专利名称：一种用于小电量备用电池的功能测试装置及方法
技术领域：
本发明涉及通信系统、个人电子工具的单板级自动化测试领域，具体 的说，是对电子设备和个人电子产品中的小型备用电池的一种工作状态的 测试装置及方法。本发明的测试装置和方法适用于小型手持式设备应用、系统单板低压 易失性存储器保存配置数据或者实时时钟的应用和低压易失性存储器应 用的电子产品方面。
背景技术：
在通信电子设备和个人电子产品中，很多产品需要使用到备用电池供电。 一般的通信类主控单板、PC机主板、个人掌上电子用品等电子产品，大都使用备用电池来提供低压易失性存储器保存一定的配置信息或提供 实时时钟备用电源。对于此类的产品，对备用的电池的要求是能够长时间 为芯片供电。例如一般的产品中经常使用的纽扣电池和实时时钟芯片或者低压存储芯片，工作电流在微安级， 一个纽扣电池可以持续供电2年以上。电池是 个消耗品，电池的使用也有一定寿命，易受外接温度、湿度、压力等变化 的影响，在加工、保管和使用等各个环节都可能引起电池性能的变化，所 以电池的性能直接关系到产品的质量。 一旦备用电池失效，就会导致掉电 情况下系统时间错误、配置信息丟失等严重后果。在单板加工过程中，纽 扣电池失效或接触不良，是一个故障率比较高的故障，所以对备用电池的 200610140912.4说明书第2/7页测试是非常必要的。中国专利申请CN02124333的华硕电脑股份有限公司"笔记本计算机电 源自动测试方法"中，介绍的是一种笔记本计算机电源自动测试方法，其 是在检测笔记本计算机电源的系统内设计一测试程序，并配合测试用具、 电子负栽机及多用途电表等，来达到事先预知笔记本计算机的电源主机板 是否异常，以改进过去以组成系统方式进行实体测试的时间长、机板零件 易于短路烧毁的缺失，进而可减少测试时间、增加优良率、提高产品产能及品质0对于专利申请CN02124333，它是软硬件结合的电池电量测量方式， 主要是根据电池的电压和电流时间进行电量计算，然后估算电池电量。这 种方式对于类似于笔记本电池等电量较大的电池测试是比较合适的，但是 对于象纽扣电池的小容量电池测试就会导致损耗比较大，将严重影响电池 寿命。而且需要软件实时监控电池的电压和电流，并进行累计，消耗电能 比较大。发明内容为了克服现有技术中存在的问题，本发明提出对备用电源、特别是小 容量电池(例如纽扣电池等)的工作状态进行测试的装置和方法，此种测 试装置和方法特别适合单板级自动化测试过程。本发明具体是这样实现的一种用于小电量备用电池的功能测试装置，包括， 备用电源单元101,易失性存储单元102，微处理器单元103，测量单 元104;备用电源单元101,与易失性存储单元102通过备用电源接口连接， 在主用电源故障或者掉电的情况下，易失性存储单元102自动切换到备用
电源101进行供电；易失性存储单元102,提供数据的长期保存功能或计时信息，通过并 行接口或者串行接口与微处理器单元103进行信息交互；微处理器单元103，用于读取测量单元104的备用电池电压测量信息 和易失性存储单元102的数据信息，并判断备用电源是否工作正常，然后 报告结果；测量单元104，完成备用电源的电压转换和测量工作。所述备用电源单元是小型的电池，可以是3V/50mAH的纽扣电池或者是循环充电的纽扣锂电池。所述易失性存储单元，可以是具有低电压保存数据的RAM或者实时时钟。所述实时时钟芯片外围还需要32.768KHz的低频晶振和晶振电容； 所述实时时钟芯片多采用两线的IIC接口或者三线的SPI接口。 所述测量单元包括运放构成的电压跟随器和A/D转换器， 所述电压跟随器取备用电池电压，经过A/D转换送入微处理器单元103。所述测量单元包括MOSFET型电压比较器和两个分压电阻； 所述MOSFET型电压比较器，把获取的电压信号送入微处理器单元。 一种用于小电量备用电池的功能测试方法，包括如下步骤 第一步骤，读取备用电源的电压； 第二步骤，和预设的电压值进行比较；第三步骤，微处理器单元判断备用电源是否正常工作，并报告比较结果。所述第一步骤，从备用电源取电压信号，导入运放构成的电压跟随器中，然后经A/D
