CXDR75146 5μA系统侧单节电池电量计
VGCS算法 | 超低功耗 | 高精度 | I2C | 双封装

版本：Rev 1.0 | 2026年7月 | 型号：CXDR75146 | 封装：WL-CSP-9B（1.68×1.81mm）/ WDFN-10L（2×2.5mm FC）

嘉泰姆电子（JTM-IC）推出的 CXDR75146 是一款专为单节锂离子/锂聚合物电池设计的 系统侧（system-side） 超低功耗电量计，典型工作电流仅 5μA（睡眠模式），显著延长便携设备的待机时间。芯片采用创新的 VoltaicGauge™ with Current Sensing（VGCS） 算法，通过电池电压与OCV的差值结合电流检测补偿，实现高精度、无累积误差的电池荷电状态（SOC）估算，避免了传统库仑计因电流检测误差和电池自放电导致的SOC漂移。芯片支持 电压测量（±5mV）、电流测量（±0.5%） 和 温度测量（±1°C，0~45°C），并报告 SOC、SOH、FCC、TTE 及循环次数。ALERT引脚支持过压、欠压、充/放电过温、充/放电过流、低SOC等多种告警。支持 0.5mΩ至40mΩ 宽范围采样电阻，设计灵活。提供 WL-CSP-9B（1.68×1.81mm） 和 WDFN-10L（2×2.5mm FC） 两种封装，I2C接口兼容1.2V和1.8V IO电平。是智能手机、平板、可穿戴设备等便携应用的理想选择。

1. 产品概述与市场定位

CXDR75146是一款高度集成的超低功耗电池电量计，专为单节锂离子/锂聚合物电池的系统侧应用而设计，可管理不可拆卸或可拆卸电池包。芯片采用VGCS算法，基于电池电压与OCV的差异并结合电流检测，实时计算SOC，不会像传统库仑计那样累积电流误差。同时提供完整的电池状态监控和中断告警功能（过压、欠压、充/放电过温、充/放电过流、低SOC、SOC变化、电池插入/移除等）。芯片支持0.5mΩ至40mΩ宽范围采样电阻，适配高/低电流应用。两种封装选项（WL-CSP-9B和WDFN-10L）为空间受限设计提供灵活选择。CXDR75146是高性能、低功耗电池管理系统的优选方案。

2. 主要特点与技术亮点

• 超低功耗：主动模式12μA，睡眠模式仅5μA（典型值），关断模式1μA，大幅延长便携设备待机时间。
• VGCS算法：基于电压迭代，利用电流信息进行补偿，无累积误差，SOC平滑且不受时间影响。
• 高精度测量：电压测量精度±5mV，电流测量精度±0.5%（增益误差），温度测量精度±1°C（0~45°C）。
• 宽范围采样电阻：支持0.5mΩ至40mΩ电流采样电阻（典型10mΩ），适配从低电流到高电流的各类应用。
• 完整状态报告：提供State of Charge（SOC）、State of Health（SOH）、Full Charge Capacity（FCC）、Time to Empty（TTE）和Cycle Count。
• 丰富告警：支持过压、欠压、充/放电过温、充/放电过流、低SOC、SOC变化、温度变化、电池存在状态变化等多种告警，可通过ALERT引脚主动通知主机。
• 电池存在检测：内置电池插入/移除检测功能（可编程延迟），支持热插拔场景。
• 宽IO电压：I2C接口兼容1.2V和1.8V IO电平，适配不同主控平台。
• 双封装选项：WL-CSP-9B（1.68×1.81mm）和WDFN-10L（2×2.5mm FC），满足不同PCB面积需求。

3. 引脚配置与功能说明

CXDR75146主要引脚包括：VBAT（电源输入兼电池电压检测，WL-CSP封装中与VDD共用）、VBATG（电池电压检测负端，Kelvin连接）、CSP/CSN（电流采样电阻差分输入）、V1P8（1.8V LDO输出，外接2.2μF电容）、TS（NTC热敏电阻输入）、ALERT（开漏告警输出）、SCL/SDA（I2C接口）、VSS（地）、NC（无连接）。WDFN封装还包含Exposed Pad，需连接至地。详细引脚定义见数据手册。

4. 极限参数与电气特性

5. 工作原理与设计指导

5.1 VGCS算法原理

CXDR75146采用VoltaicGauge™ with Current Sensing（VGCS）算法，基于电池电压与开路电压（OCV）的差值，结合电流检测进行补偿，计算SOC的变化量（delta SOC）。与传统库仑计不同，VGCS不会累积电流检测误差和自放电引起的漂移，SOC表现平滑且准确。算法内置OCV表，通过迭代计算，利用设计容量作为参考，最终输出精确的SOC结果，并支持高C倍率充电、电池老化补偿（通过满充、满放和静置条件）以及BAPA命令。

