需 塊 方 考 參 隙 帶 參 率 斜 低 率 斜 高 生 1¾¾ 以 4 考 3 本 基 ο 用 使 所 ο 3 器 換 轉 D / A 率 V 斜23 爲 .以」 壓壓 中 器 換 轉 位 數 比 貝 0 於 用 且 考上 參測 率侦 斜率 高斜 上的 線 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 限約器 3 考 參 率 斜 低 上 本 基 帶 且 而 0 伏 率提 斜 4 高 塊 爲Μ i-方 考 - 參 隙 參 供 的 壓 低 予 或測 ’ 偵 9 / 壓 1 電 内 1 或 \—/ 4 C 5 ο /V 號 信 盪 振 部 。 内 現擇 出選 之ο 壓塊 電方 測選 偵器 以 έ 8 教 其 / ( A 號率 信斜 έ 對 lgu ^5^ zi信 Η Μ I 4 拍 部的 由 經

擇 選部 該外 0 及 }號 供信提ί 2時 4 Β 器供 盪提 Μ. ο 與 3 部 内器 換 轉 D 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ^4786 A7 B7 明ί 説號 明信微 發脈 、 寺 五

L ο 器 制 控 片 晶 含 包 尚 Ε V 壓 電 節 調 部 外 供 消 以 提電 可。 ’要 4 4 需 器之 置節 控調 節整 調電 恩部 電外 上除 控 電 充 成 形 以 合 結 制 8 自 控Ϊ 1 調 及 ο at/ii 肩 5 或器道 3 換通 可比 I類 電泣 作數 操位 的數 4 ^ 4 元 器位

V 器器 較較 比比 兩及 與 C A \JX s D c 雙 )A該 離器 分制 兩控 或微 器斷 測中 積於 用 口可 窗器 1 測 單 债 爲階 可位 ’些 器這 JB'且 偵而 階。 倩器 爲測 作偵 替階 交位 可的 或晶,1 心 核 應 之 視 監 度 溫 部 内 。 需 Ann 旁 功用 測可 偵 或 限 或 醒 甦 供 提 者 4 5 器 則 ·} 感 度 溫 上 片 6 5 度 路確 電準 點之 零測 及量 波入 濾輸 。 比 用 類 零 擬 模 由 可 術 技 點 零 此 値電 低低 加測 增量 而加 態增 狀於 流用 可 --------'-裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、訂 度- I 砗 一 準含 的包 流亦 池 C 訊。 脚 〇 據相1 數置器 連裝制 中-C控 其Ι-微 制 控 微 <v 許 ί 允腳 可脈 ’時 8 5 連 器串 制及 控> 面 介

