研發(fā)于20世紀(jì)90年代末期，致力于將充電技術(shù)從電池化學(xué)中分離出來并支持平臺(tái)無關(guān)的可以互換的電池模塊。從此智能電池廣泛應(yīng)用于從筆記本電腦和手機(jī)到無線玩具和手持吸塵器等電器上。幾家銷售這些設(shè)備的公司都按照智能電池充電器和智能電池管理電路的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。但是新的電池化學(xué)技術(shù)的發(fā)展和當(dāng)前電池系統(tǒng)的應(yīng)用空間越來越小，這就促使電池管理系統(tǒng)不斷改進(jìn)直到接近了它的極限。直到Actel的可編程門陣列的出現(xiàn)為電池智能管理應(yīng)用系統(tǒng)的革新打開了一扇大門。

從圖1可以看出，智能電池的概念界定為界面，數(shù)據(jù)集，智能電池的處理方式，電池選擇器，電池充電器和智能電池系統(tǒng)的主元素。這個(gè)應(yīng)用概述主要描述了一個(gè)智能電池系統(tǒng)所必需的組成部分，并用插圖描述了Actel可編程門陣列FpGA是如何節(jié)省空間并實(shí)現(xiàn)了所有必須的功能。

圖2是一個(gè)典型的利用成品元件的智能電池的執(zhí)行圖。智能電池一般包括一個(gè)或多個(gè)二次電池單元，模擬監(jiān)控芯片，數(shù)字控制器芯片，各種二極管，晶體管，被動(dòng)器件及多余的安全監(jiān)控芯片。這些都用來監(jiān)控電池的電壓，電流和溫度，控制電池包在允許的范圍內(nèi)放電和充電。

Actel的可編程門陣列同時(shí)提供了模擬監(jiān)控和數(shù)字控制的功能。一些制造廠家更愿意保留多余的安全器，這種熔斷型的擁有足夠多資源的FpGA器件在應(yīng)用中提供了很大的靈活性。

模擬功能

職能電池控制器必須能夠測(cè)量電池包里每個(gè)電池組的電壓值，也必須能夠測(cè)量電池充放電的電流和溫度，同時(shí)它也能驅(qū)動(dòng)電池外部的一系列晶體管去控制電池包的放電，充電和熔斷保護(hù)。為了實(shí)現(xiàn)這些功能，熔斷設(shè)備里有一系列的模擬輸入和輸出接口，這些管腳分類排列的接口被稱為模擬嵌塊，每個(gè)模擬嵌塊都給對(duì)應(yīng)的模擬多路器提供模擬信號(hào)，隨后通過內(nèi)部采樣模塊和保持電路，最后到達(dá)12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

模擬嵌塊可配置用來測(cè)量電池的電壓，電流和溫度，三個(gè)輸入端的任何一個(gè)端口都可以用來測(cè)量電池的單端電壓，AV和AC的輸入都可以作為差分信號(hào)，通過外部的電流監(jiān)控電阻器來測(cè)量電壓降，同時(shí)AT可以配置為外部的二極管提供小的震蕩電流以便測(cè)量二極管周圍的溫度。

然而大部分的電池不需要提供負(fù)極電壓，這種控制輸入電壓的能力消除了外部部件電路，同時(shí)提高了測(cè)量電壓的精度。以典型的3組鋰離子電池包為例，Actel的可編程門陣列里12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以提供分辨率為4mV和0.25V準(zhǔn)確度不可調(diào)的電壓測(cè)量。這對(duì)于電池的控制保護(hù)電路已經(jīng)足夠了。

除了模擬輸入，每個(gè)模擬嵌塊都包含有金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管控制器。這些驅(qū)動(dòng)器有可編程的驅(qū)動(dòng)力，并且能將金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的場(chǎng)力拉到地面。這種驅(qū)動(dòng)器是在大多數(shù)的電池智能管理項(xiàng)目中用來控制各種MOSFET開關(guān)的最佳選擇。、

不像大多數(shù)的成品管理設(shè)備，熔斷設(shè)備集成了RC振蕩器，因此就不需要外部晶振，通過耦合任何一個(gè)帶鎖相環(huán)和精確的多路復(fù)用器的熔斷器，這種獨(dú)特的特征能夠很好的保護(hù)電池電力，在沒有外部器件的情況下，通過一個(gè)非常慢的處理時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)。

