拆解:由語音啟動、支援Wi-Fi連接的調光開關

作者: Brian Dipert,EDN專欄作者

想在家中實現「智慧」照明嗎?如果調光對你來說很重要,你可能會選擇「智慧」燈泡,不過這沒有語音控制功能,調光功能也只能透過專門的行動應用程式來操作,對使用者而言這並不是最好的方法。當然,你也可以使用Leviton的DWVAA-1BW Decora智慧語音調光器——這就是本文準備拆解的產品。

想在家中實現「智慧」照明嗎?將可以由語音啟動的Amazon Echo或Google/Nest Home智慧設備與Belkin WeMo或類似的開關結合,就可以實現這個目標。可是,如果採用這樣的方法,首先需要購買兩個不同的設備,而且在語音超出設備麥克風的監聽距離時,就無法在本地進行調光控制了,而只能簡單粗暴地開/關設備。如果調光對你來說很重要,你可能會選擇「智慧」燈泡,不過這沒有語音控制功能,調光功能也只能透過專門的行動應用程式來操作,對使用者而言這並不是最好的方法。

當然,你也可以使用Leviton的DWVAA-1BW Decora智慧語音調光器——這就是本文準備拆解的產品。

DWVAA-1BW可用於功率高達300W的調光CFL、白熾燈或LED照明負載(需要中線),它包含一個多麥克風陣列和一個揚聲器,支持Amazon的Alexa協定(備註:不需要單獨的Echo設備)。該設備具有藍牙和Wi-Fi功能,可與Amazon伺服器進行通訊以實現語音輸入解碼及回應。另外,它支援前面提到的Leviton行動應用程式和Google助理,並透過IFTTT(If This Then That)支援其他協定。

圖1顯示了DWVAA-1BW Decora智慧語音調光器的外觀,以及與以1美分硬幣(直徑0.75英吋或19.05毫米)相比的尺寸。

圖1 與1美分硬幣相比,DWVAA-1BW Decora智慧語音調光器的尺寸。

先說一下我對這個產品的總體印象。「調亮」與「調暗」兩個按鈕最大,「增加」按鈕上有明顯的劃痕,Leviton不合格的品管讓人驚訝。這兩個大按鈕上方居中的位置是一個發光的「操作」按鈕,它有幾個作用,例如在一開始的時候啟動Alexa,以後就不需要用手來操作了,也可能透過該按鈕將麥克風靜音或取消靜音。

說到麥克風,請注意面板上有四個小孔,每個角各一個,這稍後再聊。揚聲器的位置很容易判斷,就在底部的「格欄」之下。揚聲器的下面還有另一個不太容易發現的照明源,當室內的燈關閉時它會點亮,這樣就可以在黑暗中找到調光器,它同時還反映連接狀態和其他設備的狀態。

設備兩側相對比較平淡,但是注意,兩側都有多個通風槽,如圖2所示。

圖2 調光器兩側有多個通風槽。

圖3顯示了設備的背面,將三根電線移開後會發現一些有趣的東西。

圖3 調光器背面。

最後是調光器的頂部和底部,如圖4所示。

圖4 調光器的頂部和底部。

現在來拆開調光器。首先,卸下在背部視圖中見到的四個螺釘,你會發現這些螺釘出乎意料地長(至少於我而言),如圖5所示。

圖5 卸下調光器背面的四個螺釘。

撬開前面的兩個側視圖中所見到的卡扣,將兩個部分分開,如圖6所示。

圖6 撬開調光器側面的卡扣,將兩個部分分開。

首先注意左邊PCB部分從揚聲器下方伸出的透明塑膠導光管。你可能會猜測它對應右側PCB「三明治」上的一個LED,沒錯(晚點再說它)。還要注意兩側PCB之間的兩條連接線:左側板底部的揚聲器,通過紅色線(正)和黑色線(負,即「地」),以及多觸點公/母連接器對(右側PCB上標有J1),由右側板上的電路驅動。順便提一下,右側PCB左上方的白色塑膠管沒什麼用,它肯定是用來支撐兩個PCB的,使整個組件裝配更牢固。

