華為FreeBuds Pro耳機拆解：國產(chǎn)MCU突圍

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

本文我們將拆解一款市面上非?；馃岬腡WS主動降噪耳機——華為的FreeBuds Pro無線耳機。

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

關(guān)于FreeBuds Pro無線耳機的詳細外觀結(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

• 耳機拆解

耳機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。下圖是耳機拆解去殼后的全家福。

耳機部分的電路，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的核心芯片之一，音頻主動降噪DSP芯片，作為耳機降噪的專用芯片廣泛被各大廠商用于TWS耳機的降噪方案中。

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

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耳機的主控芯片（如下圖所示），所以器件也多了起來，左右兩個中空金屬焊盤是耳機柄頂部的前饋麥克風收音通道。最左側(cè)膠封的芯片是一顆FlASH存儲器。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)的兩個金屬彈片用于連接藍牙天線。

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

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

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

順著后饋麥克風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。

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的電容傳感器，它與紅外距離傳感器配合可以識別出當前耳機是否佩戴人耳，是否摘下等使用場景。
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)射級的電場，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的狀態(tài)指示燈和檢測上蓋開合的霍爾元件、1個按鍵和2個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)計中的一個很常用的手段，以便在某些芯片因為一些原因采購困難時可以及時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的芯片，推測和電源管理和驅(qū)動相關(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口對鋰電池進行充電。

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

最后一顆，也是整個耳機充電盒的核心芯片，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的主時鐘，每秒執(zhí)行的指令更是可以高達180M條。

N32G4FR除了擁有優(yōu)異的運算能力外，還兼具低功耗的特點，芯片采用了40nm的工藝，最低靜態(tài)功耗達小于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12位5Msps ADC，最多支持16個外部輸入通道、2個1Msps 12位DAC，同時提供多種數(shù)字通信接口，包括7個U(S)ART、4個I2C、3個SPI、2個ISC、1個QSPI、1個USB 2.0設(shè)備、2個CAN2.0B、1個SDIO以及1個DVP接口。

值得一提的是這顆芯片除了作為通用MCU外，還支持市場主流半導體指紋及光學傳指紋感器，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512KB加密存儲Flash并支持多用戶分區(qū)管理，最大144KB SRAM，且可以外擴FLASH和SRAM。怪不得華為會選用這顆MCU做耳機充電盒的主控，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。

小結(jié)
從拆解后的硬件方案來看，華為FreeBuds Pro耳機結(jié)構(gòu)設(shè)計十分緊湊，尤其是耳機部分的結(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，這也是耳機越做越小，性能越來越強的原因之一，結(jié)構(gòu)和電路板的設(shè)計也處處透露著華為FreeBuds Pro產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)團隊的用心。

另一個方面我們可以看到， 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，耳機和充電盒部分的主控都是用的國產(chǎn)的芯片，除了耳機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。