魯思慧

    工業(yè)設(shè)備尤其是便攜式設(shè)備均離不開嵌入的鋰紐扣電池--系統(tǒng)的“源動力”。據(jù)此，鋰紐扣電池的制造廠商及產(chǎn)品又是層出無窮、品種繁多，從而導致使許多最終用戶在對其鋰紐扣電池的使用壽命和選用上不是茫茫然就是束手無策。為此，如何解決這致關(guān)系統(tǒng)可靠安全的重要問題及如何尋找出新方案、新產(chǎn)品等新途徑就成為其重中之重。

    目前國際上有不少著名制造廠商, 能提供有備用鋰紐扣電池的非易失存儲器(NVM—Non volatile memory)或?qū)崟r時鐘（RTC）的應用產(chǎn)品，以確保當系統(tǒng)(微控制器、嵌入式等系統(tǒng))掉電時保存數(shù)據(jù)或信息，而DallasSemiconductor公司尤為名符其實。這些產(chǎn)品的典型規(guī)格是在沒有系統(tǒng)電源的條件下提供10年的使用壽命。因為最終應用是不確定的，所以對使用壽命的預測還是比較保守的。

    最終用戶針對鋰紐扣電池的具體應用, 應評估（電池結(jié)構(gòu)／特征、電池測試／篩選、容量等）或預期出使用壽命，特別是對那些工作環(huán)境超出了典型范圍或所需應用時間超過10年的用戶來說。必須了解這電池可靠性模型，這將有助于用戶單獨選購電池控制器, 從而又將電池控制器與電池組裝在一起構(gòu)成性能價格比較高的鋰紐扣電池，也就解決了不必購買包含電池控制器和電池在內(nèi)的高成本模塊問題。本文論述了備用鋰紐扣電池應用壽命估算及壽命對IC集成電路（指SRAM--靜態(tài)隨機存取存儲器或RTC）影響的有關(guān)問題。這兒指IC均屬于是由系統(tǒng)電源供電或鋰備用電池供電。為此，首先要說明為何選用備用電池?

為何選用備用電池

    眾所周知,系統(tǒng)斷電時，有多種保存數(shù)據(jù)的方案，當對讀寫速度或周期數(shù)要求比較嚴格時，有備用電池的SRAM是一種較為可靠的替代方案。閃存或EEPROM同樣提供NV(非易失)數(shù)據(jù)存儲，但在簡易性和速度指標上存在不足。而有備用電池的SRAM, 其主要缺陷是電池是一 個消耗品，產(chǎn)品選擇必須慎重考慮電池容量并確定其產(chǎn)品最終的使用壽命。對于沒有系統(tǒng)電源供電同時要保持信息或計時功能，并需要提供一定的電能才能維持晶振工作，則用電池提供電流是非常適合的.

IC集成電路所需電流

    如果IC(SRAM或RTC)將由電池供電，則需要在IC工作時的電流、使用壽命與電池容量之間加以匹配。購買電池和IC時，其數(shù)據(jù)手冊將提供與IC負載相對應的有關(guān)估算電池壽命的信息，如果購買集IC和電池于一體的模塊，則最終用戶應依靠模塊廠商對模塊產(chǎn)品的適當篩選來保證系統(tǒng)使用壽命的要求。

    半導體制造廠商為其所有電池供電產(chǎn)品制訂了測試條件，以保證在電池容量的允許范圍內(nèi)為最終器件提供10年的使用時間。而Dallas Semiconductor公司對這種應用的IC進行優(yōu)化設(shè)計并利用先進的處理工藝滿足低電流的需求。對于其它供貨商提供的高密度SRAM需作特殊的篩選才能滿足模塊使用壽命的要求。圖1來自于由鋰紐扣電池供貨商-松下公司提供的電池容量報告，圖中四條線代表最常用的電池尺寸(BRl225、BRl632、BR2330和BR3032)。電池供應商提供的額定電池容量(單位為mAH-毫安時)與電池尺寸相對應。

電池結(jié)構(gòu)／特征

    在其需要有備用電池的模塊內(nèi)選用一次性鋰鈕扣電池,這些電池的額定電壓為3V,對系統(tǒng)典型工作電壓為2.7V來說，則該鋰鈕扣電池作為備用電源非常合適。電池電壓在放電狀態(tài)下保持穩(wěn)定平坦(見圖2所示)，電池放電接近終止時仍能提供與新電池幾乎相同的電壓。平坦的放電曲線對于備用電池而言是極為理想的特性，但它為估算電池的剩余電量增添了難度。

    一次性鋰鈕扣電池具有較好的可預測性，它的開路電壓或內(nèi)部阻抗等關(guān)鍵參數(shù)的離散性極小，極小的離散性使電池廠商篩選電池時很容易設(shè)置電池檢測的條件，從而便于剔除有缺陷的電池，同時也有助于電池用戶鑒別有故障的IC/電池系統(tǒng)。例如，電池電壓離散性或電壓與電池負載的對應關(guān)系是已知的，則電池加載后的電池電壓可用以指示其電池的負載情況。如果電池負載與IC所需要的電流一致，則負載電壓的離散性極小。根據(jù)從外部測得的負載電壓可以檢測異常IC或電池，從而排除潛在的可靠性風險。

電池測試／篩選

    電池制造商經(jīng)過100%的測試使產(chǎn)品性能極其一致，但是，任何用戶為其系統(tǒng)選用電池時還需對電池作進一步測試，以確保最終產(chǎn)品選用工作正常的電池。經(jīng)過適當?shù)暮Y選可以檢測出三種類型的缺陷:首先是那些被電池制造商的測試系統(tǒng)所遺漏的電池，這類電池最易檢測;第二類缺陷是低水平的內(nèi)部泄漏，這些電池可能經(jīng)過一段時間后才能顯現(xiàn)出它的內(nèi)部故障，對于這類電池的檢測不僅要了解其合適的測試電平，還要預先了解其測試結(jié)果的離散性;第三類缺陷是電池用戶在處理或系統(tǒng)制造過程中產(chǎn)生的,由于電池容量是有限