Boogie Board 電池更換記

Boogie Board 是 Kent Display 推出的一種利用膽固醇液晶電子紙做的手寫板。我手上的這一片是多年前在日本出差時買的。

它沒電了。

膽固醇液晶是一種雙穩態的液晶材料，因此不管在黑態還是白態都不需要電力來維持畫面。Boogie Board 將膽固醇液晶封在兩片薄膜中，利用液晶分子在壓力下的非等向性流動 (anisotropic flow) 特性，使得筆尖壓過的地方分子排列改變，進而紀錄筆跡。而抹除時，則是在兩片薄膜之間施加電場，使液晶份子全部恢復至其中一種穩態。

這片第一代的 Boogie Board 其實沒什麼功能，它看起來黑黑的，可以讓你用稍尖銳的筆尖在上面寫字，遇到壓力的地方會變成白色。除此之外，它只有一個按鈕，按下去就會把整片面板上寫的內容抹除。雖然它只有抹除時會耗電，理論上電池可以用很久，不過總還是有用完的一天。

但是它居然不能換電池！

怎麼會有這麼不環保的產品？明明電池用完後換個電池就可以繼續用，為什麼要逼使用者買新的？

身為一個硬派的工程人員，我決定自己來幫它換電池。

帶焊腳電池

拆開 Boogie Board，可以看到電路板上有一顆帶焊腳的 CR2032 鋰電池，直接焊在板子上。有些帶焊腳的鋰電池可以直接進迴焊爐烤 ，跟其它零件一起焊到板子上，不過大部分的鋰電池耐不了兩百多度的迴焊溫度，通常在 SMD 之後再加工後焊。

我手上沒有帶焊腳的鋰電池，倒是有一些之前做藍芽六軸 sensor 時留下來的 CR2032 電池座和電池。於是我把原來的帶焊腳電池拆了，試著焊了一個 CR2032 的電池座上去。

但 CR2032 的電池座比原來的焊腳電池大上許多，會跟機殼干涉。雖然電池還是裝得上去，但是上蓋蓋不起來。

於是我上網去淘了一些帶焊腳的 CR2032。

同時又順便買了一些直徑比較小的 CR1620 和 CR1620 的電池座。CR2032 的電池座裝不上去，CR1620 的總可以吧。

由左至右分別是 CR1620、CR1620 電池座、和帶焊腳的 CR2032。

別的選擇

幾經考慮，最後我決定還是裝 CR1620 的電池座上去，雖然 CR1620 的容量只有 CR2032 的三分之一 (80mAh vs. 240mAh) 但可以避免下次電池用完時還要動用烙鐵才能換電池。

CR1620 的電池座比 CR2032 還要小，因此裝到原來電池的空間裡完全沒有問題。

波形的秘密

既然都把機器拆開了，我就順便看一下這塊板子到底產生什麼訊號來抹除膽固醇液晶。手上一時沒有示波器，就用可以看波形的三用電表來看。

一般要操縱液晶分子靠的是電場，因此我預期這個電路應該會產生一個相對高壓但是小電流的訊號加在膽固醇業液晶面板上。以前做電視面板時，驅動液晶的電壓大概在十幾二十伏特上下，但我對膽固醇液晶需要多高的驅動電壓一點概念都沒有。

我先從一格 5V 開始，爆掉。一格 10V，還是爆掉。直到一格 20V 時，我才看到完整的波形。

波形往下的時候，液晶會整片變白，而往上的時候則會整片變黑。從電錶抓到的波形來看，整個抹除的過程總共有三個 cycle，而第一個 cycle 的電壓比較高，單側將近 40V，peak-to-peak 將近 80V。

板子上沒有看到電感，而且我猜它不會需要太大的電流，因此比較可能是用 charge pump 跟倍壓整流之類的電路產生的。

板子上唯一的一顆超過三隻腳的半導體是 TI 的 MSP430F2001 微處理器，沒有其它的電源 IC。我猜他們這麼設計的原因是因為抹除這液晶需要的波形 (三個極性反轉的週期，電壓還不一樣) 不太容易用典型的電源 IC 產生，無論如何都需要一個可程式化的零件來控制，因此就直接用 MCU 去控制開關電晶體做成 charge pump，產生所需要的電壓跟時序。

總之，把電池換掉後，這片 Boogie Board 又重生了，可以再戰好多年。