拆解：具有運動傳統的智慧手錶

作者: Brian Dipert, EDN資深部落客

今天的拆解對象來自一家老牌的定位與活動記錄手錶製造商——Garmin的fēnix 5 Plus Sapphire Edition智慧手錶，以其前代Forerunner戶外運動錶為基礎而設計，但為更通用的智慧手錶未來鋪路。這家公司之前好幾代的穿戴式產品都非常好用，我也已經虔誠地使用了多年(未來也可能繼續使用？)...

四年前(快樂的時光似乎總是過得特別快)，我和iFixit的朋友們一起拆解了摩托羅拉(Motorola)第一代Moto 360 Android Wear (現在的Wear OS)智慧手錶。去年底，我還拆解了一款獨特的類比-數位智慧手錶(詳見《拆解：內嵌雙電源智慧手錶》)
——這款手錶的出廠公司似乎不太為人所知，現在也已經停業了，但無論你信不信，它的名字叫Martian。

今天我們的拆解對象來自一家老牌的定位與活動記錄手錶製造商——Garmin。這家公司之前好幾代的穿戴式產品都非常好用，我也已經虔誠地使用了多年(未來也可能繼續使用？)。fēnix是Garmin最新手錶的品牌名稱，以其前代Forerunner戶外運動錶為基礎而設計，但為更通用的智慧手錶未來奠定基礎(同時也希望在這個過程中保有原設計基礎)。該公司的產品系列包括3系列和5系列產品，進一步細分又有標準、‘S’和‘X’，以及標準和‘Plus’等版本之分。但在我看來，其間的區別是有點混亂的。因此，Garmin Fenix Comparisons這個獨立發表的網站可以為大家排憂解惑。

具體來說，今天要拆解的是fēnix 5 Plus Sapphire Edition的47mm直徑外殼尺寸版本。從它的命名即可知包含了藍寶石玻璃鏡片(而且還提供圓頂和化學強化玻璃選擇)。這個特定型號還提供不鏽鋼(本文所示)和鈦錶圈選擇。其他主要特徵包括：

• 直徑1.2吋(30.4mm)、240×240畫素、功耗最佳化的穿透反射式畫素記憶體(MIP)顯示器(注意：不支援觸控螢幕)；
• Wi-Fi、藍牙、低功耗藍牙(BLE)和ANT+無線連接選擇；
• 支援近場通訊(NFC)，用於實現Garmin Pay非接觸式支付功能；
• 支援GPS、GLONASS和Galileo全球衛星定位服務；
• 手腕式心率監測器(我的Forerunner手錶採用胸帶式，以ANT連接至手錶)；
• 一系列內建感測器技術：氣壓高度計、指南針、陀螺儀、加速度計和溫度計；
• 內建(各種)揚聲器。

我應該事先聲明，我非常感謝以下愛好者的拆解文章，特別是有助於瞭解我在拆解時的發現：

• fēnix 3
• fēnix 3 HR (聲稱完成了非破壞性拆解，非常令人欽佩，我可能會補充！)
• fēnix 5X

此外，還有FCC關於fēnix 5S Plus、fēnix 5 Plus (FCC ID是IPH-03437)和fēnix 5X Plus的文件資料(對此，我還應該向Garmin用戶論壇的網友表示感謝，因為他們為我提供了各種鏈接和更廣泛的資訊)。在將這些文章與我的進行比較時，無論是在物料清單還是結構細節方面，你可能會為各種型號的設計有多麼不同所著迷。

首先，像往常一樣，以下是一些外盒包裝照片：

將錶盒的頂部打開，手錶就映入眼簾：

恕我直言，雖然與我細瘦的手腕相較它有點寬，但看起來卻很漂亮。與我過去的Forerunner GPS手錶不同，它並不會過於厚實。錶盤上所看到的影像其實是一塊可拆卸的保護塑料薄膜，而不是LCD實際運作的樣子。然而，從這個模擬的錶面影像可以瞭解到，這款特定型號的手錶可支援彩色地圖和其他資訊的動態顯示。

在繼續往拆下之前再強調一點：儘管這只手錶是一款特殊版本，但其錶盤用的是LCD，而不是日益普及的OLED。它主要依靠來自周圍環境的反射光實現照明，而僅在必要時才提供穿透式背光作為補強(例如由用戶以按鈕啟動)，因此有了「穿透反射式」(transflective)顯示器這個稱號。它還包含基於SRAM的嵌入式畫素記憶體，從而無需不斷刷新顯示器DRAM。這兩種功能明顯地是要實現功耗最小化。

手錶一側有兩個按鈕，其間還有個神秘的開口(稍後會再多加解釋)：

另一側有三個用戶介面按鈕：

錶面就這樣了：沒有觸控螢幕(考慮到當手錶在室外活動環境中使用時，手指可能潮濕、寒冷、不乾淨或戴手套等等，而無法有效使用觸控功能，因此，不採用觸控螢幕倒也能理解)，也沒有原生的語音控制。不可否認地，與Apple Watch、Fitbit、Google Wear OS以及其他競爭產品相比，這樣的用戶介面有點「老派」的感覺，但鑒於其目標市場，這個問題影響不大。

