电动牙刷虽早已走进我们的日常生活，但用户体验始终存在难以逾越的痛点：
“力度轻了，担心清洁不足；力度重了，又怕损伤牙龈。”
这种凭感觉控制的刷牙体验，让日常护理充满不确定性，更不用说那些伴随而来的噪音、溅水与续航烦恼。
真正的智能，应懂得“感知”与“呵护”。
艾为电子推出的压力感应方案，让电动牙刷具备精确的压力感知和智能响应能力，当没有压力时，避免溅水； 当压力过大时，系统即时响应，主动调节动力或发出提醒，从根源上避免过度用力导致的牙龈损伤。
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01 电动牙刷的压感应用场景
图1 电动牙刷刷头
1. 压力按键
电动牙刷有1个按键，通过长短按实现不同的功能
·牙刷长按开机或关机
·短按切换模式
2. 刷头端压力感应
·开机后，刷头受力低于30g时，刷头弱启动；
·在刷头受力30g-200g之间，刷头根据现有模式正常工作；
·刷头感应压力超过200g时，显示屏或LED显示“刷头压力”告警，同时刷头采用间断式震动提醒用户，并减弱振动频次保护牙龈
3. 应用中其他需要关注的点：
·温度补偿：当环境温度发生变化，电动牙刷的壳体结构可能会变软或变硬，从而导致传感器的触发灵敏度发生变化。此时就需要温度补偿算法来进行补偿，从而改善用户体验。
·低功耗方案: 例如在待机情况下，芯片通过间歇性监测按键的触发来节省功耗，从而保证充足的待机时长。
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02 艾为电动牙刷方案
针对电动牙刷应用需求，数模龙头艾为电子提出两种应用方案：AFE方案与SOC方案。
AFE方案可采用AW86872QNR。AW86872QNR作为高精度压感前端，拥有14bit ADC，可以将微小信号进行256倍放大，从而捕捉刷头压力的细微变化。配合基线跟踪算法，无惧温飘干扰，能够精准识别力度差异。4μA 超低功耗+小尺寸封装，完美适配牙刷紧凑结构，续航与轻量化需求全满足。AW86872QNR整体方案的成本相当具有竞争力，可以说是为电动智能牙刷量身定制。
图2 AW86872QNR 电动牙刷应用方案框图
SOC方案可采用AW86803QNR。借助芯片的60K flash，客户可进行方案集成。压力识别模块不再需要额外主控，直接实现压力及按键的检测。还能根据实际需求外接马达驱动芯片，当刷头力度超标或按键触发时即可立即控制马达反馈，开发效率直接拉满。
图3 AW86803QNR电动牙刷应用方案框图
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03 物料选型
本电动牙刷电路方案以模块化设计为核心，搭载艾为系列元器件保障稳定运行，整体架构围绕 “供电 - 控制 - 交互” 三大维度展开。
| 压感芯片型号 | AW86803QNR | AW86872QNR |
|---|---|---|
| 通道数 | 10 | 2 |
| 类型 | SOC | ASIC AFE |
| 封装 | 5mmx5mmx0.55mmQFN 40L | 3mmx3mmx0.75mm WBQNR 16L |
| 内存 | FLASH:60K SRAM:16K | NA |
| MCU | ARM M0+ | NA |
| 算法所处位置 | 芯片内部 Flash | 芯片硬件集成基线跟踪算法（参数存于主控） |
| ADC | 100K SPS 14 Bit | 150K/200K SPS 14 Bit |
| DAC | 12 Bit | 12 Bit |
| 接口 | I²C / UART | I²C |
| 内置温度传感器 | 有 | 有 |
| 中断管脚 | 有 | 有 |
| 内短噪声中心值 (μV) | 4 | 2 |
| GPIO 电平的按压状态指示 | 支持 | 支持 |
| LED 驱动方式 | NA | PWM |
| 按键扫描的功耗 | 1.413mA | 54μA |
| 独立工作 | 支持 | 需要主控芯片配置并进行按压状态处理 |
| 方案特点 | 自带 Flash，算法可完全在芯片内部运行芯片可以支持多级事件上报，上报方式可自定义 | 芯片内部集成基线跟踪算法，可直接上报按键状态；主控可通过轮询读取的方式进行压力识别运算 |
| 方案优点 | 客户平台适配性强，可独立运行可以支持按键和滑动功能 | 体积小，芯片功耗低，系统成本有优势 |
表1 方案对比表
供电与电池管理模块采用多层防护设计：
