華為FreeBuds Pro耳機(jī)拆解：國產(chǎn)MCU突圍

從蘋果發(fā)布第一款A(yù)irpods以來，TWS耳機(jī)的熱度一直高居榜首。依托市場(chǎng)火熱的鯰魚效應(yīng)，推陳出新的TWS耳機(jī)硬件方案層出不窮，比如就有增加主動(dòng)降噪功能的TWS耳機(jī)。

本文我們將拆解一款市面上非常火熱的TWS主動(dòng)降噪耳機(jī)——華為的FreeBuds Pro無線耳機(jī)。

外觀
包裝盒內(nèi)的配件包括了華為FreeBuds Pro無線耳機(jī)和充電盒、充電線纜、附贈(zèng)的硅膠耳塞以及快速上手指南。

關(guān)于FreeBuds Pro無線耳機(jī)的詳細(xì)外觀結(jié)構(gòu)以及功能介紹可以觀看視頻了解，本文主要分析拆解后的內(nèi)部硬件方案有什么特殊的。

拆解

• 耳機(jī)拆解

耳機(jī)殼體都用由超聲波壓合而成，又有粘膠固定，所以唯有通過暴力拆解。下圖是耳機(jī)拆解去殼后的全家福。

耳機(jī)部分的電路，主控板由兩塊PCBA上下層疊而成，彎折處使用FPC連接。

貼于耳機(jī)一側(cè)的壓力、觸控傳感器通過連接器壓扣在電路板上（如下圖所示），而它右邊的芯片就是耳機(jī)的核心芯片之一，音頻主動(dòng)降噪DSP芯片，作為耳機(jī)降噪的專用芯片廣泛被各大廠商用于TWS耳機(jī)的降噪方案中。

中間部分的連接件連接著揚(yáng)聲器部分的電路，連接器左側(cè)膠封是一顆壓力觸控芯片，而最左側(cè)的兩個(gè)焊點(diǎn)連接的是耳機(jī)充電的充電觸點(diǎn)。

電路板背面的中部有一塊連接著大片鋪地的金屬網(wǎng)（如下圖所示），它可以很好的貼合另一塊板上的屏蔽罩，讓上下兩部分電路的地充分連接，右側(cè)絲印二維碼的芯片是一顆加速度傳感器，支持敲擊感應(yīng)、VAD語音開關(guān)和骨傳導(dǎo)通話降噪功能。

電路板左側(cè)散落這放著一些分立器件，還利用空白部分去掉阻焊層打印了一些電路板信息。

另一塊電路板的安裝著整個(gè)耳機(jī)的主控芯片（如下圖所示），所以器件也多了起來，左右兩個(gè)中空金屬焊盤是耳機(jī)柄頂部的前饋麥克風(fēng)收音通道。最左側(cè)膠封的芯片是一顆FlASH存儲(chǔ)器。電路板中間部份散落著密密麻麻的阻容感、晶振等器件。右側(cè)的兩個(gè)金屬彈片用于連接藍(lán)牙天線。

翻過電路板（如下圖所示），可以看到兩個(gè)帶著金黃色金屬外殼的前反饋麥克風(fēng)，使用膠封的是一顆FLASH存儲(chǔ)器，中間使用金屬屏蔽殼隔離則是耳機(jī)的主控和藍(lán)牙芯片。而最右側(cè)的一顆帶有銀白色金屬外殼的是通話麥克風(fēng)，用于人聲的拾取。

拆開電路板上焊接的屏蔽罩（如下圖所示），我們可以看到耳機(jī)的主控是一顆藍(lán)牙5.1和低功耗藍(lán)牙雙認(rèn)證的藍(lán)牙SOC，適合各種可穿戴電子設(shè)備應(yīng)用。

揚(yáng)聲器部分的電路都放到了柔性電路板上（如下圖所示），整體貼合在耳機(jī)揚(yáng)聲器后的電池和耳機(jī)外殼內(nèi)壁上。揚(yáng)聲器前伸出了一個(gè)后饋麥克風(fēng)，它與耳機(jī)柄部的兩個(gè)前反饋麥克風(fēng)配合共同用作主動(dòng)降噪。

順著后饋麥克風(fēng)我們可以看到一顆紅外距離傳感器（如下圖所示）。一側(cè)可以看到電路板連接圓柱形電池的焊點(diǎn)。

電池背面貼合的電路板伸出一塊裸露的銅片，這是用于輔助入耳檢測(cè)的電容傳感器，它與紅外距離傳感器配合可以識(shí)別出當(dāng)前耳機(jī)是否佩戴人耳，是否摘下等使用場(chǎng)景。
電路板中間的芯片用于鋰電池的充電管理。