5.2 电量报告与参数

芯片提供多个只读寄存器：SOC（荷电状态，%）、SOH（健康状态，%）、FCC（满充容量，mAh）、TTE（预估剩余时间，分钟）、Cycle Count（循环次数）。这些参数通过I2C接口读取，首次SOC更新在POR后250ms内完成。设计容量寄存器默认2000mAh，可根据实际电池容量配置，分辨率为1mAh。

5.3 电源模式

三种电源模式：主动模式（默认，每秒更新所有测量）、睡眠模式（可编程周期，为主动模式的2~16倍，典型5μA）、关断模式（停止所有测量，1μA，通过命令或引脚唤醒）。睡眠模式可通过命令或自检测进入/退出；关断模式可通过SCL或ALERT引脚低电平唤醒。

5.4 告警功能

ALERT引脚支持过压（OV）、欠压（UV）、充电过温（OTC）、放电过温（OTD）、充电过流（OCC）、放电过流（ODC）、低SOC（US）、SOC变化（SC）和温度变化（TC）等多种告警。告警使能后，发生事件时ALERT拉低，主机读取标志位清除中断。

5.5 电池存在检测

芯片内置电池存在检测功能，通过VBAT引脚监测电池连接状态，支持热插拔检测。电池插入检测时间可编程（20~145ms），移除检测时间典型1.1s，可用于系统快速响应电池状态变化。

5.6 采样电阻选择

芯片支持0.5mΩ至40mΩ宽范围采样电阻（典型10mΩ），适配不同电流检测需求。选择时需平衡功耗与信号幅度：低阻值降低功耗但信号较小，高阻值信号更强但功耗增加。典型应用使用10mΩ可实现10A测量范围。

6. 典型应用电路

图2. 典型应用电路（系统侧电池电量计，WL-CSP-9B封装）

外围元件：电流采样电阻（0.5mΩ-40mΩ，典型10mΩ，±1%）、VBAT/VBATG和CSP/CSN的Kelvin连接走线、VBAT去耦电容（1μF）、V1P8输出电容（2.2μF）、NTC热敏电阻（10kΩ，β=3435K）、I2C上拉电阻（3.3kΩ）、ALERT上拉电阻等。支持高侧或低侧电流检测，具体走线参考数据手册布局指南。

7. PCB布局建议

• Kelvin连接：VBAT和VBATG必须从电池连接器两端直接引出（Kelvin检测），避免大电流路径上的IR压降影响电压精度。
• 电流采样：CSP和CSN差分走线直接从采样电阻两端引出，走线尽量短且对称，远离功率噪声源。支持高侧或低侧检测，走线需根据具体拓扑调整。
• 电容放置：VBAT和V1P8的去耦电容需尽量靠近芯片引脚，减小噪声耦合。
• NTC布局：TS外接NTC应尽量靠近电池放置，远离发热元件（如充电IC、处理器），确保温度测量准确。
• 地线处理：VSS和散热焊盘（WDFN）需连接至大面积地平面，多过孔散热。
• I2C走线：SCL/SDA走线远离高频开关噪声源，上拉电阻靠近芯片放置。
• 封装差异：WL-CSP封装尺寸更小，布局时需注意球间距（0.5mm）和走线规则；WDFN封装需注意Exposed Pad焊接。

8. 智能手机超低功耗电量计设计实例

目标：设计一款智能手机系统侧单节锂离子电池（标称3.8V，典型容量3000mAh）电量计方案，使用CXDR75146（WL-CSP-9B），通过I2C与主控通信，要求待机功耗极低，提供精确的SOC和告警功能。

• 硬件连接：CXDR75146部署在系统主板上，VBAT/VBATG从电池连接器Kelvin引出；CSP/CSN跨接10mΩ采样电阻（电池负极与系统地之间，低侧检测）；VBAT由电池直接供电（3.0~4.4V）；NTC选用103KT1608T（10kΩ@25°C），靠近电池放置；SCL/SDA上拉3.3kΩ至VDDIO（1.8V）；ALERT上拉至主控GPIO。
• 寄存器配置：POR后设置DesignCapacity寄存器为0x0BB8（3000mAh）；配置告警阈值（如OV=4.35V，UV=3.0V，OTC=45°C，OTD=60°C，OCC=3A，US=10%）；配置电池存在检测延迟。
• 软件流程：主控通过I2C定期读取SOC、电压、电流、温度，当ALERT引脚拉低时读取FLAG寄存器确定告警类型，执行相应处理（如降低充电电流、提示用户等）。待机时通过命令使芯片进入睡眠模式（5μA），进一步降低功耗。
• 电池存在检测：使能电池存在检测，主控通过中断或轮询方式获取电池插入/移除事件，实现热插拔管理。
• 低功耗设计：系统待机时配置芯片进入睡眠模式，仅5μA电流消耗；需要时可通过I2C命令唤醒或通过ALERT/SCL引脚唤醒。

9. 订购信息与技术支持

CXDR75146提供WL-CSP-9B（1.68×1.81mm）和WDFN-10L（2×2.5mm FC）两种封装，无铅、RoHS合规。提供工程样品、量产芯片及全面的技术支持。