在智能電池的應(yīng)用中，當(dāng).處于待命狀態(tài)時(shí)，熔斷實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器能用作定期喚醒設(shè)備并更新設(shè)備狀態(tài)的間隔定時(shí)器。同時(shí)，這個(gè)電路包含一個(gè)活躍的探測(cè)器，能夠用來喚醒設(shè)備，不論是例如按鈕的外部事件還是總線的活動(dòng)都能檢測(cè)到。

最后，熔斷模擬部件包括一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器，用來為熔斷設(shè)備提供1.5V電壓，設(shè)備內(nèi)核工作在1.5V電壓下可以節(jié)省一半的電量，這個(gè)調(diào)節(jié)器有一個(gè)跟上面提到的RTC電路相聯(lián)系的內(nèi)部關(guān)閉裝置，通過關(guān)閉調(diào)節(jié)器能夠使關(guān)閉電路允許FpGA邏輯性達(dá)到初始的待命模式，不論是外部的事件引起，還是RTC的計(jì)數(shù)達(dá)到了程序設(shè)定值，通過啟動(dòng)調(diào)節(jié)器，RTC都能使設(shè)備工作。

數(shù)字模擬

在FpGA架構(gòu)中，汽車管理系統(tǒng)界面（俗稱SMBUS）的數(shù)據(jù)交換，開機(jī)的初始化邏輯，關(guān)機(jī)狀態(tài)保存的參數(shù)及機(jī)器的實(shí)時(shí)變量，或從集成處理器輸入的ADC序列參數(shù)的處理及各種操作必要的計(jì)算是通過數(shù)字邏輯實(shí)現(xiàn)的，從而可以正確的監(jiān)視和控制智能電池的充放電。并且，F(xiàn)pGA邏輯能支持特定的設(shè)計(jì)例如：電池的可靠性，額外的電池的安全性，獨(dú)特的多電池構(gòu)造，或者在成品電池控制中不能被發(fā)現(xiàn)的特點(diǎn)。

穩(wěn)定記憶（非易失性內(nèi)存NVW）

對(duì)于智能電池的應(yīng)用，NVW通常被用來儲(chǔ)存進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)前或關(guān)機(jī)休眠模式的各參數(shù)的變量，以及在任何狀態(tài)下開機(jī)時(shí)初始化設(shè)備。NVW也可能用來執(zhí)行ROM機(jī)器代碼的命令，或者為嵌入數(shù)據(jù)處理機(jī)儲(chǔ)存微代碼命令。

穩(wěn)定性

穩(wěn)定性是熔斷設(shè)備（保險(xiǎn)裝置）的關(guān)鍵特征，基于這個(gè)特征才使這個(gè)設(shè)備適用于智能電池的應(yīng)用。熔斷設(shè)備（保險(xiǎn)裝置）是隨開關(guān)實(shí)時(shí)啟動(dòng)的。熔斷設(shè)備隨著電壓的升高也能正常工作，基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列結(jié)構(gòu)即使在沒有電力的情況下也能保持它的程序狀態(tài)，當(dāng)核心電壓達(dá)到啟動(dòng)電壓設(shè)備就能運(yùn)行，這就意味著可編程門陣列在升壓過程中能夠可靠的控制MOSFET狀態(tài)，并且能滿足汽車管理系統(tǒng)的要求，在微秒范圍內(nèi)就能起到監(jiān)控作用。

總結(jié)

Actel的可編程門陣列融合了標(biāo)準(zhǔn)智能電池.和控制器所需的特征，能夠?qū)δM態(tài)的電壓，電流和溫度的進(jìn)行測(cè)量。FusionFpGAs（可編程門陣列）包含了對(duì)電池的各種狀態(tài)參數(shù)儲(chǔ)存的NVM和處理器代碼儲(chǔ)存的NVM。在Actel的可編程門陣列中，可編的數(shù)字邏輯門和嵌入數(shù)據(jù)處理機(jī)融合在一起的特點(diǎn)，使其單芯片的解決方案給創(chuàng)造力和革新留下足夠的空間。