圖7顯示了圖6中調光器左側的放大圖,看起來沒什麼亮點。

圖7 圖6中調光器左側的放大圖。

圖8顯示的調光器右側元件更有意思一些(至少對我而言)。

圖8 圖6中調光器右側的放大圖。

還記得前面提到的導光管嗎?右側「三明治」最下層PCB的底部有兩個LED,分別標記為LD1和LD2。圖9顯示了這個透明的塑膠導光管(放在我那個用了30多年還沒壞的HP-15C科學計算機的破皮套上)。

圖9 從揚聲器下方伸出的透明塑膠導光管。

再回到左側PCB。將揚聲器和PCB取出來,如圖10所示。

圖10 將揚聲器和PCB取出之後的左側外殼。

要特別注意頂部通向外部的兩個「孔」周圍的橡膠墊(這個也稍後再聊)。

圖11顯示出拆下來的揚聲器背面,清楚地顯示出導光管通過的凹口。

圖11 拆下來的揚聲器背面,清楚地顯示出導光管通過的凹口。

圖12是揚聲器的正面,這部分比較有趣。

圖12 揚聲器正面圖。

為什麼說它有趣呢?我承認從圖片上來看並不明顯,所以需要解釋一下。揚聲器的周圍主要是硬塑膠,但是圖片最左邊的部分卻是橡膠材料。實際上,有兩片這種材料,中間有一個缺口,在裝上PCB時要與之相配。它是發揮了墊片的作用(稍後再說它),同時也請注意最下面那一片上面的孔。

現在來看看與那塊墊片相配的PCB,如圖13所示。

圖13 與橡膠墊片相配的PCB。

安裝揚聲器的那部分PCB之前被擋住了,現在才可見。我猜測,藍牙和Wi-Fi天線嵌入在這個特定的PCB中,它們透過前面提到的PCB間的連接器與系統其餘部分進行通訊,位置靠上,這樣才能獲得最好的發送和接收性能,並盡可能遠離會產生雜訊的AC/DC和開關深處的調光器電路,將PCB板翻過來後更有意思,如圖14所示。

圖14 將PCB板翻過來後更有意思。

首先,PCB中央有個長方形的銀色IC,標有U2。用Google搜尋,結果一無所獲。上面的logo讓人想到美光科技,但又不完全相同,所以我認為它不是美光的產品(總之,我想不通為什麼在這個位置會有一個儲存晶片)。相反,四個前面板開關則很明顯(頂部的兩個對應「操作」按鈕,關聯的LED位於它們之間,另外兩個實現「調亮」和「調暗」的功能)。

現在,終於到了解釋之前提到的DWVAA-1BW前面板上的4個孔及墊片的時候。DWVAA-1BW右上角的位置U7和左下角的位置U8很明顯有兩個MEMS麥克風(供應商未知),但是,右下角的孔似乎並沒有麥克風輸入功能,我猜它充當了揚聲器的低音反射埠。左上方的孔又是做什麼的呢?其位置對應標有U6的晶片接腳位置,但實際上那裡沒有晶片。

我的推論是:這是一種經典的雙麥克風定向陣列配置,其目的是透過演算法消除常見的背景雜訊,我首次在EDN上描述這個概念已經差不多是二十年前了(不小心暴露了年齡)。我猜想PCB板上為U8擴展的位置原本根本不存在;最初的設計是,MEMS麥克風在U6和U7位置(記得嗎?兩個位置都有墊片)。我敢打賭,到設計後期,開發人員發現U6和U7距離不夠遠,難以實現「波束成形」,於是將U6位置的MEMS麥克風移到了新加的U8位置。

現在,回頭看看圖6中右側的PCB,如圖15所示。

圖15 圖6中右側的PCB放大圖。

每當我看到晶片上面有貼紙時,就會懷疑它是韌體修訂標籤,其下方則是快閃記憶體程式碼儲存晶片。但這次我猜錯了:撕掉標籤,我發現這是一顆採用96球FBGA封裝的Kingston D2516ECMDXGME(PDF) 4Gbit×16 DDR3L 2133(PC3L 17000)SDRAM(圖16)。

