黄学达，翁明江

（重庆邮电大学重庆重邮信科通信技术有限公司，重庆400065）

LTE低成本方案手机电池检测电路的软硬件设计*

黄学达*，翁明江

（重庆邮电大学重庆重邮信科通信技术有限公司，重庆400065）

首先分析了LTE手机的发展和需求，明确LTE手机的功能需求和发展趋势，深入分析LTE低成本手机的平台技术和实现原理，介绍依据G5812电源管理芯片设计出LTE低成本手机，重点分析了设计方案中的电池电压检测和充电电流检测的实现原理，结合软件设计方案，搭建出LTE低成本手机系统，最后对所设计的LTE低成本手机系统进行调试，按照CTA入网测试项目要求，对电池电压测量和充电过程进行严格的检测，经测试其性能指标达到CTA入网标准。

LTE；低成本手机；电池电压检测；充电电流检测

第四代移动通信（4G）网络建设日益完善，对于4G手机的需求日益增多，目前4G手机的方案厂商主要有高通，海思，联发科，Marvell等，手机价格集中在1 000元左右或更高，芯片的集成度和功能都比较强大，一般都是集成应用处理器、基带处理器、RF Transceiver、PMIC、Memory，外部只需要增加Charger，RF PA等少量外围器件，提供丰富的外设接口，便于设计出功能强大的手机满足市场的需求。

现在2G、3G手机市场上，尤其是东南亚、非洲等海外第三世界国家，对一两百元人民币的手机非常热衷，设计一款低成本的4G手机，以满足对低成本机的市场需求是非常必要的，采用某公司的低成本方案，主芯片没有集成电池电压检测电路，需要依靠CPU的GPIO，外加辅助分立电路，实现电池电压的检测。

本文针对4G LTE的低成本方案手机研制和开发，提出一种通过分立电路，实现电池电压的检测，介绍硬件设计实现过程，通过了系统测试。

1　LTE低成本手机系统方案介绍

LTE低成本手机硬件框图如图1所示，采用某公司的低成本AP+BP处理器，外接NAND+LPDDR2存储器，CODEC，PMIC，RF Transceiver和FEM，支持2.8 inch RGB接口的LCD显示屏以及集成电容触摸屏，支持单SIM卡以及外插TF卡。

本方案选用的PMIC是致新科技G5812，集成锂离子电池的充电器，1个300 mA DC/DC Buck Convertor，9个LDOs，另外G5812的充电器电路集成输入电源的过压和过流保护，电池接口有过压保护，欠压保护，与CPU接口是SMBUS总线。某公司的AP+BP处理器没有多余的ADC，可以用于电池电压检测以及电池充电电流检测的接口，需要外加ADC用于电池电压和充电电流检测，这样的器件在医疗，工业应用领域比较多，封装较大，价格较高，不适合低成本手机方案，需要设计一种低成本，占电路板面积小的电池检测方案。

图1LTE-A手机系统结构框图

2　电池检测电路硬件设计［5～7］

如图2所示，采用一个MOSFET，5个电阻，3个电容等器件，占用AP+CP处理器的3个GPIO口，同时该电路连接到电池和G5812的VICHG，即可实现电池电压检测以及充电电流的检测。该电路的实现分为检测和校准两部分，从而提高测量的精度。

图2　电池检测电路示意图

电路原理介绍：

（1）器件选择：T1 PFET选用 VISHAY的P-Channel MOSFET SI1031R，电阻电容的选择根据理论计算选择是 R1用 20 kΩ，R2用 10 kΩ，R3用20 kΩ，R4用10 kΩ，R5用20 kΩ，C1用0.1 μF，C2用100 pF，C3用1 μF，后续的实际测试中，可能会对电阻电容进行微调；

（2）电池电压测量：

如图2所示，首先将AP+CP的GPIO V2处的电平拉低到0 V，然后利用另一GPIO D处输出的负脉冲持续期间，MOSFET T1导通，电池电源可以流经R1对C1充电；T1导通的同时V1处GPIO输出0，V2处GPIO设置为输入，期间不断地读取C的输出；每次读取C的输出时累计读取次数和检查读取次数是否超出合理的次数，如果读取的次数超出合理值则报错、停止执行，如果读到C出现逻辑高，则得到一个有效的读取次数，利用最近有效的校准值换算为电压值。

（3）充电电流测量：

G5812集成Charger，并有充电电流监控输出管脚，如果电池电压低于3.0 V，首先经过预充电，然后是恒流、恒压方式。采用G5812的充电电流-电压转换比例（Vichr=2.3×Icharger），把，电流作为电压Vichr测量；如图2所示，测量前D处于高电位或者低电平，MOSFET T1处于关断状态，B处于高阻态并稳定了足够时间，如果不计漏电，Vy电压为D电压的分量与VICHG电压的分压分量的和；设计使Vy大于C的逻辑低甄别电平0.7 V；Vy的变换通过利用R3对C1放电和计录放电时间进行；由于C的逻辑低甄别电平为0.7 V左右，而Vichr的范围在0～3 V、所检测和的范围与此接近，由于阻容放电为指数曲线，如果在如此大范围内变换、采用线性换算将引起过大误差，因此，需要分段线性变换；即如果第一次测量，D设置为高电平发现这个和太高，则需要启动第二次测量，将D设置为低电平，重复上述测试。