A

L C 亦 面 介 使 時 用 使 端 終 於 用 當 由的式 經他程 10其爲 器與作 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 器圏 換考 轉參 /D請 A 現 率 斜 率 斜 0 圈 2 2 / 意 器 換 轉 D / A 率 斜 爲 其 縯 爲 ο 3 器 換 轉 ο 示心 的核 盡的 詳路 更電 之端 前 比 之 捐 選 經壓 中電 入的 輸入 比輸 類擇 的選 入到 輸得 處以 2 ， 3者 器數 工計 多位 在數 個爲 多換 將轉 可入 且輸 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（1 0 ) 量測。例如類比數位轉換器 3〇可用於轉換電池電壓，電 流及溫度爲數位計數値，以用於電池監視及充電控制。多 個經由多工器32選擇做爲類比數位轉換器的類比輸入可 包含表示電池電壓（BATV)的類比輸入，一電池電流 (BATI), —電池溫度（BATT)，一内部數位類比電餐 (RA3/AN3). —經帶隙（bandgqp)麥考方塊 34的帶 區參考電壓，經電壓分割方塊 38的高及低斜率參考電壓 (SSREFHI.SREFLO), —經溫度感測器 54的 溫度 電壓，及兩DAC輸出（充電OAC A及充電DAC B)，其經 雙DAC方塊 48。 RC低通過濾器103耦合於類比多工器32及比較器 1〇1的非轉換終端之間。RC過濾器的基本時時常數爲 5msec ° 斜率A/D轉換器30的核心爲一精確比較器101，其包 含非反相輸入，可經耦合而接收經選擇的多個類比輸入之 一，及一反相輸入，可耦合外部腳l〇5(RAMP 腳）。外部 電容圖104與腳105耦合，而產生跨過其上的斜波（ramp) 電壓。 4位元可程式斜率控制DAC102包含多個可切換電流 源，可視需要控制外部電容器1·〇 4之充電電流，其範園從0 至375微安，每步階爲20微安，且經一 4位元數位控制信 號ADDAC。外部電容器可値例如可0.1UF,且可有最適 結果的低電壓係數。 比較器 101之輸出提供予計數/補捉計時器1〇6之 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) A4規格（210X297公釐〉 ---------;-I------ir------it (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、 發明説明（ 1 1) 1 1 輸入 而 計時106之輸出則作爲補捉 暫 存 器 10 8 的 輸 1 1 入 〇 1 I 電晶體1 0 9 與 D A C 1 0 2耦合，如果信 號 A D R S T 爲 邏 1 I 輯 "1 U 時 ,可使所有的電i 良失能 〇 請 先 1 1 操作時 經由多個通過多工 器 3 2的 類 比 輸 入 中 選 擇 鬩 讀 1 背 1 之 一 輸 入 » 而 將每一數位 類比通道轉換 成 獨 立 的 數 位 計 面 之 1 | 數 〇 此 轉 換 先 重設定計數圈1 〇 6及暫存 器 1 0 8, 而 同 時 事 1 將 外 部 •容器放電至地 面，以 預定最 小 時 間 » 如 2 0 0 項 再 填 1 m £ e C 。然後放開重設定 且當基於爲D A C 1 0 2所 提 供 的 % 本 裝 且同時電 使 頁 1 充 電 電 流 計 數 器1 0 6開始 計數， 容 器 開 1 ΰ 4 充 '—' 1 電 〇 須 注 意 由 於微控制器 1 〇消 除中間效應的能力， 因 此 1 | 電 容 器 1 0 4 放 電所需的時 間不需 極準確的 正 位 於 重 設 時 之 1 1 非 零 電 容 電 壓 。同樣地器 開始計 時的時間 也 並 不 一 定 要 正 1 訂 位 於 電 容 器 開 始充電的時 間。當 路外部電 容 器 1 0 4 的 電 壓 1 | 超 過 所 選 擇 之 類比輸入的電壓時，比較器 1 < )1 從 邏 輯 高 1 I 位 準 切 換 到 遲 輯低位準， 此項遷移將會 中 斷 微 控 制 器 核 1 1 1 ί , 因 此 一 中 斷控制信 號使其 鎖住計- 數 圖 1 0 6 對 補 捉 } 線 1 I (c U P t U r e ) 暫存器 10 8計數 ，而導數 一 補 捉 事 件 〇 存 在 暫 存 器 1 0 8中的計數 代表電 容充電且 超 過 所 選 擇 的 類 1 1 比 輸 入 電 壓 所 需的時間， 且符合 所選擇類 比 輸 入 的 電 壓 量 1 I 測 〇 然 後 此 項 計數用於對 類比輸 入得到更 精 準 的 電 壓 量 測， • 1 I 比 較 器 1電壓輸入係由下 文將説 明的唯一 校 準 程 序 及 濾 過 1 1 器 演 算 法 〇 同 樣地，每一 類比輸 入的數位 一 可 經 由 多 工 器 1 I 時 脈 而 獨 立 選 擇每一類比 輸入得 到，因此 可 得 到 多 悃 數 1 1 1 -14· 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（1 2 ) 位類比輸入中每一輸入的電壓之數位量測。 校正程序 爲了使所選擇類比輸入的量測更準確，本發明使用唯 一的校正程序，茲説明於下。 一般而言在測試期間調整或微調需最小之麥數組’而 校正常數將被計算且存放在EPROM使用者空間。此最小 參數組所需之微調包含斜率A/D轉換器之下斜率參考電壓 對上斜率參考電壓的比値，帶隙電壓，内部溫度感測器電 壓，及選擇的振盪器頻率。結果。所以本發明在測試期間 量測這些參數且計算校正常數，且更常數値存於EPROM 2 0之使用者空間，以利於往後之取得及使用，這些常數 的使用增加了 A / D量測的準確性。 