圖16 PCB上有一顆採用96球FBGA封裝的Kingston SDRAM。

它的上面是一顆大晶片,有很明顯的Freescale(現NXP)廠商標記(圖17),利用Google搜尋我也沒搞清這是什麼晶片。但是,我偶然發現Kontron模組化系統的SoC上也有類似標記,因此我認為這顆晶片應該屬於NXP i.MX 8M應用處理器系列,該系列中還有Arm Cortex-A53和Cortex-M4處理器核心。

圖17 PCB上的一顆大晶片有明顯的Freescale廠商標記。

在這兩顆晶片的旁邊,還有一顆晶片也讓我一頭霧水,其表面發亮,讓人在某些光線和角度下都看不清上面的標記(圖18)。讀者們,你們知道這是什麼晶片嗎?

圖18 緊接著Kingston和Freescale兩顆晶片的是一顆身份不明的晶片。

繼續往上看,這個PCB的左上方有一顆非揮發性記憶體,與前面提到的Kingston SDRAM差不多,具體說,就是Sandisk SD1NBDG4-8G(PDF) 8GB iNAND嵌入式MMC快閃記憶體驅動器(圖19)。

圖19 Sandisk SD1NBDG4-8G(PDF)8GB iNAND嵌入式MMC快閃記憶體驅動器。

如圖20所示,PCB右上角是一顆Rohm BD71847,根據製造商的資訊,它是i.MX 8M Mini系列的系統電源管理晶片(編註:電源管理晶片)。啊哈,我之前猜對了,是系統處理器!

圖20 i.MX 8M Mini系列的系統電源管理晶片Rohm BD71847。

為了進一步探密,我把安裝PCB「三明治」(以及其他類比和電源元件)的金屬零件從黑色的塑膠殼中取出來了,如圖21、圖22所示。

圖21 調光器的黑色的塑膠殼。

圖22 安裝PCB「三明治」的金屬零件。

很快,我發現PCB「三明治」中有很多用來將兩個PCB板層連接在一起的粗彈簧頂針,需要費些力氣拆焊或剪斷它們,才能完全看到內部(圖23)。

圖23 PCB「三明治」中有很多粗彈簧頂針。

順便看看另一端的大功率電晶體,這時整個金屬元件被用作散熱器(圖24)。

圖24 PCB「三明治」中的大功率電晶體,這時整個金屬元件被用作散熱器。

我的老讀者們都知道,在拆解中我會盡可能保持設備完好無損,以便在完成拆解後能夠重新組裝並捐贈這些設備。因此,當我發現剩下的大部分組件都與傳統的調光開關相似時,我決定順從自己的心意,去探究那些看得見的有趣零件(圖25)。

圖25 在拆解中儘量保持設備完好無損,以便能夠重新組裝並捐贈。

仔細查看前面已經見過的最上層PCB的背面,我真的發現了另一個關鍵的系統元件,如圖26所示。

圖26 在最上層PCB的背面發現了另一個關鍵的系統元件。

DSP Group是一家與我有長久淵源的公司。1990年代中期,當時我在Intel的快閃記憶體部門工作,與他們合作完成了一個參考設計,那可能是世界上第一台完全非揮發性數位答錄機的參考設計(舉個例子,雖然那時已經有數位答錄機,但它們採用電池供電的RAM)。該參考設計包含一個具備位元可編程及區塊可抹除特性(非無限次抹除)的快閃記憶體檔案系統,它還可以使用低成本的「壞位元」和「壞區塊」快閃記憶體元件(Intel在測試後通常會丟棄這些元件)。

當然,所有這些在今天都已司空見慣,但我們談的是四分之一世紀以前完成的開發(再次感歎自己真的老了)!顯然,DSP Group保持了自己的專長,專注於各種音訊應用(同時也擴展到其他市場),例如本次拆解中看到的DBMD5VT181A4ANI HDClear雙核心DSP。

最後,親愛的讀者,歡迎你發表自己的想法,暢所欲言!

(參考原文:Teardown: Voice-activated, Wi-Fi-connected dimmer switch,by Brian Dipert)

 

 

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