来自 机械设备 2019-12-10 21:37 的文章

拆机寻迷:智芯如何将机械与智能手表完美融合

  这并不是传统意义上的评测。现在各家媒体关于智能手表的体验、评测文章已经很多了,但是主要集中在针对消费者的外观、功能、使用方法等。很少有专门针对工程师、采购、产品经理等业内人士所做的拆机评测。

  在此前,《国际电子商情》的兄弟媒体《电子工程专辑》曾做过一期手机的“拆机寻迷”,并取得了很好的反馈。拆机寻迷,智能音频与NFC将成标配本期拆机寻迷,我们将带来由智芯科技提供的智能手表方案C004的拆解。

  与目前市面上大部分的智能手表不同,智芯科技选择的是传统的机械表芯与智能相结合的方式。相比手机,智能手表的各种零部件更精细、集成度大、设计难度也更大,在拆解过程中也需要更加小心。好在我们得到了智芯科技的工程师鼎力支持,才得以最终完成此次拆解。

  提到智芯科技,可能不少人还有点陌生。这家公司于今年的3月17日亮相被誉为“奢侈品中的奥斯卡”的第44届瑞士巴塞尔国际钟表展。类似于百达翡丽、宝珀、欧米茄在内诸多国际知名钟表品牌均是该展会的常客。在此次展会上,智芯科技推出的C004获得业内好评。 据介绍,C004在重度使用的情况下,续航时间仍然长达两年以上,为全球续航时间最长的智能表芯产品。在产品大小方面,智芯科技也做到了极致,C002表芯厚度仅4.2mm,为全球最薄款智能表芯,C003表芯直径仅为25mm,相当于一枚一元硬币的大小,无疑为全球最小款智能表芯产品。

  C004的外观,属于那种非常经典的机械表式样,跟人的感觉是稳重、商务范。

  可能因为笔者很少戴表,戴在手上的感觉是有点重,金属表带的触感很好。现阶段是C004以行针类机械钟表外观为主,针对不同的细分领域和应用场景,提供健康、支付、商务、专业户外运动等功能。根据不同的表带也可以有不同的使用场景,通过不同的表带、表壳可以有不同的玩法。

  据了解,这个电池是通用的纽扣电池,并非定制产品,主要是方便用户后期换电池。之所以选择电池的方式而不是充电的方式,主要有几个方面的考虑:第一保证产品的外观设计,如果做充电的话,后盖就要留充电点;如果用无线充电则后盖没办法做金属。第二防水就不太好做;第三C004主打的一个卖点就是超长待机,产品功耗很低,一个纽扣电池已经可以做到8个月到1年的使用时长了。

  据介绍,C004在重度使用的情况下,续航时间仍然长达两年以上,为全球续航时间最长的智能表芯产品。 另一个卖点就是潜水等级的防水,目前拆解的这款表据透露可以直接戴着游泳和潜水到50~100米的深度,而IP67级别的防水基本在一米左右的深度。当然,为了实现这一点,每一个手表都要过水压测试。所以,使用纽扣电池可以保证外观工艺材料、防水等级以及待机时长。

  拆开以后,表的指针仍然在走。目前传统的机械表大多使用石英驱动指针,而C004则采用电控马达以及来自Sitime的硅振。目前硅振已经在越来越多的领域逐渐取代传统的晶振。

  撬开表盘后是这个样子,上层黄色的薄膜是RF天线。针对指针主要还是看驱动,C004的驱动会适配不同的针的形状和重量,来保证它的驱动的正常。

  发现一个某瑞士品牌Ronda的行针步进马达,通过电信号驱动,带着行针去步进。左上角黑色的是一个超低功耗的震动马达,用的也是日本的一家供应商,专门为智芯定制的。

  据介绍,为了测试行针驱动稳定性和一致性,保持稳定、可靠,智芯在开始设计的时候就要考虑机械的齿轮校准以及公差。这个时候需要有大批量的采样率,在不同环境温度下的采样率,保证它的行针稳定。所以做了大概1K的机芯进行反复测试,保证在-25°~+85°的温度下都能够稳定驱动。

  这里是最核心的PCB部分,包括一颗Dialog的蓝牙4.0芯片DA14580,一颗震动马达,以及一颗MCU,不过这颗MCU被遮住了,看不到牌子。因为空间有限,智芯选择的器件都是最小化的,里面用到的贴片电阻型号为0201。Dialog在功耗管理方面有着非常悠久的历史,其非常注重节能技术。DA14580作为目前全球尺寸最小、功率最低的蓝牙智能芯片smartbond,收发电流仅为3.8~4.9Ma,比其他同类蓝牙智能解决方案低50%。而且其深度睡眠模式的电流低于600nA。这表示在一个每秒发送20字节的产品中,一颗225mAh纽扣电池可以让其持续运作4年5个月;与此相比,前几代蓝牙智能技术仅能维持2年时间。

