平板电脑在兼具便携和大屏的优点加持下一直在人们的电子产品中占据着重要的位置,另一优势便是它可以像纸一样写写画画,记个笔记、画个图纸,配上一支触控笔妥妥地秒变生产力工具。

 

苹果、微软、华为等各大厂家在这几年间陆续推出了自己平板电脑的触控笔。而近期小米也终于针对新出的小米平板5和5 Pro推出了自己的触控笔,不但功能齐全而且价格亲民,一上市就被抢购一空。

 

下面就由我带大家看看这支热销的小米灵感触控笔吧。

 

开箱


这是小米推出的首款与自家平板电脑配套的官方触控笔,就像产品的名字一样,它能给用户带来更自由的操作体验。

 

这款触控笔可以轻松一放,自行与平板进行蓝牙配对和无线充电,减少了繁杂的操作,让它更像一支正真的笔那样简单、便于使用。

 

包装盒的正面印着一比一的触控笔照片,翻过盒子,背面是更换笔尖的说明,下面粘贴了产品的相关信息。抽开盒子,取出最上方纸盒,触控笔放在了塑料笔座里。同时包装盒内还附赠了一个备用的触控笔尖以及一张使用说明书。

 

 

拿出小米灵感触控笔,我们可以看到笔身是仿金属磨砂的塑料外壳,一体成型,摸上去很有质感。

 

一头的笔尖是可以拆卸的,并且有一定的伸缩性。

 

笔尖上方有两个功能按键,按键背面是个平面,平面上丝印着小米的全拼。

 

 

拆解

 

简单的看了一下小米灵感触控笔的外观结构后,接下来就动手拆开看下内部的硬件方案有什么特别的。

 

笔尖很容易取下,顶帽部分只能用刀片沿四周缝隙一点一点地割开,然后慢慢翘开。

 

好不容易翘开了顶帽,发现笔的顶端是用胶水封死的,也只能用暴力拆解了。

 

为了不会损伤电路板,这里使用斜口钳从笔的顶端一点一点地向下剪掉外壳,在看到中空部分露出来之后,沿笔杆方向去掉了一侧的壳体,最后将整个笔的内部结构抽了出来。

 

 

 

触控笔的电路板外围卡扣着一层塑料外壳,前端有一个锥状的金属弹簧,一侧还可以看到塑料外壳上内嵌着几颗磁铁,这是用来吸附平板用的。

 

使用镊子将塑料外壳的几个卡口扳开,再将无线充电的天线挪出即可取下一侧的外壳。

 

笔头部份的压力检测部件焊接在电路板上,这里使用电烙铁去掉即可取下另一侧的外壳。

 

 

  • 触控笔电路

 

整个电路板呈长条状,因为电路板空间较大,元器件布局并不是特别密集。电路主要分为三部分组成:蓝牙无线通讯电路、笔尖传感电路、无线充电路。

 

  • 蓝牙电路

 

首先,我们来看下蓝牙部分的电路。蓝牙部分使用的芯片是一颗支持低功耗蓝牙协议的SOC。电路相对比较简单,天线部分使用了一颗陶瓷天线来减少空间占用。触控笔通过这颗蓝牙芯片与平板电脑之间进行通讯,将笔压、电量、按键等数据上传到平板电脑。

 

笔尖传感部分的电路使用了一颗长体BGA封装的芯片,它被放置在靠近笔端电路板的一侧。没有查到这颗料的具体信息,猜测应该是小米自己使用晶圆合封的芯片。

 

从触控笔的功能和外围电路推测,这颗芯片应该包含了一颗MCU和电源及笔尖触摸的驱动电路。

 

  • 笔尖传感电路

压力传感器组件的模拟信号输出也是经由一颗电阻连接到了这颗芯片上,芯片内部通过AD转换将压力信号变为数字信号进行处理。

 

 

芯片背面有一个微型的变压隔离器和两个电感,推测应该是给电源和驱动使用的。


与电感相邻的是一个LDO电源电路,再向右整整齐齐得排列着测试点,合计着这设计电路板的是个讲究的工程师。

 

 

  • 无线充电路

 

最后是今天要重点讲解的无线充电部分电路,也是这支触控笔能实现一放就冲,18分钟满血来电的关键所在。

 

其实刚拆开触控笔的时候,有两个电路上的部件就特别显眼,一个是银白色的柱状锂电池,另一个是铜黄色的绕线无线充电天线,而这两个都是无线充电的组件。

 

电池使用的是村田公司生产的小型二次锂电池,它可以实现最大30mA电流的充放电,而且不需要充电IC,5000个循环中有80%以上的充电(容量)恢复率,容量大小为3mAH。这也是触控笔能实现快速充电的原因之一。

 

得益于无线充电芯片的高集成度,整个无线充电的电路十分简单。最显眼的就是天线、滤波电容和天线匹配电容。

 

使用漆包线绕磁心制成的无线充电天线位于电路板中间的位置,电场感应部分使用了电容进行了谐振匹配,将特定频率的电场更高效的耦合到芯片电源输入端。

 

无线充电芯片使用的是瑞萨电子生产的P9222-R,这是一款集成的单芯片无线电源接收器IC,适用于最高5W的应用场景。

 

 

芯片还兼容WPC 1.2 Qi无线充电协议。

 

P9222-R在轻负载时非常高效,十分适合像触控笔这样的低功耗应用。

 

独特的Ping检测功能可为用户提供无线充电器连接的早期指示,并在电池完全充电结束时提高散热性能。低欠压锁定阈值允许接收器即使在扩展区域内来自发射器的较弱数字ping强度信号也能启动。

 

该器件包括过温和欠压/过压保护。当接收器从低耦合位置快速移动到高耦合位置时,内部过压钳位可保护整流器输出不超过过压水平。

 

芯片还集成了32位ARM®Cortex®-M0内核的处理器,提供高度可编程性,用户可以根据自己的需求编写程序来实现客制化的功能。同时芯片还可以通过I2C接口或外部EEPROM轻松配置的设计参数对应不同的应用场景。

 

充电芯片提供了超小型的封装,这也是整个板载设计空间能游刃有余的一个原因。P9222-R属于工业级的芯片,工作的环境温度范围为-40°C至+85°C,完全适用于各种生活中使用的场景。

 

P9222-R功能框图如下:

 

芯片主要特性如下:

 

  • 超紧凑高效的无线电源接收器,适用于高达5W的应用
  • WPC 1.2 Qi基线电源配置文件(BPP)兼容
  • 针对低功率应用优化轻载效率
  • Ping检测可在充电结束时降低功耗
  • 低欠压锁定(UVLO),用于低压启动,可在扩展区域内实现更快速的连接
  • 用于双向通信的ASK和FSK调制/解调:Rx-to-Tx和Tx-to-Rx
  • 通过外部EEPROM上的I2C接口轻松配置设计参数
  • ADC输入用于测量电池电压或系统电压
  • 嵌入式32位ARM®Cortex®-M0处理器
  • 内部过压钳位
  • 较低的待机和工作模式功耗
  • 高性能低压差(LDO)稳压器,具有低RDS(on)和可编程电流限制
  • 支持I2C从/主模式
  • 40-WLCSP:5×8球阵列,2.28×3.38 mm,0.4mm间距

 

小结

 

整个小米灵感触控笔从外包装到电路板这样看下来,我们可以发现,产品十分符合小米一贯的作风,设计简洁但功能完备。特别是无线充电、自动配对的设计让这支触控笔顿时科技感拉满。这样的小米灵感触控笔谁不想来一支呢,我好像找到了为什么它会被抢购一空的原因了。