A . A/D斜率參考校正常數（Kref) 晶片上斜率A/D轉換器30需要已知兩電壓點之間的 比率，以決定線性遷能功能的係數。斜率參考產生器 36(圖1)經由從帶隙參考電路34所提供的帶隙電壓而產 生上斜率電壓及下斜率電壓。上斜率參考電壓對下斜率 參考電壓的比例由其相對電壓的量測値中計算出來。尤 其是用於計算A/D 斜率參考校正常數的步驟説明於下。 設定類比多工器32以選擇上斜率參考電壓 (SREFHI)，其爲斜率參考產生器36所提供的電壓之 一。使用精確的電壓量測電路，量測上斜率參考電壓且紀 錄其値。精確的電壓量測電路與多工器32的輸出耦合， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------------1T----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 的4786 B7 五、發明説明（1 3 ) 且可定位於分開的測試負載板上。現在將類比多工器 32切換以選擇下斜率參考電壓 （SREFLO)， 其爲斜率 參考產生器36的另一輸出。使用精確的電壓量測電路， 量測多工器32輸出處的下斜率參考電壓，且紀錄其値。 現計算校正常數Kref，其値等於比値 SREFLO/(SREFHI-SREFLO ) B .帶隙參考電壓校正常數 （Kbq) 從帶隙參考電路34所提供的帶隙電壓約爲1. 23伏。 但是此電壓與所供應的電壓（小於一微伏）及溫度（基本 上小於10微伏）存在相關性。結果由帶隙參考電路34所 提供的實際電壓爲存在EPROM20中的量測値。爲了得 到電壓量測電路3 4所提供的電壓之實際量測値，所以使 用 下列程序。首先設定類比多工器3 2以選擇電壓量測電 路34的輸出電壓。應用指令實際量測多工器時脈之輸出 處的帶隙電壓，此量測之電壓爲帶隙參考電壓校正常數 K b g 〇 C. 溫度計校正常數 （Kthrm) 雖然内部 溫度）9 5 / 溫度計3 4的 溫度係數對 溫 度變化顯得相當穩定，但電壓輸出的絶對量可隨製程而有 極大的變化。因此，溫度計54的輸出電壓之絶對量可在 預定度下量測，而此量測値可存在校正的E P R Ο Μ内。 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） I I I •裝 訂 . 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 Μ Β7 經濟部中央揉準局員工消費合作社印製 五、 發明説明 (1 4 ) 1 I D • 溫 度 係 數 校 正 常 數 1 1 溫 度 計 的 溫 度 係 數 假 設 對 溫 度 相 當 穩 定 r 然 而 溫 度 係 1 1 數 對 製 程 而 古 存在輕微的變化 。此 相 關 性 可 經 由 先 量 測 r—v 1 ! 溫 度 計 電 壓 ( 在 多 工 器 3 2 的 輸 出 處 ) ， 然 後 基 於 些 量 測 電 請 先 I 1 壓 値 ， 調 整 溫 度 係 數 校 正 常 數 i K t， =) 而 外 插 得 到 〇 閲 讀 背 1 1 溫 度 係 數 校 正 常 數 可 從 相 對 於 不 同 溫 度 之 溫 度 計 輸 出 之 1 注 1 電 壓 的 特 性 數 據 得 到 9 其 中 溫 度 計 輸 出 電 壓 及 其 斜 率 之 間 意 事 1 項 I 存 在 相 關 性 Ο 結 果 基 於 給 定 溫 度 的 輸 出 電 壓 9 可 補 充 溫 度 再 4 1 計 的 溫 度 係 數 而 改 進 準 確 度 〇 本 裝 頁 1 雖 然 對 於 A / D 轉換 器準確, 的 增 加 並 非 唯 — 但 下 ^^ 1 列 兩 個 常 數 常 於 準 確 量 測 時 間 基 準 / 事 件 而 "a 相 當 重要 〇 1 1 | E 内 部 振 盪 器 校 準 常 數 〔Κ i I 1 ) 1 訂 由 於 程 序 變 動 之 内 部 時 脈 頻 率 校 正 其 精 確 度 必 需 相 當 1 1 度 〇 校 正 因 素 F o S C 從 内 部 時 脈 之 量 測 頻 率 中 計 算 出 來 1 I 其 在 外 部 0 S C 2 / C L Κ 0 U Ί 胸 中 量測 。尤 其 是 校 正 因 素 1 1 K η 爲 (( 量 測 頻 率 - 3 . 0 0 Μ I Λ ζ ) / 1 0 Κ Η Ζ ) 的 整 數 函 線 數 〇 注 意 此 乃 假 設 量 測 頻 率 大 於 3 0 0 Μ Η ζ 0 1 ! F 監視狗（ W at C ti d 〇 ?) 計 時 器 校 正 常 數 (κ w d t ) 1 1 由 於 程 序 變 動 監 視 狗 計 時 器 的 頻 率 之 校 正 亦 需 要 相 1 1 當 高 的 精 確 度。 校正因素K W d t 從 圖 1 之 監 視 狗 計 時 器 的 1 I 頻 率 4 中 量 測 〇 雖 然 而 外 部 脚 中 並 沒 有 提 供 監 視 狗 計 時 器 的 1 1 頻 率 9 但 是 監 視 狗 計 時 器 的 頻 率 可 由 監 視 狀 態 暫 存 器 中 1 1 預 定 位 元 的 邏 輯 態 而 量 測 之 其 中 該 指 令 7 的 邏 輯 態 可指 1 1 1 -1 7 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（1 8) 出監視狗計時器信號的邏輯位準。校正因數Kwdt等 於【（量測頻率/ 1 Η Z ]。 得到上述每一校正常數/因數之後，每一 con /因數 皆依圖4之位址位置及數據格式在EPROM記憶體20中格 式化。 使用貯存校正校準常數的A/D轉換器 由類比數位轉換器30所得到對應輸入電壓的A/D計 數値之轉換爲依據EQN.1所示公式的微處理器核必12所 執行。 (Cin-Coffset)_