AW32002CSR 锂电池充电芯片支持 USB 规范与电源路径管理，适配 3.7V 锂电池；
AW37030D110DNR LDO 芯片提供 300mA 高性能稳压输出，为核心器件供电；
AW33901FCR 过压保护芯片以 30mΩ 低内阻和 50ns 快速关断特性，保护下游电路；
电机控制环节，AW8637DNR 驱动芯片支持 1.9A 大电流输出，集成欠压、过流、过温保护；
人机交互模块丰富用户体验：AW86872QNR 按键检测芯片以14Bit 精度、低功耗特性实现按键状态精准识别。
整体方案兼顾续航、性能与安全性，适配不同定位电动牙刷产品。以下是部分芯片选型表：
| 模块类型 | 元器件功能 | 艾为型号 | 关键参数 |
|---|---|---|---|
| OVP | 过压保护芯片 | AW33901FCR | 30mΩ Rdson，32VDCmax，Fast turn-off 50ns |
| LOW IQ LDO | LDO 稳压芯片 | AW37030D110DNR | 300 mA High Performance Low-Dropout Linear Regulator |
| Load Switch | USB 负载开关 | AW35752CQNR | USB 2.0 Hi-speed DPDT switchOver voltage protection: 5.1V typical24V DC protection on D+ and D- Ports+35V surge protection on D+ and D- |
| Boost | 升压芯片 | AW360994STR | Operating Input Voltage Range: 0.75V~5.2VAdjustable Output Voltage from 1.9V~5.5V |
| Charger | 锂电池充电芯片 | AW32002CSR | Single Cell Li-ion Battery Charger with Power Path Management and Full USB Compliance |
| Motor Driver | 电机驱动 | AW8637DNR | 1.9A Current，Rdson HS + LS: 340mΩ，UVP，OCP，OTP |
| Backlight Driver | 背光灯驱动芯片 | AW9364DNR | 4 channel,1-wire Dimming LED Driver with Ultra Low Dropout Current Source |
| Breathing Driver | 呼吸灯驱动芯片 | AW21009QNR | 9 multi-function led driver with i2c interface |
| BT LNA | 蓝牙低噪放大器 | AW15019FDR | 2.4~2.5GHz, Support High Linearity TX Path |
| Force AFE | 按键检测 | AW86872QNR | 14Bit,200Ksps,Low-power AFE with I²C Interface |
| Force Soc | 按键检测 | AW86802CSR | 14Bit,100Ksps, M0+ core with I²C Interface |
表2 物料选型表
关于艾为
中国数模龙头上海艾为电子技术股份有限公司创立于2008年，专注于高性能数模混合信号、电源管理、信号链等IC设计，2021年8月在上交所科创板成功上市，股票代码为688798。艾为电子累计拥有40多种产品子类、产品型号总计近2000款，产品的性能和品质处于业内领先水平。公司产品广泛应用于消费电子、工业互联和汽车市场，包含智能手机、平板电脑、笔记本电脑、智能穿戴、智能音箱、智能家电、移动支付、物联网、AI教育、智能玩具、服务器、新能源、机器人、无人机、安防、汽车电子等领域。
艾为电子始终坚持高质量研发投入，引领产品技术创新，近年复合研发投入占营收比例超15%，技术人员占比超过70%，累计取得国内外各种知识产权1500余项。
艾为电子获评国家企业技术中心、音频制造业单项冠军企业、国家知识产权优势企业，国家高新区上市公司创新百强榜，上海市创新型企业总部、上海市质量金奖、上海市级设计创新中心、上海市智能音频芯片技术创新中心、上海硬核科技企业TOP100榜单等资质荣誉。
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