下圖是它的背面：

在其中間設有光電容積脈搏波(PPG)光學心率感測器，一側設有專用的四墊連接器，用於實現充電和數據傳輸。說到這裡，包裝盒內還有幾樣其他東西：幾份文件，以及USB(至少一端是USB)連接線。如下圖所示：

有些人可能已經注意到，手錶前面有五顆梅花頭(確切地說是T5)螺絲，背面還有四顆。不管你信不信，只需把這幾顆螺絲擰掉，就可以完全看到手錶內部(相形之下，打開Apple Watch可就麻煩得多了)。如往常一樣，我的iFixit 64合一螺絲刀工具套件輕鬆搞定這些螺絲。下面是前面的五顆(左)和後面的四顆(右)：

如下所示，後側螺絲(右側)比前側螺絲(左側)更大一些：

卸下前側螺絲後，就可將顯示器錶圈提起：

我認為，PCB的顯示器是靠那根銅色的寬排線驅動，而那根較窄的黑色排線當然就是用來連接PCB到NFC天線。信不信？我想法拉第(Faraday)屏蔽罩上方的銅色圓盤應該是個簡單的揚聲器。伸出PCB一側的那三根(彈簧支承的)金屬桿提供與前錶圈(它也用來充當GPS天線)的連接。

下面是各組裝元件仍然相連時的另一個角度特寫：

現在可以看到，在錶圈和主體之間有個必備的黑色墊圈，是用來防水和防風雨——這款手錶的防水等級為10ATM (100m)。現在還可以看到，大部份的錶盤覆蓋著黑色NFC天線，在其背後是白色的顯示器背面。

那麼背面又如何？我還以為你永遠不會問：

這次墊圈呈藍色並楔入錶身——當我把背部取下時，它就彈了出來。

下面是把它重新插回到平常位置的特寫：

這裡又有兩根排線，這次都是銅色。但只有其中一個將PCB連接到背面組裝，另一個稍後再談。另請注意，背部連接器的四個導電墊一路穿過背面後連接到PCB本身，這表示它們既可用於數據傳輸，又可能由PCB上的電路來管理充電過程。在這方面，它使用了225mAh的鋰離子電池。

下面是觸覺馬達。其下則是光學心率感測器。由於我擔心它會產生煙霧、惡臭以及發熱，因而不敢嘗試把電池取下以便觀察感測器。順便說一句，別擔心，我並沒有忽略PCB這側的神秘銅方塊。

現在讓我們來斷開排線。下面是分開後的前錶圈背面視圖，這樣就更清晰地展示在它下方的NFC天線和專用LCD：

另請注意鏡頭底部錶圈上的灰色區域。前面提到的那三根伸出PCB的彈簧支承的金屬桿在此接觸。

以下是背面的兩側：

下面是PCB頂部的特寫照片(你很想知道那個法拉第罩下面是什麼吧？你也注意到在它上面、揚聲器旁邊刻有漂亮的等高線了嗎？)

下面是底部：

仔細觀察可以看到兩顆十字平頭螺絲，用於讓PCB固定位置。將它們拆卸掉，就可將PCB拿出來了：

還記得前面提到的第二根背面排線嗎？還有我之前提到過的手錶一側的神秘開口嗎？這二者是相關的：

將底部內容固定到位的那個金屬支架，它自身又是採用兩顆易於拆卸的十字平頭螺絲進行固定：

那麼，這是甚麼？

一開始我以為它是個麥克風……直到我意識到這款特定設計中沒有麥克風規格。然後，我認為它可能是個揚聲器，但我們已經找到過了(手錶內共有16GB非揮發性記憶體，其中有高達4GB可用於存放音樂，但前提條件是其可以通過藍牙耳機等進行播放)。

前面所提到的fēnix 3 HR那篇拆解文章讓我知道了它的真正目的。它是氣壓計測感器，可以用來預測天氣(我在登山時經常說：「如果你並沒有往上爬，但手錶說你有，那麼就是時候下山了，因為壞天氣馬上就來了」)，但主要用作高度計來測量高度(以及隨時間的變化)。回想起來也確實有道理，因為如果它要工作，就必須暴露在外部世界中(因此手錶側面就有了個開口，以及感測器周圍裹了橡膠墊圈，以防止周圍水份滲入內部)。