  SmartBond是首款突破4mA无线收发电流极限的蓝牙智能解决方案,静态功耗差不多在10度微安,在通信过程中平均功耗做到了20个微安左右。能够让设计人员将产品的电池续航时间延长一倍,或缩减所需电池的数量和大小。目前小米手环也采用的同款蓝牙芯片。

  从背面可以看到NXP的NFC芯片FM24NC32T3,但是NFC天线是智芯自己设计的。之所以用NFC留的是一个技术通路,可以做标签,也可以做门禁,也可以做电子名片。也可以做相关的身份识别,主要看客户愿意用NFC做什么功能。也有一些做运动品牌用NFC来做一个通信通道。

  此外,NFC在无源状态的,在被读的时候是不耗电的。主动通信的时候耗电在毫安级的。

  在塑胶件的选择上,看上去是一个不起眼的塑胶件。其实它的精度及尺寸要求是非常高的。智芯现在把精度控制在3丝(一丝等于0.01mm)左右,这是几颗料叠加起来的整体尺寸的公差。

  因为不同的材料在长时间下会产生形变的程度也不一样,所以在开模的时候也试了好几款材料,最后定下来的材料,稳定性和后期可加工性才达到要求。

  拆解完成后的全家福,可以重点对比其中的一元硬币,大致跟纽扣电池的直径相似。据透露,在智芯其它产品线mm,为全球最薄款智能表芯,C003表芯直径仅为25mm,相当于一枚一元硬币的大小,无疑为全球最小款智能表芯产品。

  拆了C004后发现还不过瘾,工程师又拿来最新的方案,这个是目前还没上市的功能DEMO C004。

  背面带绿光的心率传感器模块是AMS7000。这是一个传感器+Afe模拟前端+mcu内核的三合一的心率检测Soc模块。AMS7000是目前业内唯一一款内含动态算法的心率soc,且平均准确度可达95%,目前也已经在小米心率手环上量产。

  相比C004,H001还带OLED屏。目前这个产品在试产阶段,带支付(NFC)、心率、运动检测。相比上一代方案成本要高一倍多。这是一个四层板,H001与C004的PCB相比,集成的器件明显更多,图下增加了艾顺佳的屏显模块(OLED),同时也带上心率模块。

  这一次MCU没有被遮住,用的是Ambiq Miacro的超低功耗MCU Apollo。据说这也是智芯经过一圈供应商的对比后,最终采用这颗全球功耗最低的MCU。Apollo MCU采用ARM® Cortex-M4F架构,其独特之处是能同时优化工作和睡眠模式功率,其功耗低至行业领先的30µA/MHz,并且具有低至100nA的平均睡眠模式电流,而这种极低的功耗不会影响性能。其功耗通常比性能相近的其它MCU产品降低5至10倍,使得可穿戴电子产品和其它电池供电应用的电池寿命大大延长。

  最后,由于可靠性和稳定性的要求,C004需要经过多项测试,包括高低温冲击的测试,静电的测试,走时频偏的测试,蓝牙稳定性的测试。也要做老化的测试。特别是温湿度测试的要求非常高,因为成表的流通是全球市场的,比如会卖到俄罗斯、北欧,它的存储和使用温度都要做可靠性测试。目前这款方案的存储温度可达到-40°C~85°C。虽然跟人体搭配的使用场景会控制在一定温度范围内,但是还是有一些场景比如在户外、运输过程中会接近比较极端的温度。

  从这次拆解可以一窥智芯科技的强大硬件设计能力。怎么判断一款手表方案的设计水平高低呢?工程师一般从PCB板的以下几点来判断:

  3.对于手表这样精细化的设计,是能够在有限的空间内做到整个行业能够做到的工艺极限,别人再怎么调整也只能做到这个地步,不可能超越你。

  在如此小的面积下,能够集成这么多功能,同时布板干净,可谓是“螺狮壳里做道场”,其难度要远远超过传统的手机设计。

  目前智芯的客户群主要划分为几类:一个是传统的钟表企业,一个是电子数码领域,另一个是通讯领域,最后是互联网公司。据了解,智芯的定位不想做一个传统意义上的智能手表厂商,他们想要做手表领域的高通,重新定义智能手表产业。所以虽然很多客户找到智芯说要进行定制ODM,开发费给得也不错,但是智芯都没有考虑。而是主要提供公板设计方案,由客户自行设计壳、面、针。

  在拆解现场,笔者还看到了一款智芯为某知名手机厂商定制的方案,如果大家有兴趣的话,请期待我们的下期拆解吧!