转换器读取电压值。 所述第一步骤，备用电源的电压信号直接导入电压比较器，然后输出电压值进行比较。本发明所述装置，由于取备用电池的电压信号，消耗电流非常小，基 本不影响使用寿命。不是通过累加计算电池的消耗，而是根据电池的电压 信号判断备用电池的状态。对于微电流消耗的电池来说，由于不存在大电 流消耗的冲击波动，电池电压基本能够反应出电量的大小，所以通过电压 判断电池的消耗是一种比较简单有效的方法。
图1为发明装置的实现框图； 图2为定量测试备用电源的具体电路； 图3为电压比较测试备用电源的具体电路； 图4为具体测试流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行详细的说明，具体设计以 实时时4中为例。本发明所述装置的框图如图1所示，包括，备用电源单元101，易失 性存储单元102，微处理器单元103,测量单元104。备用电源单元101，与易失性存储单元102连接，主要功能是在主用 电源故障或者掉电的情况下，易失性存储单元102自动切换到备用电源101 进行供电，维持芯片最基本的电能需求，保证数据不丟失。备用电源单元101:主要是一些小容量的电池，例如一般的3V/50mAH 的纽扣电池或者可以循环充电的纽扣锂电池。对于实时时钟这类芯片，一
块3V电量为25mAH的纽扣电池一般可以持续供电2年至3.5年。锂电池 可以循环充电，可以工作更长久。在具体电路中，连接102单元的备用电 源接口。易失性存储单元102,与101和103单元连接，主要功能是提供数据 的长期保存功能或计时功能等，102单元有两个电源供电，VCC主系统电 源，和备用电源IOI,在VCC主电源掉电情况下，102单元自动切换到备 用电源101供电，保证内部数据不丢失，主要功能继续运行，102单元与 主处理器103通过并行接口或者串行接口进行信息交互。易失性存储单元单元102，可以具有低电压保存数据的RAM或者实 时时钟等芯片。本例就以实时时钟为例。实时时钟芯片外围还需要 32.768KHz的低频晶振和晶振电容。例如M41T11实时时钟的供电电压为 2.5V-5.5V,正常工作时电流可达70-300uA，在备用电池供电的情况下， 工作电流只有0.8uA左右。M41T11实时时钟内部包含64bitx 8的SRAM, 前8个为实时时间记录单元，9-64为用户存储数据单元，可以保存一些重 要数据。一般实时时钟为了减小体积，大多采用两线的IIC接口或者三线的SPI 接口 。 一般实时时钟芯片的供电电压根据型号的不同，可以分为1.8V、 3.3V 和5V等多种类型。102在具体电路中与101和103单元都有连接，101为 其提供备用电源，103和其交互数据信息。微处理器单元103,主要功能是读取104单元的备用电池电压测量信 息和102单元的数据信息，并进行判断备用电池是否工作正常，然后报告 结果，和102单元通信接口兼容，在图2中，主要通过IIC与102单元通 信。测量单元104:主要协助103单元完成备用电池的电压转换和测量工 作。备用电池电压的测试。具体设计器件，特别是运放要求最好是MOSFET 运放，因为其偏置电流只有4pA-30pA,仅仅是芯片的消耗电流0.8uA(以 实时时钟为例)的3万分之一或者更少，基本不影响备用电源寿命)。104 的具体实现电路主要有两种情况，但不限于这两种情况。 目前有两种测试方式，具体见下面描述第一种方式是定量的测量，主要通过从备用电源取电压信号，导入运 放构成的电压跟随器中，然后经过A/D转换器读取电压值，进行定量的判断。第二种方式是定性的测量，通过把备用电源的电压信号导入电压比较器中，直接和预定的电压进行定性的比较，确认电池电压是否不足或者已 经失效，这种方式可以预知电池接近使用寿命，但是没有第一种方法精确。 具体的测试流程参见附图4。第一种方式需要运放和A/D转换器，但是测试电池电压，非常准确， 可以实时跟踪电池的工作状态，应用于对电池要求比较严格的产品中；第 二种方式需要一个电压比较器和两个分压电阻即可，省掉了 A/D转换器， 电池电压与固定电压进行比较，可以在电池彻底失效前就提醒更换电池， 提前提示避免丢失重要数据。第一种方式利用MOFET运放取备用电池电压，经过A/D转换送入103 单元，电路如图2所示。U2是AD8541，其为MOSFET型运放，工作电 压为2.7V-5.5V,输入电流只需要4pA。 U2构成电压跟随器，把备用电 池电压取出送入A/D转换器U3中。U3是DELTA-SIGMA型A/D转换器， 接口为串行IIC接口，内部带自动增益控制，可以把输入信号分别放大1、 2、 4和8倍，16位精度。当然也可以使用其它型号的A/D转换器。微处 理器通过IIC接口读取A/D转换结果，和程序设定的值进行比较，判断电 池是否失效或者即将失效。第二种方式利用MOFET电压比较器，把高低电平信号输入到103单