3　电池检测电路软件设计［8-10］

电池电压和充电电流检测电路软件实现流程如图3所示。

图3　电池电压测量和充电电流测量软件流程图

（1）电池电压测量软件设计：

按照之前原理，首先将V1的GPIO设置为输出低电平信号，将D的GPIO设置为输出，将V2的GPIO设置为输出低电平信号，清除V2端口上的电平，确保电容C1从0 V开始上升，然后将V2的GPIO设置为输入，为检测C1的电压变化做准备；其次就是采用CPU的timer1对V2口读取数据进行计数，此时D输出低脉冲，使MOSFET导通，电池可以通过电阻R1对电容C1进行充电，将此时timer1的值写入timer1cnt2；再次就是当V2检测到高电平时，停止timer1计数，D输出高电平，关闭MOSFET，将此时timer1的值写入timer2cnt3；最后就是将timer1cnt2-timer1cnt3的值对照表1，将结果上报CPU，用于显示电池电压的值。

表1　Timer1计数与电池电压对应关系表

（2）充电电流测量软件设计：

首先将V1设为输入，D设为输出，并输出高电平，关闭MOSFET，切断电池电源对电容C1充电路径，将V2设置为输入，用于读取检测电容C1的电压变化；其次就是使用CPU的timer2进行计数，此时将V1设置为输出低电平，使C1上的电压为D处电压的分量和VICHG处电压的分压分量之和，将此时timer2的值写入timer1cnt2；再次就是当V2检测到高电平时，停止timer2计数，将此时timer2的值写入timer2cnt3；最后就是将timer1cnt2-timer1cnt3的值对照表2，获取此时VICHG对应的电压值，通过Vichr=2.3×Icharger换算后，得到充电电流的大小上报CPU。

表2　Timer2计数与充电电流对应关系表

4　结论

根据此方案设计的LTE低成本方案手机电池检测电路，有效的降低LTE手机的成本，又有很高的可靠性和稳定性，顺利通过CTA入网测试，为LTE手机的研制和开发提供了一种新的思路，有很高的市场价值。

［1］沈嘉，索士强，全海洋，等.3GPP长期演进（LTE）技术原理与系统设计［M］.北京：人民邮电出版社，2008：23-56.

［2］李增山.一种3G智能手机软/硬件平台的设计与实现［D］.北京邮电大学，2011.1.

［3］ITU-R WP 5D/580-E.Submission of TD-LTE-Advanced for IMTAdvanced Candidate Technology［Z］.10，2009.

［4］张长青.TD-LTE演进型分组核心网技术分析［J］.移动通信，2013（8）：51-57.

［5］3GPP TS.Universal Mobile Telecommunications System（UMTS）［S］.Revision8.11.0.2010.

［6］Global Mixed-mode Technology.G5812 Datasheet Version 1.4［Z］.2011.11.

［7］Vishay Siliconix.Si1031 Datasheet Version C［Z］.2008.6.

［8］苏健.Android智能手机平台电源管理技术［J］.微处理机，2011（5）：66-69.

［9］张艳红，张瑜.基于C8051F920的智能充电器设计［J］.电子器件，2014，37（6）：1251-1255.

［10］孟彦京，张商州.充电方式对超级电容能量效率的影响［J］.电子器件，2014，37（1）：13-16.

黄学达（1978-），男，汉，四川宜宾人，重庆邮电大学，工程师，主要研究方向为LTE-A终端产品硬件研究，huangxueda@ 163.com。

Design of Hardware and Software of Battery Voltage Detect Circuit on LTE Costdown Mobile Phone*

HUANG Xueda*，WENG Mingjiang
（Chongqing University of Posts and Telecommunications，Chongqing CYIT Communication Technologies Co.，Ltd，Chongqing 400065，China）

For clearing up the functional requirements and development trend of LTE phone，market research and analysis were made；Studying the LTE costdown mobile phone platform technology principle；and the LTE costdown mobile phone designed by using PMIC G5812 was introduced；To focus on the analysis of battery voltage detect and charging current monitor and to combine with software solutions，the system of LTE costdown mobile phone was built up.At last，debugging LTE costdown mobile phone system，testing battery voltage detect and charging current performance of system made a perfect detection to the requirements for CTA and the performance of system met CTA standard.

long term evolution；costdown mobile phone；battery voltage detect；charger current monitor

TN41

A

1005-9490（2016）05-1280-03

项目来源：重庆市科委项目（cstc2013yykfc4003）

2015-09-21修改日期：2015-10-16

EEACC:836010.3969/j.issn.1005-9490.2016.05.050