是時候卸掉法拉第罩了：

首先，各位親愛的讀者，我有個小疑惑非常希望你們之中有哪位能夠明確地幫我解答：在PCB上有什麼可用於驅動其上的簡單換能器？是右上象限中的那兩個金屬連接器嗎？

是時候辨識一些IC了。左下角是東芝(Toshiba) THGBMHG7C1LBAIL 16GB e-MMC NAND快閃記憶體模組。在它的右上角是(我想料號中有一些數字被遮掉了)華邦(Winbond) W987D6HBGX6E 128Mb低功耗SDRAM。它的左邊是個神秘的晶片，我無法在Google查不到這一料號，但其上有‘NXP’字樣，顯示它可能是NFC控制器。而在SDRAM的右側是Maxim MAX20303電源管理IC (還記得我之前曾假設說，電池充電是在PCB上處理的嗎？)。

現在回到PCB這一側的下半部份。在NAND快閃記憶體模組的右側有兩個晶片：一是賽普拉斯(Cypress) CYW20719 SoC，製造商宣稱它可以用來處理藍牙5.0和藍牙低功耗(BLE)任務；另一個是在其上的Atmel (現為Microchip) ATWILC1000 2.4GHz Wi-Fi控制器。在這些晶片旁邊還有兩個IC：Nordic nRF52832 ANT+晶片，以及其上的神秘IC(讀者朋友們，你們猜是甚麼？)。最後，沿著PCB右側邊緣的是聯發科技(MediaTek)的MT3333多合一衛星定位服務晶片組。

有一點我覺得奇怪，那就是在這個設計中Cypres CYW20719和Nordic nRF52832貌似冗余了。這兩款晶片都宣傳說可實現藍牙5.0和BLE，二者也都可能實現ANT+。一般來說，鑒於已提供業界標準的藍牙和BLE支援，我一開始想知道Garmin為什麼還要不厭其煩地繼續支援其專有的ANT+ (特別是會增加物料清單成本)，我之前也寫過相關報導。但後來我才瞭解，雖然不再需要ANT+配接器用於與支援藍牙功能的智慧型手機和電腦實現同步(更不用說，謝天謝地，不再需要透過ANT+連接到胸帶式心率監測器)，但仍然Garmin愛好者想要使用大量的ANT+週邊裝置，例如用於自行車踏板的踏頻感測器，以及安裝在鞋上的計步用感測器，以便在跑步機上跑步時就測得「距離」。

下面看PCB的背面：

在理想的採光環境下，就可以看清這款鏡面拋光的主IC身份了：

它是主系統CPU，即飛思卡爾(現隸屬於恩智浦) MK28FN2M0ACAU15 Kinetis K28 Arm Cortex-M4應用處理器。然而，法拉第籠一角有一大顆IC，其身份是個謎。另一款Garmin手錶(型號：A03405)也有一塊類似的IC，在FCC的照片中稱其為Wi-Fi收發器，但由於我們已經在PCB的另一側辨識了該晶片，因此在這個特定設計中並非如此。

鑒於它與處理器靠得很近，我猜測它是個未知製造商和容量的SPI快閃記憶體，用於儲存系統程式碼——而在其上印有韌體修訂標籤。Kinetis K28包含2MB的嵌入式快閃記憶體，足以啓動該系統，但可能無法完全運行。前面提到的NAND快閃記憶體模組可以保存程式碼，並加載到DRAM執行，但我猜它只是專門用於儲存非揮發性數據。

如果你還在看這篇文章，你會注意到還有一些事尚未提及……因為它們也很神秘。首先，溫度計在哪裡？從前面那篇fēnix 3 HR的拆解文章可知，那個新設計是以線圈的方式實現，並將它連接到氣壓計模組，但我還沒有在fēnix 5 Plus中發現任何類似(或別的)東西。談到感測器，指南針、陀螺儀和加速度計又在哪裡？例如，在PCB前側的底部邊緣、在顯示器電纜連接器的兩側有兩個可疑IC。左邊的那個IC看起來像這樣：

但是我無法在照片中拍到右邊的標記，因此你必須相信我(以及我這款便宜但高效的照明放大鏡)，它的左邊寫著‘AGR’，上邊標記是‘B09’。在這兩種情況下，封裝上的標記都還包括看起來像二維碼的東西，所以我猜測這兩塊IC上帶有Garmin獨有的標籤。

最後一個謎團是：我們已經辨識出GPS和NFC天線了，但2.4GHz天線在哪裡？由於藍牙、BLE、Wi-Fi和ANT+都共享相同的ISM頻段，我猜想出於節省成本和簡單的原因，它們應該也共用同一個天線。我還猜測它嵌入在PCB內部而不是獨立的天線。但是，儘管嵌入式天線結構通常肉眼可見，但在此特定情況下我卻找不到，除非它是由PCB頂部外緣周圍的一個或多個裸銅區域所構成？

讀者朋友們，對於這些未解的問題有任何答案或想法，以及更多的一般評論和其他反饋，我一如既往地表示歡迎！

(參考原文：Teardown: A smartwatch with an athletic tradition，by Brian Dipert)

本文同步刊登於電子技術設計雜誌2019年8月號