学硬件,光看参数表不够,拆产品、学大厂设计,对我们设计硬件往往更有收获。
这次拆的是小米温湿度计3,用了大约一年半,最近提示电量不足,正好借换电池的机会看看它的内部设计。
它的功能并不复杂:
- 显示时间通过蓝牙连接手机测量温度和湿度检测按键操作
拆开后可以看到,板上主要有 5 颗芯片,分别负责电源、液晶显示、实时时钟、低功耗蓝牙和温湿度采集。
实时时钟:SD8563
实时时钟芯片使用的是 SD8563,走 I²C 总线,供电范围约为 1.5V~5.5V,单价大约 0.66 元。
常温下功耗低至0.45μA,内置谐振电容,时钟精度取决于外置32.768k晶振的精度。
比较有意思的是,芯片的 SDA、SCL 以及中断脚附近都没有看到外置上拉电阻。大概率是直接启用了主控内部上拉,用软件和芯片资源换掉几颗电阻,成本控制得很细。
液晶驱动:BU9792
液晶部分采用 BU9792。这是一颗通用 LCD 驱动芯片,可驱动 144 段字符或图形,适合笔段式液晶屏,通过双线总线与主控通信,供电范围约为 2.5V~5.5V。
侧贴按键旁边还预留了 TVS 管的位置,但最终没有贴装。对于这类消费级产品,按键暴露面积有限,评估后不装保护器件也许能省下一点成本。小地方,往往最能看出产品定位。
蓝牙主控与天线
蓝牙主控采用泰凌微 TLSR8250。板上使用 24MHz 外部晶振,天线则是常见的 PCB 倒 F 天线。
倒 F 天线不需要额外采购天线模组,直接在 PCB 上完成射频辐射结构,成本和装配都更省。不过它对板框尺寸、周边铜皮和元件布局比较敏感,设计时不能随便改。
温湿度计传感器
温湿度计型号我没查到详细的,估计是用的SHT40之类的传感器,国产类似奥松电子的AHT30之类的性价比都很高。
电源部分:为什么还要加 LDO?
电源芯片是 XC6206-2.8V。它旁边预留了 R4 电阻位:如果贴上 R4,纽扣电池可以直接给后级供电,LDO 则不必安装。
最终产品仍保留了 2.8V LDO。这样做的好处是后级电压更稳定,能减小电池电压变化对显示、蓝牙和传感器的影响。代价则是 LDO 自身会有静态电流,成本也增加了一些。
这个LDO的最小压降如下所示(实测没有那么大,可能因为这个温湿度计电流极小),我感觉直接纽扣电池供电就好了,不懂为什么还需要额外加个LDO,还增加了功耗,还浪费电。
我把 LDO 拆下后,用 0402 电阻将电池直接接到后级,尝试降低待机损耗。这个改法虽然省电,但也要注意:纽扣电池电压会随着使用逐渐下降,后级芯片是否能在全电压范围内稳定工作,需要结合实际规格确认。
小结
这块温湿度计的设计不复杂,却能看到不少消费电子常见思路:
-
- I²C 上拉依赖主控内部电阻,少用几个外部器件。TVS 和直供电源都做了预留,但量产版本按成本和可靠性取舍。PCB 使用沉金工艺,可能与液晶斑马条或接触区域的可靠性有关。
- 如果只看 BOM,感觉还能再省一点。但量产产品要兼顾电压稳定、良率和使用寿命,很多“多出来”的器件,未必只是浪费。
消费电子在成本和功能间找平衡,工业控制却把可靠性放在第一位。设备要长期运行,内存数据和外设连接都不能掉链子。创龙科技基于全志 T536设计的开发板,4核A55@1.6GHz+RISC-V,带 DDR inline ECC,可大大降低内存数据出错风险,再配 17 路 UART、4 路 CAN-FD,适合对稳定性要求很高的控制场景。
201