Vin x Kbg EQN. 1 (Cbg-Coffset) Coffset=Crefl〇-Kref (Crefhi-Creflo) Vin=選擇輸入之結果（數位） 絶壓電壓値； Cin =選擇8之A/D計數値； Creflo = A/ D低參考點之A/D計數値； Crefhi=A/D上參考點之A/D計數値；且 Cbg =電池參考用的A/D 計數値。 該偏移項補充開啓（turn- on)延遲及電壓偏移，其 發生在啓動斜率A/D轉換器之電壓斜坡（ramp)時。例 如，如果斜坡計數器在斜坡電壓開始增加前開始計數，或 如果斜坡電壓並沒有在電壓正等於零時開始，則每次轉換 時將開啓偏移計數。所以偏移項爲開啓延遲及偏移電壓的 計數値。 當對多個類比輸入執行A/D 轉換時，本發明使 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） _裝 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明説明（1 6 ) 用於A/D轉換的類比輸入之選擇交錯使用，以使得高度優 先信號的取樣率達到最大，如電池電流，且可減低改變相 當慢的低優先信號的取樣率，如溫度輸入。現請參考圖 5，圖中爲對於不同類比輸入信號取樣的交錯優先圖。電 池電流爲最高優先，所以每16個A/D循環取樣8次。經由 外部溫度計輸入的電池溫度及内部溫度皆爲每16個A/D 循環取樣1次。同樣地電流網路零電壓，或帶隙電壓，及 A/D下及上參考電壓皆爲每16個轉換循環取樣一次。 爲了穩定參考値及增加A/D之精確度，由類比數位轉 換器所得到的某些類比輸入的組計數數據在 計算A/D數位類比輸入的實際電壓値之前先濾波。現 請參考圈6，其爲A / D數據流程圖，包含濾波器演算法 112至及平均演算法115至116，可用於從A/D 計數値 中計算實際電壓値。對於帶隙電壓（Cbg)的計數値在計 算所後得到的1 6個計數値的移動平均時加以過濾。帶隙 計數（cfbg)的過濾値應用EQN.2加以計算。 ----------^------1T-------.^. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) (Cbg!

(15 X Cbgi.J

Cfbgi EQN. 2 16 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 其中i爲交錯序列號碼。然後帶隙計數的過濾値提 供予微處理器核心12，且用於計算方塊118之輸出的電 壓，將於下文中説明。經由計算最後得到的1 6個計數値 之移動平均而過濾計數偏移値（Coffset)，如EQN.3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（7 ) 中所得到者。 (Coffseti 4· (15 x Coffset1 ,x))

CfOffset = i EQN. 3 16 其中

Coffset i=Creflo i-Kref(Crefhi i ~Crefloi) 偏移計數的過濾値（Cfoffset)亦提供予微處理器 核心1 2，且用於計算A / D輸入電壓。經由計算最後得到 的16個計數値的移動平均可過濾電流輸入零點偏移計數 (Clzero)，如 EQN-4·所示。 <CIzer〇i + (15 x Clzero卜J )

CfIzero - ~ ~" EQN· 4 16 此電流輸入零點偏移計數 （Cflzer。）亦爲微處理 器核心12所用以計算輸入電壓。本發明亦對由電池電壓 及電池電流通道所得到的組計數値加以過濾/平均。電池 電流計數値（C I b a t )的過濾方法爲將交錯序列中輸入通 道的8個樣本加以平均，如EQN. 5所 示： 7

Cflbat = (Vb) Σ (CIbats) EQN. 5 s=0 過濾電池電流計數値（c f I b a t )減低送至追蹤電池容 量之數位整合器的數據品質。 同樣地，電池電壓 （CBatV)的計數値的過濾法 -2 0 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -裝 訂 線 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 294786 五、發明説明（1 8 ) 爲：平均來自交錯序列中的兩樣本，如EQN.6所示

CfVbat = (¾) sl〇 (CVbats) EQN. 6 下列之過濾計數値，及存在EPROM20中的校準常數 可用更精確地計算數位値，該値對應於電池電流及電池電 壓，如EQN.7，8所示。 VIbat (Cflbat - Cflzero - CfOffset) (CfBg - CfOffset)

