【導讀】做過(guò)一個(gè)電紙書(shū)閱讀器的項目，和Kindle是同類(lèi)產(chǎn)品。產(chǎn)品中用到一個(gè)“電池電壓偵測電路”，當時(shí)在這個(gè)電路上踩坑了，電路本身倒是很簡(jiǎn)單。和大家分享這個(gè)電路的設計要點(diǎn)，以及當時(shí)的設計失誤，幫助大家積累經(jīng)驗，以后不要踩這種坑。
做硬件，堆經(jīng)驗。
做過(guò)一個(gè)電紙書(shū)閱讀器的項目，和Kindle是同類(lèi)產(chǎn)品。產(chǎn)品中用到一個(gè)“電池電壓偵測電路”，當時(shí)在這個(gè)電路上踩坑了，電路本身倒是很簡(jiǎn)單。和大家分享這個(gè)電路的設計要點(diǎn)，以及當時(shí)的設計失誤，幫助大家積累經(jīng)驗，以后不要踩這種坑。
設計要點(diǎn)一：設定分壓電阻的大小
這種便攜式掌上閱讀器，當然是內置鋰電池的：
通過(guò)偵測電池電壓來(lái)判斷電池電量，是很常用的做法。偵測電池電壓的電路非常簡(jiǎn)單：
電池電壓經(jīng)過(guò)電阻R26和R62分壓之后，給到主控芯片MCU的ADC引腳，通過(guò)ADC來(lái)偵測電池電壓。為什么要分壓？因為ADC引腳可直接偵測的電壓范圍沒(méi)有4.2V這么高。在R62遠遠小于MCU的ADC引腳的輸入阻抗的情況下，可以忽略ADC引腳的輸入阻抗，這也是我們需要的。下面忽略ADC引腳的輸入阻抗來(lái)計算兩個(gè)電阻的分壓，也就是：
偵測到的電壓 = 電池電壓 x R62 / (R26 + R62)
偵測到的電壓 = 電池電壓 x 150 / (300 + 150)
偵測到的電壓 = 電池電壓 x 1 / 3
當電池電壓為4.2V時(shí)，經(jīng)過(guò)R26和R62分壓，ADC引腳會(huì )偵測到1.4V：
當電池電壓為3.5V時(shí)，經(jīng)過(guò)R26和R62分壓，ADC引腳會(huì )偵測到1.17V：
所以可以根據偵測到的電壓來(lái)算出電池電壓，也就是：
電池電壓 = 偵測到的電壓 x 3
查看MCU的數據手冊，可以查到ADC引腳的輸入阻抗。
為了忽略ADC引腳輸入阻抗的影響，R62要盡可能相對地小。
但又不能太小，因為這個(gè)電路會(huì )一直消耗電池的電量，就算是關(guān)機狀態(tài)下也一直在耗電。電阻太小會(huì )導致關(guān)機功耗變大，這里消耗9.3uA：
對閱讀器產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，可以接受了！
設計要點(diǎn)二：降低紋波電壓
為了精確測量電池電壓，ADC引腳處的紋波電壓要小。這里用了電容C32來(lái)濾波：
為了避免受到干擾，ADC引腳的走線(xiàn)要盡量短，遠離干擾源，走線(xiàn)包地處理。ADC引腳處的走線(xiàn)高亮顯示如下（這個(gè)MCU是BGA封裝）：
這里的走線(xiàn)不算短，不過(guò)經(jīng)測試紋波電壓小于50mV，滿(mǎn)足要求。
設計要點(diǎn)三：設定關(guān)機電壓
閱讀器配套的鋰電池，充滿(mǎn)電是4.2V。
在電壓降到3.5V時(shí)，經(jīng)實(shí)際測試，閱讀器的系統電壓還能保持穩定，但繼續放電容易導致死機，所以設定3.5V為關(guān)機電壓。
參考一款鋰電池的放電曲線(xiàn)圖，以1A電流放電時(shí)，一開(kāi)始放電曲線(xiàn)很平緩。放電到3.5V再往后一些，藍色的放電曲線(xiàn)呈陡涯式下降，這就是為什么電壓變得不穩定了。見(jiàn)下圖藍色曲線(xiàn)的最右側那一段：
根據這款產(chǎn)品的實(shí)際測試情況，軟件設定為當偵測到電池電壓降到3.5V時(shí)，系統執行關(guān)機。也就是：