元，电路如图3所示。在此电路中，电压比较单元，直接使用了 AD8541 运放，结构比图2简单一些。在此电路中，电阻R5和R6构成分压电路， 在U2的4脚有预设置的电压。备用电池电压输入U2的3脚和4脚预设电 压进行对比，如果备用电池电压高于预设电压就认为工作良好，否则就认 为已经失效或者即将失效，把输出信号经过微处理器10引脚导入，有微 处理器判断和报告。
权利要求
1、一种用于小电量备用电池的功能测试装置，其特征在于，包括，备用电源单元(101)，易失性存储单元(102)，微处理器单元(103)，测量单元(104)；备用电源单元(101)，与易失性存储单元(102)通过备用电源接口连接，在主用电源故障或者掉电的情况下，易失性存储单元(102)自动切换到备用电源(101)进行供电；易失性存储单元(102)，提供数据的长期保存功能或计时信息，通过并行接口或者串行接口与微处理器单元(103)进行信息交互；微处理器单元(103)，用于读取测量单元(104)的备用电池电压测量信息和易失性存储单元(102)的数据信息，并判断备用电源是否工作正常，然后报告结果；测量单元(104)，完成备用电源的电压转换和测量工作。
2、 如权利要求1所述的用于小电量备用电池的功能测试装置，其特 征在于所述备用电源单元是小型的电池，可以是3V/50mAH的纽扣电池或者 是循环充电的纽扣锂电池。
3、 如权利要求1所述的用于小电量备用电池的功能测试装置，其特 征在于所述易失性存储单元，可以是具有低电压保存数据的RAM或者实时 时钟。
4、 如权利要求3所述的用于小电量备用电池的功能测试装置，其特 征在于所述实时时钟芯片外围还需要32.768KHz的低频晶振和晶振电容； 所述实时时钟芯片多采用两线的nc接口或者三线的spi接口。
5、 如权利要求i所述的用于小电量备用电池的功能测试装置，其特征在于所述测量单元包括运放构成的电压跟随器和a/d转换器， 所述电压跟随器取备用电池电压，经过a/d转换送入微处理器单元 (103 )。
6、 如权利要求1所述的用于小电量备用电池的功能测试装置，其特 征在于所述测量单元包括mosfet型电压比丰支器和两个分压电阻；所述mosfet型电压比较器，把获取的电压信号送入微处理器单元。
7、 一种用于小电量备用电池的功能测试方法，其特征在于，包括如 下步骤第一步骤，读取备用电源的电压； 第二步骤，和预设的电压值进行比较；第三步骤,微处理器单元判断备用电源是否正常工作,并报告比较结果。
8、 如权利要求7所述的用于小电量备用电池的功能测试方法，其特 征在于所述第一步骤，从备用电源取电压信号，导入运放构成的电压跟随器中，然后经a/d 转换器读取电压值。
9、 如权利要求7所述的用于小电量备用电池的功能测试方法，其特 征在于所述第一步骤，备用电源的电压信号直接导入电压比较器，然后输出电压值进行比较。
全文摘要
本发明公开了一种用于小电量备用电池的功能测试装置及方法，包括，备用电源单元101，易失性存储单元102，微处理器单元103，测量单元104；101与102通过备用电源接口连接，在主用电源故障或者掉电的情况下，102自动切换到101进行供电；102提供数据的长期保存功能或计时信息，103用于读取104的备用电池电压测量信息和102的数据信息，并判断备用电源是否工作正常，然后报告结果；104完成备用电源的电压转换和测量工作。本发明根据电池的电压信号判断备用电池的状态，简单、有效的通过电压判断电池的消耗。
文档编号G01R31/36GK101162259SQ20061014091
公开日2008年4月16日 申请日期2006年10月12日 优先权日2006年10月12日
发明者嵘 周, 张来喜, 徐东峰, 堃 牛, 磷 郝 申请人:中兴通讯股份有限公司