針對電動牙刷電池內(nèi)置的特點，在系統(tǒng)軟硬件設(shè)計上如何進一步提高穩(wěn)定性來做一些探討

在電子發(fā)燒友創(chuàng)新開放實驗室對聲波電動牙刷的拆解直播過程中，聚豐開發(fā)對聲波電動牙刷的一款方案電路圖提出了一些優(yōu)化建議，因為直播網(wǎng)絡(luò)碼率等客觀因素的影響，觀眾希望聚豐開發(fā)能對這部分內(nèi)容做一個更深入、更清晰的介紹，本文針對電動牙刷電池內(nèi)置的特點，在系統(tǒng)軟硬件設(shè)計上如何進一步提高穩(wěn)定性來做一些探討。

我們先來看一下電動牙刷的整體架構(gòu)：牙刷主體、充電底座、藍牙選配。主體和充電底座都是密封防水設(shè)計，一旦裝好，再想打開就非常困難，大家看看我們實驗室拆解的圖片就知道打開是有多難。

圖1. 電動牙刷整體架構(gòu)圖

圖2. 電動牙刷拆開圖

電動牙刷選用14500鋰電池，電池直接焊接到板上，PCB板電池鏈接采用斷點設(shè)計，斷點設(shè)計是電池的正極和負極有一端不直接和電路連通，留有一個跳線焊盤。這種設(shè)計可以防止生產(chǎn)過程中電池接反（防呆設(shè)計），如果電池接反，很有可能導(dǎo)致板上元器件燒掉，有了這個設(shè)計就能在生產(chǎn)過程中先檢查電池有沒有接反，然后把斷點連上，避免燒板。

圖3.14500鋰電池外觀圖

防呆設(shè)計也可以在電池正極串聯(lián)一個二極管方式來實現(xiàn)，這樣會增加成本，顯然沒有斷點設(shè)計合理。如果電池是可插拔方式，加二極管的方式會更可取，因為電動牙刷的電池是焊死在板上，如果電池方向焊反，需要拆下來重焊，只要電池焊對方向正確，后面就不可能再搞錯方向，沒必要加二極管，可插拔電池方式終端用戶在使用過程中都有機會裝反電池，加二極管才能有效保護電路。

單片機上電復(fù)位功能看似簡單，實際上做穩(wěn)定并不容易，是體現(xiàn)芯片設(shè)計能力的一個重要參考點，不少芯片設(shè)計公司在這方面都不夠重視，直到芯片批量應(yīng)用后問題才會暴露。有個簡單的方法可以測試上電復(fù)位的穩(wěn)定性，寫一個簡單的閃燈程序，電源正極用兩條線反復(fù)碰上、斷開、碰上、斷開……這樣重復(fù)1000次以上，如果芯片沒有出現(xiàn)死機就說明這個芯片上電復(fù)位穩(wěn)定性可靠。

現(xiàn)實是相當(dāng)一部分MCU的上電復(fù)位都不夠穩(wěn)定，原因是芯片在0.7-1.5V這個電壓區(qū)間段內(nèi)部電路是一個準(zhǔn)工作狀態(tài)，通常芯片都要求供電電壓上升時間小于某個值，目的就是防止這個準(zhǔn)工作狀態(tài)時間過長把內(nèi)部邏輯搞混亂導(dǎo)致上電死機。有興趣的工程師可以自己做相應(yīng)測試，用DC電源給單片機供電，電源電壓從0V開始慢慢上升，然后慢慢下降到0V，來回反復(fù)，觀察單片機是否死機，再改成只下降到1V左右，觀察單片機是否死機。

電動牙刷的斷點設(shè)計還有一個好處是可以減小上電復(fù)位不良造成死機的影響，如果沒有斷點設(shè)計，焊電池正負極的時候難免會造成電源抖動，這樣就有機會造成死機，如果死機，沒有斷點只能是焊開電池，有了斷點處理起來就便捷許多，只需要焊開斷點就能處理好。另外斷點焊盤的焊接比電池正負極的焊接處理要簡單方便，可以讓生產(chǎn)過程更加安全可靠。

下一期，我們會分析直播中電動牙刷原理圖，一起看看這兩份原理圖有哪些地方可以做適當(dāng)優(yōu)化。