好多年前，我曾经设计过一款便携式血糖仪，才真的感受到成本压力。
原来我设计的都是一些工业用的仪表，一般只要不是太夸张的奢侈型设计，都能够通过公司的成本考核，因为工业仪表相对专业，利润率比较高，因此设计的时候更多的是追求精度和可靠性，硬件成本相对就较少考虑；而血糖仪属于大众消费性的产品，都是用户购买血糖试纸时赠送的，因此客户对于成本的要求近乎苛刻。
先说结果，因为硬件成本的限制，我自作聪明，结果被这张图给害惨了：
图源：9S08LL16 Reference Manual : 13.4.1.4.2
血糖仪的工作原理是这样的：
血糖试纸利用前端的酶与血液中的糖份进行反应，产生uA级的电流，血糖仪就需要测量出这微小的电流，并根据试纸的特性计算出被测血液的血糖值。
要测量大小多少，就必须有标准。比如测量程度需要尺子，测量重量需要称等等。
而测量电流，实际上就是测量电压（电流流过电阻产生电压）。那么，要知道电压的多少，就必须有一个标准的电压，被测值和标准值相比，才能知道被测值到底有多大。
线路设计，碰到问题：
对于血糖测量电路来讲，也需要有一个基准电压（大约1V左右的标准电压）来给线路提供标准参考。
但是，我是用的是FREESCALE公司（现在已被恩智浦NXP收购）的型号为MC9S08LL16的MCU，它只有内部的电压基准，并没有引脚可以引出这个标准电压，也没有D/A（数字/模拟）模块可以输出标准电压。一般情况下就要使用外部电压基准元件，比如LM385，
图源：LM385 DATASHEET: Typical Application
可是，LM385的成本要1块多人民币，这对于要把硬件成本的目标压缩在20元RMB以内来说，是一个巨大的开销，难以承受。
真是一分钱难倒英雄汉，到底还有什么省钱的解决方案呢？为此我想了好几天，一直闷闷不乐。
发现捷径，大胆假设：
直到有一天，我正盯着初步的电路原理图看的时候，感觉是神仙附体，灵光乍现：
9S08LL16自带LCD驱动模块，而LCD驱动的时候，需要很多不同的电压，像我使用的1/4占空比，1/3偏压驱动的LCD，其工作波形是这样的：
图源：9S08LL16 Reference Manual : 13.4.1.4.2
原理是把LCD的驱动电压（VLL3）分成3份，其中VLL1等于1/3 VLL3，VLL2等于2/3 VLL3，而在这个设计里，使用了LCD驱动模块的内部升压泵，VLL3被设定成3V，所以VLL1等于1V。
而VLL1，VLL2，VLL3因为要加外接界电容，在MCU上是有引脚输出的：
图源：9S08LL16 Reference Manual :Figure 2-1
这样一来，VLL1如果稳定的话（并不需要准确，因为可以用程序使用内部电压基准进行校正），就可以作为基准电压来驱动外部线路了。
保险起见，进一步查Reference Manual，看看VLLx的生成机制，发现只有模块图：
图源：9S08LL16 Reference Manual ：Figure 13-2.
没有再详细的介绍，那就只能实际测量了。
用万用表测得MCU工作时，VLL1是1.1V，每一片MCU有些差异，基本在0.1V以内，再用示波器看VLL1的输出波形，几乎是一条直线，没有波动。
我这时感觉发现了宝藏：就这样，能节省1块多人民币，基本硬件问题就解决了。
冗余处理，小心求证：
因为在Reference Manual上并没有详细的VLL1规格介绍，比如温漂，误差等参数。
为了防止这个到来的误差，我在血糖仪每次测量前，都用MCU的内部基准校正一下VLL1的值。每一次血糖测量只需要几秒钟，在这几秒钟以内，VLL1是不会出现波动的。
我用这个特性做了设计：
还是把LM385放在了设计里面，只是生产时不用焊接。
就这样，我考虑了所有的可能性，将所能想到的潜在风险都一一针对做了处理，设计完成以后试产了几百台，都没有问题，我也松了口气，开始让工厂批量生产，第一批出货5000台，第二第三批都是几万台，也排好了出货时间。
闯祸了：
本以为是高枕无忧的享受时间，结果工厂传来了噩耗：大约有3%~5%的血糖仪，生产出来测试不良。而出货时间迫在眉睫，没办法，连夜飞往工厂，开始寻找不良原因。
最后，发现不良的血糖仪，MCU所输出的VLL1是在波动的，
- 有像这样的三角波：
- 也有像这样很任性的波形：
它们的共同点是，平均值是正常的1.1V左右，只是波动很频繁。
没办法，因为急着出货，只能采用原来预留的备用方案：焊上LM385，让成本增加了1块多钱。
追根溯源：
同时，联系了供应商和freescale原厂，几天后得到了回复：
VLL1的设计并不是要给设计者用来做外部基准的，仅仅供LCD驱动使用，而LCD驱动看中的是平均电压，些许的波动不影响LCD显示效果，因此MCU出现少部分比例的波动不属于质量问题，而且原厂并不保证VLL1出现波动的百分比。
也就是说，试产时运气好，没有碰到不良，这次批量我们碰到的是3%~5%的不良率，而下一批货可能是80%~90%，这都是没有保证的。
没办法，因为头几批货出货时间都很急，也为了节约生产成本，所以所有的血糖仪都焊接了LM385，公司损失了一些利润，我也少拿了一些奖金，真的是心痛啊！！！
而在这期间，我也找了很多种标准电压的方案，最后还是决定升级MCU，使用9S08LL36，这一款有基准电压的输出，其精度和稳定度是厂家设计保证的，成本多了大约0.4RMB。
总结：
作为设计者，一定要熟练掌握元器件的特性，datasheet上所有的特性最好都要去了解到，并在设计时充分考虑冗余工作。
而在datasheet上没有提到的功能，最好不要轻易使用，因为这属于超范围应用，很可能就落在了原厂设计考量之外，其性能是没有办法保证的。
这是关乎到自己奖金的血淋淋的教训，希望广大的设计工程师都能引以为戒。
参考资料：
LM385 DATASHEET
本文由 @julian2013原创，图片引用自元件datasheet，或者亲自绘出，实际拍摄，未经允许谢绝转载，谢谢！
Posted using Partiko iOS
This page is synchronized from the post: 血淋淋的教训：研发过程中节约成本闯的祸