電池電壓為4.2V時(shí)，屏幕顯示電量為100%；
電池電壓為3.5V時(shí)，屏幕顯示電量為0%，并執行關(guān)機動(dòng)作。
有些電子產(chǎn)品本身功耗低，也不會(huì )瞬間拉取大電流，就可以在電池電壓更低時(shí)才關(guān)機。
設計要點(diǎn)四：注意分壓電阻的精度
這個(gè)電路很簡(jiǎn)單，電性能測試也沒(méi)發(fā)現什么問(wèn)題。
試產(chǎn)了100片電路板，裝了幾十臺整機，各種測試都Pass，一切順利。
于是就批量5千臺，準備交第一批貨給客戶(hù)。
這是個(gè)定制項目，早就拿到訂單，已經(jīng)臨近約定交貨的日子。第一次正式批量，還是要謹慎。在貼片廠(chǎng)生產(chǎn)時(shí)，我全程跟線(xiàn)。
生產(chǎn)總體比較順利，我在產(chǎn)線(xiàn)上沒(méi)事的時(shí)候，無(wú)聊地檢查著(zhù)電路圖，突然心里一咯噔，發(fā)現這個(gè)電池電壓偵測電路，分壓電阻的精度竟然是5%，不是1%！
一下子就懵了！
電池電壓偵測的精度非常重要，要知道如果MCU把3.7V的電池電壓判斷為3.5V，雖然相差才0.2V，但是電量差得可多了，會(huì )導致提前很多就關(guān)機。
更糟糕的是，如果MCU把3.5V的電池電壓判斷為3.7V，那么系統不會(huì )在正確的電壓執行關(guān)機。繼續使用的話(huà)，在MCU將電池電壓判斷為3.5V之前，可能已經(jīng)出現死機的情況。
當時(shí)馬上問(wèn)產(chǎn)線(xiàn)還能不能改BOM，要更換物料，產(chǎn)線(xiàn)答復說(shuō)5千片馬上就要貼完，現在下更改單來(lái)不及了。。。
悲劇了，只能考慮是否手工改板了。把板上5%精度的換成1%精度的，每塊板要改2顆電阻，一共就是一萬(wàn)顆電阻。
首先問(wèn)產(chǎn)線(xiàn)拿了一盤(pán)精度為5%的電阻過(guò)來(lái)，測試看偏差具體是多少。結果發(fā)現雖然標稱(chēng)5%精度，實(shí)測精度并沒(méi)有超過(guò)1%。測了幾十個(gè)，基本是這種情況。
這就有點(diǎn)意思了，好像還可以??！換還是不換呢，陷入了糾結。
最后的決定是，保守一點(diǎn)，換！
于是很苦逼，產(chǎn)線(xiàn)上的熟練焊工并不多，臨時(shí)給我找來(lái)一個(gè)，我倆一起改板5千片。
一邊改板，一邊客戶(hù)那里催著(zhù)交貨，真是慘痛的教訓！
最后：復盤(pán)經(jīng)驗
這個(gè)事情，是設計上還不夠細心，對這個(gè)電池電壓偵測電路的認識不夠深刻，竟然沒(méi)有重點(diǎn)檢查電阻的精度。
5%精度的電阻相對便宜，公司的出貨量非常大，單板的成本降低一點(diǎn)點(diǎn)，多出來(lái)的利潤可以很可觀(guān)，所以大部分電阻是選用5%精度，個(gè)別有需要的地方才會(huì )用1%。
所謂成本是設計出來(lái)的。
值得一提的是，由于電阻精度對單板的成本影響較小，有些公司的硬件工程師為了方便，統一選用1%精度的，這樣就不會(huì )出錯，也減少了BOM中的物料種類(lèi)。
那么問(wèn)題來(lái)了，你公司的情況是這么一刀切，還是區分精度使用？
最后，有了這次手工改板5千的教訓，以后每次用電阻，我都會(huì )仔細檢查精度使用是否合理，也算是吃一塹長(cháng)一智。
另外，“電池電壓偵測電路”的兩個(gè)分壓電阻，后來(lái)改為了使用0.1%精度，會(huì )更靠譜。
（來(lái)源：公眾號電路??；作者：LR梁銳）
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