做硬件，堆經驗。

做過一個電紙書閱讀器的項目，和Kindle是同類産品：

産品中用到一個“電池電壓偵測電路”，當時在這個電路上踩坑了，電路本身倒是很簡單：

和大家分享這個電路的設計要點，以及當時的設計失誤，幫助大家積累經驗，以後不要踩這種坑。

設計要點一：設定分壓電阻的大小

這種便攜式掌上閱讀器，當然是内置锂電池的：

通過偵測電池電壓來判斷電池電量，是很常用的做法。

偵測電池電壓的電路非常簡單：

電池電壓經過電阻R26和R62分壓之後，給到主控芯片MCU的ADC引腳，通過ADC來偵測電池電壓。

為什麼要分壓？因為ADC引腳可直接偵測的電壓範圍沒有4.2V這麼高。

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引腳的輸入阻抗來計算兩個電阻的分壓，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，經過R26和R62分壓，ADC引腳會偵測到1.4V：

當電池電壓為3.5V時，經過R26和R62分壓，ADC引腳會偵測到1.17V：

所以可以根據偵測到的電壓來算出電池電壓，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，因為這個電路會一直消耗電池的電量，就算是關機狀态下也一直在耗電。

電阻太小會導緻關機功耗變大，這裡消耗9.3uA：

對閱讀器産品來說，可以接受了！

設計要點二：降低紋波電壓

為了精确測量電池電壓，ADC引腳處的紋波電壓要小。

這裡用了電容C32來濾波：

為了避免受到幹擾，ADC引腳的走線要盡量短，遠離幹擾源，走線包地處理。ADC引腳處的走線高亮顯示如下（這個MCU是BGA封裝）：

這裡的走線不算短，不過經測試紋波電壓小于50mV，滿足要求。

設計要點三：設定關機電壓

閱讀器配套的锂電池，充滿電是4.2V。

在電壓降到3.5V時，經實際測試，閱讀器的系統電壓還能保持穩定，但繼續放電容易導緻死機，所以設定3.5V為關機電壓。

參考一款锂電池的放電曲線圖，以1A電流放電時，一開始放電曲線很平緩。放電到3.5V再往後一些，藍色的放電曲線呈陡涯式下降，這就是為什麼電壓變得不穩定了。見下圖藍色曲線的最右側那一段：

根據這款産品的實際測試情況，軟件設定為當偵測到電池電壓降到3.5V時，系統執行關機。也就是：

• 電池電壓為4.2V時，屏幕顯示電量為100%；
• 電池電壓為3.5V時，屏幕顯示電量為0%，并執行關機動作。

有些電子産品本身功耗低，也不會瞬間拉取大電流，就可以在電池電壓更低時才關機。

設計要點四：注意分壓電阻的精度

這個電路很簡單，電性能測試也沒發現什麼問題。

試産了100片電路闆，裝了幾十台整機，各種測試都Pass，一切順利。

于是就批量5千台，準備交第一批貨給客戶。

這是個定制項目，早就拿到訂單，已經臨近約定交貨的日子。

第一次正式批量，還是要謹慎。在貼片廠生産時，我全程跟線。

生産總體比較順利，我在産線上沒事的時候，無聊地檢查着電路圖：

突然心裡一咯噔，發現這個電池電壓偵測電路，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3.6V的電池電壓判斷為3.5V，雖然相差才0.1V，但是電量差得可不少，會導緻提前很多就關機。

更糟糕的是，如果MCU把3.5V的電池電壓判斷為3.6V，那麼系統沒有在正确的電壓執行關機，繼續使用可能會出現死機的情況。

當時馬上問産線還能不能改BOM，要更換物料，産線答複說5千片馬上就要貼完，現在下更改單來不及了。。。

悲劇了，隻能考慮是否手工改闆了。把闆上5%精度的換成1%精度的，每塊闆要改2顆電阻，一共就是一萬顆電阻。

首先問産線拿了一盤精度為5%的電阻過來，測試看偏差具體是多少。結果發現雖然标稱5%精度，實測精度并沒有超過1%。測了幾十個，基本是這種情況。

這就有點意思了，好像還可以啊！換還是不換呢，陷入了糾結。

最後的決定是，保守一點，換！

于是很苦逼，産線上的熟練焊工并不多，臨時給我找來一個，我倆一起改闆5千片。

一邊改闆，一邊客戶那裡催着交貨，真是慘痛的教訓！

最後：複盤經驗

這個事情，是設計上還不夠細心，對這個電池電壓偵測電路的認識不夠深刻，竟然沒有重點檢查電阻的精度。

5%精度的電阻相對便宜，公司的出貨量非常大，單闆的成本降低一點點，多出來的利潤可以很可觀，所以大部分電阻是選用5%精度，個别有需要的地方才會用1%。

所謂成本是設計出來的。

值得一提的是，其實5%和1%的價格差距很小，有些公司的硬件工程師為了方便，統一選用1%精度的，這樣就不會出錯，也減少了BOM中的物料種類。

那麼問題來了，你公司的情況是這麼一刀切，還是區分精度使用？

最後，有了這次手工改闆5千的教訓，以後每次用電阻，我都會仔細檢查精度使用是否合理，也算是吃一塹長一智。

本次經驗分享就到這裡，感謝閱讀！

來源：電路啊

作者：LR梁銳

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