• 充電盒拆解

充電盒同樣有繳稅粘結(jié)，通過熱風(fēng)槍加熱拆解。

充電盒拆解后的全家福如下圖所示。

充電盒電路主板與外殼上的器件通過連接件和FPC連接，主板上焊接著橢圓形的充電線圈，使用帶有磁性的橡膠粘合在外殼一側(cè)，線圈通過耦合發(fā)射級(jí)的電場(chǎng)，在回路中產(chǎn)生電流從而給電池充電。

最右側(cè)的是無線充電電路，使用的是支持快充協(xié)議的專用無線充電芯片。

中部的接口連接的是耳機(jī)的狀態(tài)指示燈和檢測(cè)上蓋開合的霍爾元件、1個(gè)按鍵和2個(gè)Pogo Pin。

再向左的接口連接著USB充電接口和充電指示燈。

左下方的接口連接的是充電盒的電池。

翻過主板我們可以看到很多預(yù)留的沒有焊接的備料位置（如下圖所示）。 這也是硬件產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的一個(gè)很常用的手段，以便在某些芯片因?yàn)橐恍┰虿少徖щy時(shí)可以及時(shí)替上其他同功能備用芯片，這樣可以盡可能減小芯片供應(yīng)給產(chǎn)品生產(chǎn)帶來的影響。

右側(cè)分布了幾顆查不到具體型號(hào)的芯片，推測(cè)和電源管理和驅(qū)動(dòng)相關(guān)。

向左，我們可以看到一顆支持I2C接口控制的單節(jié)電池充電管理和系統(tǒng)電源路徑管理芯片，它可以讓用戶通過USB口對(duì)鋰電池進(jìn)行充電。

在有線充電電路一側(cè)的是同步升降壓轉(zhuǎn)換電路，它對(duì)電池電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，供給電源給其他部分的電路。

最后一顆，也是整個(gè)耳機(jī)充電盒的核心芯片，國民技術(shù)的N32G4FR系列微控制器。

這是一顆采用32位ARM Cortex-M4內(nèi)核的MCU，最高支持144MHz的主時(shí)鐘，每秒執(zhí)行的指令更是可以高達(dá)180M條。

N32G4FR除了擁有優(yōu)異的運(yùn)算能力外，還兼具低功耗的特點(diǎn)，芯片采用了40nm的工藝，最低靜態(tài)功耗達(dá)小于2uA，3.3V電壓供電下消耗電流只有90uA/MHz。

接口方面N32G4FR擁有2個(gè)12位5Msps ADC，最多支持16個(gè)外部輸入通道、2個(gè)1Msps 12位DAC，同時(shí)提供多種數(shù)字通信接口，包括7個(gè)U(S)ART、4個(gè)I2C、3個(gè)SPI、2個(gè)ISC、1個(gè)QSPI、1個(gè)USB 2.0設(shè)備、2個(gè)CAN2.0B、1個(gè)SDIO以及1個(gè)DVP接口。

值得一提的是這顆芯片除了作為通用MCU外，還支持市場(chǎng)主流半導(dǎo)體指紋及光學(xué)傳指紋感器，內(nèi)部集成了DES3DESAESSHASMCRCTRNG等多種國際及國密碼算法硬件加速引擎。集成高達(dá)512KB加密存儲(chǔ)Flash并支持多用戶分區(qū)管理，最大144KB SRAM，且可以外擴(kuò)FLASH和SRAM。怪不得華為會(huì)選用這顆MCU做耳機(jī)充電盒的主控，作為通用MCU就已經(jīng)很優(yōu)秀了，附加的功能更是能滿足以后的升級(jí)。

小結(jié)
從拆解后的硬件方案來看，華為FreeBuds Pro耳機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)十分緊湊，尤其是耳機(jī)部分的結(jié)構(gòu)已經(jīng)做到了沒有些許多余空間，大量使用了小封裝集成度高的芯片，這也是耳機(jī)越做越小，性能越來越強(qiáng)的原因之一，結(jié)構(gòu)和電路板的設(shè)計(jì)也處處透露著華為FreeBuds Pro產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)團(tuán)隊(duì)的用心。

另一個(gè)方面我們可以看到， FreeBuds Pro目前還在大量使用著國外的芯片，這些芯片往往在短期內(nèi)很難能使用國產(chǎn)芯片替代，離真正的國產(chǎn)化還有很長一段路要走。但值得慶幸的是，耳機(jī)和充電盒部分的主控都是用的國產(chǎn)的芯片，除了耳機(jī)使用了華為自己的主控外，充電盒用的主控使用的是國民技術(shù)的32位MCU，這是不是代表著國產(chǎn)MCU的突圍之戰(zhàn)越來越順暢了，國產(chǎn)芯已經(jīng)得到了國內(nèi)龍頭企業(yè)的認(rèn)可。非常期待今后的電子產(chǎn)品能有更多使用國產(chǎn)芯片的硬件方案。