Kbg EQN. 7 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Wbat (CfVbat - CfOffset) (CfBg - CfOffset) x Kbg EQN. 8 注意EQN. 7包含分子中的一項（Cflzero)，其爲對 應至輸入零點電流狀態的一項且用於增加低電流値的量測 精確度（將於下文中更詳盡地説明）。另外對於内部及外 部溫度電壓之較精確數位値可用EQN. 9，10計算之。 VTint 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 VText (CTint - CfOffset) (CfBg - CfOffset) (CText - CfOffset) (CfBg - CfOffset) x Kbg EQN. 9 x Kbg EQN. 10 所以，本發明包含量測及在記憶體中存放不同的校準 常數，及不同的過濾演算法，可使所選擇的類比輸入可很 精確地加以量測，該類比輸入如外部電池之電壓，電流及 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（1 9 ) 溫度。零點電路當試著量測低位階數位類比信號時，必需 正確地知道零參考點，以得到準確的結果。所以，本發明 包含零點技術，以增加低電流値量測之準確度。請參考圈 7，其爲方塊56(圖1)之零點電路 138的詳細示意/方 塊圈。零點電路包含兩耦合通過閘及142，可模擬0 電流狀態。如開關140，142(其可爲場效電晶體之型式） 並沒有精確耦合，則此不耦合値可量測且存放於 EPROM20中作爲额外的校準常數，以改進A/D之準備 度。開關142可對微控制器核心12信號 ADZERO產生回 應，而開關140可對其經由反相器141轉換的轉換値產 生回應，而且在零點輸出138中包含輸入保護電路 147 及可切換電流偏壓源1 4 9。 操作時，當開關1 4 0打開，而開關1 4 2關閉時，對應 至零點電流狀態的電壓提供予多工器32(及比較器50或 51)。結果可模擬在腳143的零點電流狀態。此使得斜率 A/D轉換器可得到對應至脚143處之零點電路的數位計 數。因此，當開關1 4 0封閉，而開關1 4 2打開時，則對應 到下一類比電流量測的下一數位計數（在腳1 4 3處）相對 於此零點計數計算。當需要高精確度時此零點電流在低電 流時提供很高的精確度。 ‘ 爲了補捉較小的電流腺衝，以選擇過濾電容152可耦 合至電流平均腳154且接地。電容 152及内部電阻156 形成RC 内部以做爲DC平均過濾器，其中電容 152可調 整以得到所需要的時間常數。開關158耦合於零點電路 -2 2 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _裝 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（2 〇 ) 138及IAVG腳154之間，且在A/D取樣期間封閉，且 在零點操作時經由由信號ADZERO的反轉而自動打開。 在電池監視之應用中，零點電路 138可用於增加爲 電池4 6所提供之量測電流的精確度，此時經由外部感測 電阻（1 5 0 )串連電池在於腳1 4 3處量測，電池1 4 6之輸 出與電路節點148耦合，後者復與脚143耦合，且經由感 測電阻器1 5 0接地。電阻器1 5 0基本上爲低電阻，例如， 値爲0.05ohms。結果在跨電阻器150處產生低電壓， 對-+/-5-amp電池及0.05 ohm感測電阻器，電麼値 介於- 0.25至+ 0.25伏（極性爲電池充電或提供輸出電 流的函數），由此電壓値在腳143處顯現。而且在低電池 電流的例子中，跨電阻1 5 0之電壓很小，例如爲微伏之大 小。因此爲了在低電流下得到電池電流的準確量測，知道 對應到零點電流狀態的A / D數位計數相當重要。例如，如 果一零點電流狀態對應至A / D數位計數1 0 0，則當量測對 應到電池電流的電壓時，必需考慮些偏移，尤其是對於產 生相當低數位計數的低電流時。如上所述，零點電路 138經由模擬開關140 及142的零點電流狀態而提供此 零點電流値。 充電控制/電流偵測器 如系統概述中所述者，微控制器1 0包含雙三階8位 元 DACs，其可與比較器50及51組合（圖1)形成兩充 電率控制通道。 -2 3 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2IOX297公釐） H- - - I n I n -- - - I _ _ n I T I I I n I ! (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印繁 A7 B7 五、發明説明ρ ) 請參考圖8，該詳細方塊圖，示雙DAC(201)之一， 其與一比較器（50)相結合，以包含第一充電控制通道 (通道A)。簡言之DAC201在其輸出處（多工器208之輸 出提供可程式電壓，予比較器50的非反相輸入。比較器 50之另一（反相）輸入經耦合後可接收零點電路56之電 壓，其指示如從外部電池所感測之電流。當一充電控制 模式操作時，比較器50的輸出耦合過XOR閘212，且在 外部腳214處提供充電控制信號，其中外部脚214與外部 場效電晶體（F E T )耦合以控制電池充電電流。在充電控 制模式中，圖8的充電控制電流提供回饋以使（對應第二 電流的）電壓實質上等於DAC201的輸出電壓，且有效地 控制爲電池所見之充電量。 當做爲位階偵測器操作時，該電路作爲電池電流監視 器，使得電池（對應於電池感測電流）低於，或高於D A C 201之輸出電壓時，比較器50改變狀態，且經由設定甦 醒中斷旗標（flag)(WUIF)而中斷數位核心12。 另外 此中斷可以沉睡/閑置模式甦醒微處理器。 現請更詳細參考 DAC 201，其包含兩電阻階203 , 204，電流源205，及類比多工器207，208。電阻階 203做爲輸出電壓的期間調整'，而電阻階204作爲第一 階輸出之微調。期間電阻階2 0 3與電流感測偏壓電阻符 合，因此使階之中心點約等於零點電流。結果此允許DAC 201 控制或監視充電或放電電流，即正及負電流。 電阻階203包含有32個接頭，且分成兩段，第一段 -2 4 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） ---------L _^------1T------# (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明P ) 用於控制頂充電率，且解低度爲5mV，且範圍爲+ /- 50 mV。此對100 mA之電流解析度及+ /- 1 amp之範 圍，其中使用偵測〇 . 〇 5 〇 h m感測電阻。 第二段用於快速充電，其中解析度爲50 mV，最大 範圍爲+ /- 0.35V。此對應電流解析度1 amp及範園 + / - 7 amp，其中應用 0.05 ohm 感測 *ve。 DAC201之電壓及範圍示存於DAC暫存器（LDACA) 中邏輯位元的値而定。 LDACA暫存器爲一數據暫存器可控制DAC201的輸出 電壓，其中LDACA暫存器的上五位元（位元3-7)控制多 工器207以依據圖9所示之表經由階203選擇電壓輸出範 圍，其中亦使用一 0.05〇hm電阻顯示對應之感測電流範 圍。表之下部指出對應電池充電的負電流。而LDACA暫 存器中三個較低位元（位元0-2)控制多工器208以依據 圖10之表經由階204選擇微調。 例如，如果需要340mA的正放電電流，則LDACA暫 存器設定爲二位元値 " 00011010 "。 上 5位元 (" 00011 ")產生圖9所示的300-400mA之期間範圍， 而下三位元（"010")選擇設定（3/8)乘以期間範圍最大 値的微調，如圖1 〇所示，或約’ 3 7 . 5 m A。注意如果需要 3 4 0 mA的負充電電流，則LDACA暫存器設定爲 ” 1 0 0 1 1 0 1 0 "之二位元値。 類比多工器208的輸出（其爲來自DAC 201的數位類 比輸出）被提供以作爲多個A/D 轉換器之一，且可經外 -2 5 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） m am fm lm§w ml m ^^1 nn —ml ^^^^1 ^^^^1 ^^—^1 ^ , vm nn I nn nn f (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 2^4786 A7 B7五、發明説明（2 3 ) 部腳201與外部過濾電容相連接。數位類比多工器208的 輸出耦合比較器50之非反相輸入，比較器50含反相輸入 感 在之 後} 合， 耦 經 池 部 外 應 對 收 接 可 後 之 6 5 路 點 零 過 通 第 之 者 後 ， 入 輸 〇 之 壓12 電 2 則閘 >»/ 感 R ο 流 X 電合 的耦 流出 電輸 測之 ο 5 器 較 比

