AFE 断线检测功能分析探讨（上）

一路上

本文探讨一下ADI的电压采样芯片（AFE）的一个比较重要的功能：断线检测功能。


LTC68XX系列的断线检测功能概述

查看ADI的AFE系列，LTC6802、LTC6803、LTC6804、LTC6811，其实都带有断线检测的功能。从产品迭代上来说，6802和6803断线检测功能模块差异不大，属于一个系列，6804和6811断线检测功能模块差异不大，同属一个系列。后面两个系列相比于前面两个系列，诊断功能上更加准确和完善了一些。我们分别挑选LTC6803和LTC6804对比断线检测功能有什么差异。

LTC6803断线检测功能

如下图，LTC6803断线诊断功能框图。在13个C引脚处，只有下拉的100uA电流源。在诊断过程中，前后两次对100uA电流源下拉测量Cell电压。如果第n个C引脚有开路，那么两次测量的Cell(n+1)电压差值会超过200mV 。

以下为手册中对该算法的具体描述：

不过本文重点讨论LTC6804以及之后系列的断线检测功能，因为LTC6803的断线检测功能实际应用并不多，这也可能是实际应用效果并不好。

LTC6804断线检测功能

如下图，LTC6804断线诊断功能框图。可以看出，相比LTC6803，每个C引脚多了一个上拉的100uA电流源。其工作原理为：在断线诊断过程中，通过命令组先上拉（闭合）100uA电流源（PUP = 1），断开下拉电流源，测量C端口之间电压；然后下拉（闭合）100uA电流源（PUP = 0），断开上拉电流源，测量C端口之间电压。对于C1至C11断线判断是将上拉后的测量电压与下拉后的测量电压相减得到ΔV，如果（n+1）节电压对应差值ΔV - 400mv,则表明对应C(n)引脚开路；首末节C0与C12开路判断的规则是：第1节如果上拉电压后测量是0V，表明C0开路，第12节如果下拉电压后测量是0V，表明C12开路。

注：这里的电流源可以理解为电阻，可以自动改变电阻值的滑动电阻器，通过改变电阻值保证支路电流一直是100uA。其本质还是电阻分压。

简单来说，对比LTC6803，断线检测功能更加完善了，误诊断概率将大大减小，当然，算法也复杂了一点。

举个例子说明具体计算：

• 若C5断线，则必然CELLΔ(5+1) = CELL6(上拉)– CELL6(下拉)  – 4 0 0 m V；
• 若C0断线，则必然CELL 1(上拉) = 0 m V；
• 若C12断线，则必然CELL 12(下拉) = 0 m V；
  

搭个简单的三串电芯电路，分别模拟断线后，上拉和下拉电流源之后采集Cell电压的变化。（注：本仿真电路图仅供参考学习，电阻表示连接器接触电阻与采样线电阻值，绿色框内增加稳压二极管）

当S3断开，表示该采样线断开，上拉I3、I4电流源，测量电压U1 = 3.106V；

下图表示接下来断开I3、I4，再接通下拉电流源I2、I5，测量电压U1 = 4.894V;

计算差值ΔV = 3.106V – 4.894V = -1788mV, 这个计算值远小于-400mV的判定阈值，因此可诊断S3是断开的。

最后我们再看看手册原话怎么说的吧：

ADOW 命令用于检查 LTC6804 中的 ADC 与外部电池之间的任何导线开路。该命令和 ADCV命令一样在 C 引脚输入端上执行 ADC 转换，仅有的区别是两个内部电流源在其被测量的过程中吸收或供应电流至两个C 引脚。ADOW 命令的上拉 (PUP) 位负责确定电流源是吸收还是供应100μA 电流。可以採用下面的简单算法来检测 13 个 C 引脚中任何一个上的导线开路 (见图 9)：

1) 在 PUP = 1 的情况下运行 12 节电池命令 ADOW 至少两次。在结束时读取电池 1 至12的电压一次并将其存储在阵列 CELLPU(n) 中。

2) 在 PUP = 0 的情况下运行 12 节电池命令 ADOW 至少两次。在结束时读取电池 1 至12 的电压一次并将其存储在阵列 CELLPD(n) 中。

3) 获取上述步骤中针对电池 2 至 12 的上拉与下拉测量结果之差：CELLΔ(n) = CELLPU(n)– CELLPD(n)。

4) 对于从 1 至 11 的所有 n 值：如果 CELLΔ(n+1)  – 4 0 0 m V，则 C ( n ) 开路。如果C E L L P U( 1 ) = 0.0000，则 C(0) 开路。若 CELLPD(12) = 0.0000，则C(12) 开路。

总结

对比LTC6803，理论上LTC6804降低了诊断误差，提高了断线检测的准确率。然而，实际应用效果怎么样呢？一定能确保万无一失诊断准确吗？答案当然是未必，其中有两种情况可能会对检测结果造成误判。

具体是哪两种情况看下篇： AFE 断线检测功能分析探讨（下）