说起来你可能不信,手写笔也是移动电子设备更新迭代的一个见证者,从电阻式、电容式、再到现在的无线蓝牙压感式,手写笔向着外观更精致、结构更合理、功能更强大、书写更贴近自然的方向进化着,当然要实现这些特色,少不了高集成度的硬件方案,稳定可靠的无线连接,高效率的无线充电,考虑到这些因素,现在的手写笔硬件方案还挺复杂的,值得深究一番。

 

本期硬核拆评就为大家带来华为 M-Pencil 手写笔拆解,看看这款在华为商城 99%好评率的产品硬件方案到底是什么?拆机见真相!

 

 

外观&拆解


M-Pencil 采用一体式设计,笔杆摸上去有点像铝合金的材质,但是考虑到它具备无线充电的功能,大概率是把塑料做成了这种手感,非常棒。另外,手写笔笔尖跟笔杆之间是有缝隙的,可以按压,不难推测压力大小就是根据笔尖伸缩程度来判断的。目测除了笔尖可以取下外,还有顶部的笔帽可以摘下,但其它地方就基本无从入手,那么开拆。


拆掉笔帽后可以看到顶部有个裸露出的铜片,无疑是天线了。另外这手写笔的结构设计真是绝了,只能依靠暴力拆解,完全不给复原的可能。


 

外壳给去掉后的全家福。

 


初见 M-pencil 的硬件方案,既惊叹于 PCB 设计的精致,又感叹于目前的芯片集成度和封装技术,这支笔的硬件复杂程度跟难度都远超于一般的物联网设备。大致看了一下,板上的功能大概可以分为无线充电接收部分,电源供给部分,传感器部分,核心控制部分以及无线传输部分。

 

 

这里是无线充电接收端的感应线圈,而相对应的背面就是无线充电接收端的电路,下图中没有丝印的这颗芯片(绿色)就是无线充电的控制芯片,不知是定制的产品还是华为海思自己的产品。

 

 

 

 

顺着无线充电这边就是从电池出来的电源供给部分,为板子上各芯片提供电压。


另外传感器部分又可以分为触摸功能部分以及压力传感器采集处理部分,触摸部分通过汇顶的硬件触摸方案实现,实际表现为切换手写笔的功能;

 

 

而压力传感器采集部分是整支手写笔的核心电路之一,并且从实际拆解来看,电路也异常复杂。实现这部分的功能除了前端采集放大电路,主要依靠一颗 FPGA 芯片以及一颗 MCU 配合实现的。

 

 


与压力传感器采集处理电路相对应的另一个核心硬件电路就是控制以及无线连接,但是看了一圈没有找到相应的芯片组,怎么回事?经过观察发现 PCB 中间带有屏蔽罩的器件周围包含了实时时钟以及射频时钟晶振,不难推测屏蔽罩里的就是 MCU 以及无线连接部分的芯片了。

 

只不过让笔者比较意外的是原本以为它会像 Apple Pencil 那样将无线连接以及 MCU 这两部分分开,但是从这屏蔽罩尺寸来看应该是集成在一起了?再看周围电路很多都是空有焊盘没有元器件,都是空贴,从这都能看出这硬件方案的厉害之处,大幅降低外围元器件,可以有效降低硬件设计难度并减少 PCB 设计的空间,简直就是为小巧的物联网设备量身打造的硬件方案。

 

灵魂拷问:“谁家芯片,这么牛逼”!

 

话不多说,那就来拆下这个屏蔽罩见证真相。芯片上的丝印为 WB55?真相是?经查为 ST 的 STM32WB。翻看下这颗器件的资料,居然是颗双核、多协议的无线微控制器芯片。

 

 

 

STM32WB 内部集成了一个 64MHz 的 Arm Cortex-M4 内核作为应用处理器,一个 32MHz 的 Arm Cortex-M0+作为网络处理器,独立两核设计,也就说是射频处理部分不需要占用微控制器的大核心,这样就能更合理的分配性能资源,双核架构下依然做到整体的低功耗,达到性能与功耗的最优平衡点。


在微控制器部分,STM32WB 采用了与 STM32L4 相同的开发技术,换而言之,STM32L4 MCU 有的东西,像多种低功耗模式,数字模拟外设等,这颗无线微控制器也都有,这就方便了,相信熟悉 STM32L4 的工程师也能快速上手这颗器件的开发,简单移植就能量产产品,还有比这更惬意的研发吗?

 

在无线连接方面,STM32WB 支持蓝牙 5.0 和 IEEE 802.15.4 无线标准,可以支持网状网络、ZigBee,OpenThread,并且强悍之处在于可以同时运行蓝牙 5.0 和 802.15.4 无线协议。

有了无线连接,当然也少不了安全性,STM32WB 同样做得非常到位,支持 256 位 AES 硬件加密等功能。东西太多,感兴趣的小伙伴可以自己去 ST 官网看。

当然,如果你真想用这颗无线微控制器开发,资料跟生态肯定少不了,ST 提供了这颗 MCU 的开发套件,另外还有在线的课程可以看,让你尽快熟悉这个产品,非常不错。简而言之,这个产品提供了一站式全套的软硬件解决方案支持。

 

 

小结


因为我手上也没有适配这笔的平板,所以也无从谈及实际体验到底如何?但是通过对 M-Pencil 的拆解,至少能看到这是一款精“芯”打造的高品质手写笔,尤记得 Apple Pencil 二代虽然也是采用 ST 的核心控制,但也只是采用了微控制器与无线连接功能分开的硬件方案,而华为的 M-Pencil 算是在此基础上的一次小超越,毕竟这种将微控制器与射频系统合二为一的方案,不但降低了硬件设计的难度,也给像手写笔这种空间敏感型的产品腾出了宝贵的 PCB 空间,举一反三来说,我们的研发人员可以花更多时间在产品的创意和功能上,而无需苦恼于硬件本身设计的难度,何乐而不为呢?