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L ο P C 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 經之 可應 亦 o c

及 B 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明説明Μ ) 請參考圖1 2，其爲第二充電控制/位階偵測器通道 (通道B)的詳細方塊圖，其使用方塊48的第二DAC (以 201·表之）及比較器51。充電控制通道B與圖8的充電控 制通道A極相似，其中圖1 2之組件同於圖8之組件者以相 同的代號表之。通道B之比較器50的輸入相對於圈8之比 較器50反相，因此比較器51的反相輸入耦合DAC 201' 的輸出，而比較器51的非反相輸入經由對應第二電池電 流（BATI)的零點電路接收電壓。而且在DAC201，之輸 出處 所提供的電壓爲DAC B(LDACB)暫存器之8位元 所控制，其方式同於LDACA暫存器控制DAC201之輸出 處的電流，並依據圖9及10所示之表執行。 如早期所示，雙充電控制器/位階偵測器，當輸入信 號超過或低於可程式臨界位階時亦可用於偵測。甚至當沒 有執行充電控制時，充可使用位階偵測器。在此例中， CHGCON 暫存器的充電控制致能位元仍位在邏輯 "〇 "。現請參考圖8的通道A，可程式臨界位階可用數位 方法設定，此乃經由通過LDACA 暫存器之DAC201的所 需電壓輸出的程式化達成。此意謂預定的可程式臨界電壓 提供予比較器50的非反相輸入，使得當出現於比較器50 之反相輸入的信號超過可程式’臨界電壓時，比較器50切 換邏輯狀態，然後此邏輯改變可用於設定旗標，以中斷微 處理器核心12，且呼叫馬上採取行動。而且，比較器50 溫度之邏輯態可由讀取CHGCON 暫存器（位元 2)而加 以監視，如上所述者。 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 裝 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 B7 五、發明説明P 5 ) ； 含數位可程式臨界之甦醒功能微控制器10包含一沉 睡模式（sleeP m〇de)，其爲執行特定的Ά睡指令達 成。在沉睡模式中，晶片上振重器關掉’但監視狗計時器 持續動作。而且微控制器10包含-冬眠（hibernate) 狀態，其同於沉睡模式，但此時監視狗計時器關掉’當振 盪器失能，這些模式可使功率消耗低，因此節省功率。 當一件事件發生，如外部重設輸入，&視狗計時器時 間到（致能），及在I 2 C串聯線路上偵測到開始/停处位 元，或當A/D 轉換完成時，則微控制器1〇從沉睡模式·-中 甦醒。如 果微控制器10用於電池監視或充電用，則當感、 測電池電流超過或低於可程式臨界位階時，可用位階偵測 器加以偵測而使微處理器核心1 2甦醒。參考圈8，當表示 電池（BATI)之感測電流的第二電壓超過爲DAC 201從 設定的可程式臨界電壓時，比較器50從邏輯高態切換至 遲輯低態，因此設定一甦醒中斷旗標（WUIF)，且使微處 理器核心1 2中斷。結果微處理器核心1 2可馬上離開沉睡 模式，且從電池中增加的電流輸出足以準確且合時地 視位階。 同於上述者，通道B (圖1 2 )之位階偵測器，當另一 輸入信號超過或低於數位可程·式臨界位階時，可做爲一獨 立的位階偵測器。例如，當通過零點電路之電壓超過爲 D A C 201所設定的可程式臨界電壓時，比較器51從邏輯 低態切換至邏輯高態，因此設定甦醒中斷旗標 (WUIF)，且中斷微控制器核心12。 -2 8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----------f------ΐτ------'.^. ,ν (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明C 6 ) 另外，經由使該兩D A C偵測相反極性，可裝配一窗口 侦測器（window detector) ，其中超過可程式臨界 的正電池電流及低於可程式臨界的負電池電流可中斷微控 制器核心，因此可相對地讀取表示比較器50及51之輸出 的邏輯位元 CC0MPA及CC0MPB，而決定兩 偵測器中 那一偵測器導致中斷。通常此一窗口 偵測器用於電池 偵測應用中，當現在不使用的電池，隨後置於一裝置 中，如camcoder其從電池電流中抽出/釋出電流，或置 於提供充電電流予電池的電池充電器。在此二狀態中，皆 不可避免地必須馬上使微控制器核心甦醒，以偵測此電流 而準確地量測電池功率。 積體電路間（I2C)介面微控制器10支撐雙向二線匯 流排及數據傳輸規程。尤其是I2C介面58爲一串連介面 ，可用於與其他周邊裝置或微控制器裝置如串連 EPROM，移位暫存器，顯示驅動器，類比數位轉換器通 訊， 而且I2C介面（58可與體積電路間（I2C)規格，系 統管理匯流排及近接匯流排相容。 I2C匯流排爲（Philips/Signetics)所發展的 雙線串連介面。原始規格，或標準模式用於1〇〇 Kbps 的數據傳輸，而另一增加規格或快速模式的數據傳輸率可 到400 Kbps，其中標準及快速模式如果與匯流排連接 時可交互操作。 I2C介面使用理解規程（comprehensive protocol)以保註數據 可信賴之傳輸及接收。當傳輸數據時，一主裝置產生時脈 -2 9 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇Χ：297公釐） ---------厂丨^------、訂------# (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、 發明説明（ 2 7) 1 I 信 號 ， 而 另 一 裝 置 從 屬 動作 〇 在I 2 C介面規 程 中 的 每 — 裝 1 1 置 含 特 定 位 址 9 可 使 得 當主 裝 置需要啓動裝 置 傳 輸 時 j 先 1 1 傳 送 交 談 之 裝 置 的 位 址 ，且 如 果爲主裝置所 傳 送 的 位 址 符 1 I 合 從 屬 裝 置 的 位 址 時 則選 擇 該從屬装置作 爲 數 據 傳 輸 〇 請 先 1 1 當 定有數據傳輸1 • ，時 腺線（S C L A )及 數 據 線 (s D A A ) 開 讀 背 1 1 由 外 部 上 拉 電 阻 ( p U 1 1 - u P resistor) 拉 高 〇 爲 了 完 1 I 成 數 據 傳 輸 y 主 裝 置 產 生開 始 及停止狀態， 以 決 定 數 據 傳 意 事 1 1 輸 之 開 始 及 停 止 〇 現 讀 •參閲上圖1 3，一開 始 狀 態 定 義 爲 項 再 填 i 當 時 脈 線 爲 高 時 一 數 據線 上 低至高之傳輸 J 而 停 止 狀 態 寫 本 裝 I 定 義 爲 當 時 脈 線 爲 時，數據線上一低至 高 的 傳 輸 〇 而 Ν_X 1 1 且 因 爲 開 始 及 停 止 狀 態 的定 義 ，當傳輸數據 時 只 有 當 時 1 1 脈 線 爲 低 時 才改變數據 線 ，如圖1 3所 示 〇 對 於 位 址 1 I I 2 C 有 二 格 位 址 格 式 第一 爲 7位元數位位 址 格 式 如 圖 1 訂 1 4所# 含 讀 / 寫 位 元 〇 簡言 之 ，在起始位元 ( 8 ) 之 後 y 由 1 1 主 裝 置 產 生 8 位 元 ， 其 中前 7個位元爲從屬 裝 置 之 數 位 位 1 I 址 而 最 後 —* 位 元 爲 讀 /寫位元。 I 1 第 二 數 位 位 址 格 式 爲一 1 〇位元數位位 址 格 式 ， 如 圖 1 線 1 5所示 含 誚 、1 寫 位 元 °簡 -X- 之，在起始位 元 之 後 y 主 裝 1 I 置 必 需 產 生 兩 位 元 組 ， 第一 -位 .元組的前五個位元指定 10 1 1 位 元 數 位 之 數 位 位 址 〇 後後1 〇’個位元爲從 屬 裝 置 的 數 位 1 1 位 址 1 最 後 — 位 元 爲 讀 /寫位元。 1 I 在 每 _—— 溥 輸 數 據 的 位元 組 之後，從屬/ 接 收 裝 置 產 生 1 1 一 認 知 位 元 〇 參考圖] 16 ， 其 説明從屬裝 置 認 知 產 生 過 1 1 程 〇 尤 其 是 從 屬 裝 置 在 用於 認 知之時脈脈衝 期 間 ， 設 定 1 1 I -3 0 - 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210 X 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（2 8 ) 數據輸出線於低態而確認數據最後位元之接收。例如，對 於一 7位元數位位址格式，每9個時脈脈衝對應一認知時 脈脈衝。 參考圖17，其説明使用7位元數位類比格式之I2C 數據傳輸之例。簡言之，在起始位元（S)之後，主裝置產 生從屬裝置的7位元數位位址及讀/寫位元。假設數位位 址已接收，則從屬裝置將數據輸出推向低態，且確認數位 類比接收。然後主裝置產生一位元組數據，當數據傳輸完 成之後，主裝置產生停止位元（P)。 參考圖18，其爲I2C介面58的詳細方塊圖。I2C介 面5 8使用全部從屬功能，且提供硬體以簡化主功能的軟 體裝配。I2C介面完成標準及快速模式規格及7位元和10 位元 之數位位址。 雙線外部腳用於數據傳輸，其爲：RC6/SCLA腳，其 爲I2C之時脈，及RC7/SDAA腳，其作爲I2C 數據。 I2C介面有5個用於I2C操作的暫存器（1)I2C控制 (Ι·^2(：(：ΟΝ)暫存器，（2) I2C 狀 態（I"^2CSTAT) 暫存器，兩者皆位在檔案暫存器（數據）空間中，（3)串 連接收/傳輸緩衝器 （ΐΆ·2€ΒυΡ)304，（4)I2C移位 暫存器（I2CSR)303，及（5)•—數位位址（I2CADD)暫 存器305。I2C介面58亦包含比較器/匹配偵測器307， 及起始和停止位元偵測電路3 0 9。 I2CCON暫存器控制 I2C操作，且允許選擇下列 I2C模式之一 ：1)含7位元數位位址之I2C從屬模式；2) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨Ο X 297公釐） 裝 訂 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（2 9 ) 含1 〇位元數位位址2 C從屬模式；3 )含7位元數位位址模 式支持的從屬模式；4)含10位元數位位址模式支持的 從屬模式；5) I2C主模式，此時從屬模式間置。 I2CSTAT暫存器爲唯讀暫存器，且給予數據傳輸之 狀態。其（94之資訊如起始及 停止位元之偵測，條件爲如果接收位元組爲數據或數 位位址時，如果下一位元組爲10位元數位位址之完成 時，及如果此爲一讀或寫之數據傳輸時。 I2CBUF 暫存器爲一暫存器/緩衝器，傳輸數據可對 其寫入或讀取。I2CSR暫存器移動數據使其進入或離開 微控制器10。I2CADD貯放從屬裝置之數位位址。 參考圖19，其説明I2C介面58相關之波形，介面58 可接收數據，且含一 7位元數位位址格式。當I2C介面58 致〇能時，該介面等待開始狀態發生。開始後，數位位址 之7位元及讀寫位元移入I2CSR暫存器 303中。所有進 入位元於串列時脈線之上升端取樣。I2CSR暫存器的内 容在第8時脈脈衝之下降端與I2CADD之内容比較。如果 數位位址相合，且I2CSR暫存器的内容載入I2CBUF暫 存器，且I2CSTAT 暫存器之讀/寫位元清除（告知數據 已寫入介面58)。而且產生一認知脈衝，且在每一數據位 元組傳輸後設定I2C中斷位元（I2CIF)，其中中斷位 元必須在軟體中清除，且I2CSTAT暫存器用於決定位元 組之狀態。然而，如果I2CBUF暫存器未從前一接收中讀 取，且存在一數位位址位元組過載狀態。在此情況下， -3 2 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------1^.------1T------i (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 394786 A7 B7 五、發明説明（3 〇 ) 不產生認知脈衝，且在I2CCON 暫存器中經由設定過載 位元（I2COV)而指示過載狀態。 參考圖20，其説明I2C介面58相關之波形，介面58 可傳輪數據，且含一 7位元數位位址格式。當數位位址匹 配發生，且數位位址位元組的讀/寫位元設定時（告知數 據寫入介面58中），I2CSTAT暫存器的讀/寫位元亦設 定。接收數位位址載入I2CBUF暫存器中，且在第九時脈 脈衝中產生認知脈衝。傳輸之數據必需載入I2CBUF暫存 器，其亦負載I2CSR暫存器。數據中的8位元在串列時脈 線之下降端移出。與數據接收相似，對每一數據傳輸位元 組產生I2C中斷旗標（I2CIF)，其中I2CIF必須在軟體 中清除，且I2CSTAT暫存器用於決定位元組之狀態。 微控制器之電路中程式化 經由使用I2C介面58，3910可在終端應用中串列程 式化。此一特性允許用户可製造含未程式装置之板，然後 在裝配該產品之前對微控制器寫入程式。此允許最近之韌 體及顧客韌體可程式化。 經由將串列時脈及串列數據腳置於低態且使電壓程式 化腳上升至電壓Vpp，例如12Ύ相對於Vss，可將微控制 器10置於程式/證明模式。當在移動模式時，使用者將程 式記憶體及測試程式記憶體可以串列或平行公式加以存取 或程式化，此時操作之起始模式爲串列模式，而存取記憶 體爲使用者程式記憶體。 -3 3 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X297公釐） ----------餐------1T-------# (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明P ) 本發明使用微控制器10的兩外部脚（SCLA及SDAA腳） 以提供時脈及數據及微控制器1〇或從微控制器1〇得到時 脈及數據。另外使用其他三個脚當執行電路程式化時，可 對微控制器10提供電源，接地及程式化電壓。參考圖 21，其爲典型的機構710之電路中串列程式化型態。爲 了成爲典型例之目的，圖21之微控制器10置於端電路/ 電池包封403内，以控制電池之充電監視（圖21中無 示）。圉21説明微控制器10之一部份，包含其外部腳之 一部份，以耦合至電池包封4〇3之外部連接器4〇1，當微 控制器10已併入電池包封4〇3時可用於程式化微控制器 1 0。外部連接器4 0 1接收外部信號以提供時脈及串列數 據信號予微控制器10SCLA及SDAA腳。時脈腳可對微控 制器提供時脈，而數據腳用於進入命令位元，且在串列操 作期間，串列輸入及輸出數據，連接器410亦接收及提供 一程式化電壓，例如12V，予微控制器10的主清除 (M C L R )/電壓程式化腳，以進入串列程式化模式，最後 連接器4 0 1爲微控制器1 0之偵測電源腳V D D及V S S，相 對應地提供5伏電壓及接地。 參考圖22，其示不同命令之表，該命令可用於串列 之程式處理。“負載測試”命·令可將14位元之字元載入 測試程式記憶體，當接收此命令時，程式計算器設定至在 測試程式記憶體中的預定數位位址。“負載數據”命令可 將14位元之字元載入使用者程式記憶體。“讀取數據” 命令用於將14位元字元傳離使用者程式記憶體。“增加 -3 4 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----------t.------ir------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（3 2 ) 數位位址”命令，當接收時，用於增加微控制器10之程 式計數器。“開始處理”命令用於測試程式記憶體或使用 者程式記憶體之處理，其中在開始處理命令之前必 需給 定負載測試或負載數據。“進入平行模式”命令以處理微 控制器10使其在平行模式中接收數據。平行模式一般不 可用於微控制器的電路中處理，因爲基本上電池包封只 有幾個内部連接器。最後“終止處理”命令用於停止程式 記憶體之處理。 參考圈23及24，其説明負載數據及讀取數據命令， 用於串列程式操作。爲了輸入一命令。時脈腳循環6次， 每一命令位元鎖存於時脈之下降端且命令之最小有效位元 (LSB)先輸入。在SDAA腳上的數據需要最小設定（測試 0，測試1 )。及維持時間 （t h 1 d 0，t h 1 d 1 )，例如， 100 nsec，此係相對於圖33及24之時脈的下降端。 而且與數據有關的命令，如讀取數據及負載數據命令指定 一最小延遲（tdlyl)，例如 一 msec，其介於圖23及 24所示的命令及數據之間。在此延遲之後，時脈腳循環 16次，其中第一循環爲起始位元，而最後循環爲停止位 元，而中間14循環之輸入或輸出數據中最小有效位元在 最前面，特别是在一讀取操作期間，最小有效位元將於第 二循環的上升端傳輸至SDAA腳，而在負載操作期間，最 小有效位元將鎖存在第二循環的下降端。 總言之，本發明提供微控制器1 〇之電路中串列處 理。此允許終端使用者當應用於終端應用時可處理微控制 -3 5 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I I n 裝 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^94786 A7 B7 五、發明説明（3 3 ) 器10，該應用如用於電池充電及電池監視控制的電池包 封〇 電池監視應用 參考圈25，其爲微控制器10應用於監視外部電池 450之方塊圖。電池45〇之電壓與電壓分割電路 452 耦合，且提供予微控制器10之ANO/BATV數位位址輸 入。電池4 5 0之電流通過感測電阻4 5 4，且提供指示電池 電流的電壓予微控制器1〇之AN1/BAT1類比輸入。微控 制器10的RAMP腳搞合過外部電容458，且再接地’以如 前所述補充短期間之電流脈衝。電壓調整器腳 （VREG) 耦合於外部N通道FET460之栅極，以提供電麼調整’ FET之漏極經耦合後可接收電池電壓，而FET的源極提 供將調整電壓VDD提供予微控制器10。而且，調整電壓 可經外部類比輸入A N 2量測。 雖然文中已説明較佳實施例及方法，但須知對於斓熟 於本技術者可加以改變或 修訂而不偏離本發明的精神及觀點，因此本發明僅受 限於申請專利範圍及相關法令的規則及理論 I 裝 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. ^^4786 ®88 D8 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 六、 申請專利範圍 1 | 發 明背 景 1 I 本 發 明 係 有 關 於電 子 類 比 元 件 之微 調 尤 其 是 在 測 試 1 1 及 貯存 校 準 常 數 期 間量 測 類 比 元 件 的參 數 該 校 準 常 數 從 1 | 記 憶體 中 的 量 測 參 數得 到 J 以 用 於 如類 比 元 件 的 微 調 且 請 先 1 增 加類 比 元 件 量 測 之精 準 度 〇 背 1 1 當 使 用 類 比 電 子元 件 時 因 爲 類比 元 件 有 多 個 參 數 隨 面 1 | 程 序， 溫 及 電 源 而 變， 因 此 要 得 到 精確 的 電 壓 或 量 測 値 相 意 事 1 項 I 當 困難 〇 例 如 -或多個用於積體電路 的 參 考 電 壓 可 從 帶 再 填 隙 參考 電 壓 電 流 中 產生 〇 然 而 由 於 供應 電 源 及 溫 度 變 動 而 寫 本 頁 裝 I 致 帶味 參 考 電 壓 不 準確 所 得 的 參 考電 壓 亦 不 準 確 〇 此 將 1 1 使 積體 電 路 操 作 產 生實 質 誤 差 〇 1 1 而 且 在 數 位 類 比電 路 中 爲 了 得 到精 確 電 流 値 > 精 確 之 1 | 電 阻値 亦 很 重 要。 例如 如果A / D轉換 器 中 的 電 阻 不 準 訂 1 確 ，則 與 每 一 A / D 轉 換 器 有 關 的 電壓 範 圍 亦 可 能 導 致 誤 1 1 差 β所 以 在 許 多 數 位類 比 電 路 中 如數位類比數位（ A y 'D ) 1 | 轉 換器 ， 及 參 考 電 壓電 路 需 要 精 確的 元 件 値 或 更 匹 配 1 1 的 元件 以 得 到 高 精準 度 〇 得 到 高 精確 電 阻 値 的 一 種 技 術 線 爲 在製 造 之 後 使 用 雷射 微 調 〇 例 如 9 — 薄 膜 電 阻 可 應 用 比 1 I 需 要還 要 低 的 電 阻 値製 造 其 中 可 應用 雷 射 移 除 電 阻 的 薄 1 I 膜 部份 因 此 可 增 加電 阻 > 且 封 其 執行 有 效 之 微 調 以 得 1 1 到 精確 値 j 然 而 經 微調 之 電 阻 可 能 產生 漂 移 且 此 漂 移 可 1 I 爲 熱循 環 所 加 速 〇 1 1 I U.S • Patent No. 4, 777,471 (Comer等人擁有） 討 論 在 體 積 電 路 中 1 1 微 調元 件 値 的 另 技術 其 中 -4 使 用 多個 可 熔 連 結 合 件 〇 铁 1 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 而此技術消耗積體電路上之實質區域，且需要额外的外部 腳。 USPN 4,335,371中説明一微調A/D轉換器的技術，該 A/D 轉換器包含一晶片上可程式唯取記憶體（ROM)，其 對多個微調元件解碼，以調整提供予A/D 轉換器的電壓 VREF/8»然而此技術需要额外的微調網路及解碼器電 路，且只可用於A/D轉換器。 因此本發明的目的係提供一改進之技術，可增加類比 元件量測之猜確度。 本發明的另一目的爲提供一微調類比元件的技術，首 先在測試期間量測類比元件之不同參數，然後貯存從量測 參數所得到的校準常數於記憶體中，從而增加類比元件量 測之精確度。 發明概述 有關於用於電池充電及監視控制的微控制器。該微控 制器包含一微處理器及多個含斜率A/D轉換器及多工器的 類比電路，可允許多個類比輸入信號轉換成一指示其信號 位階的數位計數，因此可得到選擇類比輸入之電壓精確量 測。 狀態，完成DMA操作，中止DM’A。在這些步驟之後，經由 貯存不同的I/O暫存器及埠可貯存機器的操作狀態。而且 在系統重新操作不持續時，強迫記憶體更新。如果，當離 開低功率模式時，使用者可進入全功率模式，以允許使用 者在進入低功率模式之前持續此一應用。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） I .裝 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)