拆解:無法連網的路由器

作者 : Brian Dipert,EDN專欄作者

某天醒來,家裡的無線網路訊號完消失,我認為是路由器出了問題,而路由器頂部的「紅色死亡圈( red ring of death)」指示燈也證實了猜測。既然如此,就來準備拆開那個發生故障的路由器(TP-Link的TGR1900)進行檢查…

我曾在EDN上發表過一篇文章,講了如何設置由3個Google/TP-Link OnHub單元組成的網狀Wi-Fi。雖然有無線「骨幹(backhaul)」這個選項,但網狀接入點是透過有線乙太網路連接到路由器的,使網路用戶端可以最大限度地利用Wi-Fi通道。這個網路實際上是從那年的8月底開始使用的,在接下來的兩年多時間裡,一切都很好。但在去年9月的一個早晨,我醒來後發現家裡的無線網路完全沒有了。

我懷疑是路由器出了問題,路由器頂部的「紅色死亡圈( red ring of death)」指示燈也證實了我的猜測。我將它恢復成出廠設置,還是不行。幸好我有一個備用路由器可以用,雖然要費些時間重新設置這個路由器才能恢復網路。

隨後我準備拆開那個發生故障的路由器(TP-Link的TGR1900)進行檢查。這個路由器是我從eBay上買的,看了其頂部的標籤,發現它是工廠翻新的,所以壞了也情有可原。

圖1就是這個TGR1900路由器,尺寸為190.5mm×104mm×117mm,它的背面有2個GbE埠(WAN和LAN)、重新開機按鈕、未使用到的公共USB埠(只有駭客用……它執行Chrome作業系統!),以及電源輸入口(拆下外殼就能看到)。

圖1 TGR1900路由器外觀。

拆解之前,先瞭解一些背景知識:

Google與TP-Link和華碩合作開發的OnHub路由器最初於2015年8月推出,後來又增加了網狀Wi-Fi功能。TP-Link和華碩的機型功能相似,但也有區別:

  • TP-Link款頂部比底部寬,頂部有狀態LED,前面還有一個2.4GHz定向天線;
  • 華碩款底部更寬,並且在底部有一個狀態LED,沒有定向天線,支持手勢控制。

圖2顯示了TP-Link款路由器的內部結構。

圖2 TP-Link機型的內部結構。

TP-Link款路由器中2.4GHz和5GHz天線的數量和類型:

  • 13個高性能Wi-Fi天線
  • 1個藍牙天線
  • 1個Zigbee天線

輕輕旋轉路由器的堅固塑膠外殼(內有鰭片,有助於熱量上升並從頂部散去),解開閂鎖,然後提起,如圖3所示。

圖3 拆下TGR1900路由器的堅固塑膠外殼。

圖4顯示拆下TGR1900路由器外殼後,內部有大量的通風槽,還有前面提到的埠。

圖4 拆下TGR1900路由器外殼後,內部有大量通風槽及幾個埠。

圖5顯示路由器背面有一些額外的通風口。

圖5 路由器背面有一些額外的通風口。

接下來要探索路由器的內部了,先從底部開始。

拆解時每當我看到一個橡膠墊,就會在它的下面尋找螺絲釘,這次我又對了。雖然取下螺絲釘並沒有實質性的發現(圖6),請注意,第二個隱藏的重新開機按鈕是我先前提到的駭客朋友所發現。

圖6 拆解時每當我看到橡膠墊,就會在其下尋找螺絲釘。

所以,我把注意力轉移到路由器的頂部(圖7)。

圖7 TGR1900路由器頂部。

結果令人鼓舞!注意上面有一個安裝孔是半透明的(圖8),至於為什麼是半透明的,等會兒再解釋。

圖8 有一個安裝孔是半透明的。

接下來是頂蓋下面的半透明塑膠環(圖9),在下方露出的PCB邊緣上,標著數字「2.4」。

圖9 在頂蓋下面露出的PCB邊緣上,標著數字「2.4」。

拆下頂蓋,LED陣列(中間有一個感測器)清晰可見(圖10)。

圖10 拆下頂蓋,LED陣列清晰可見。

還記得前面提到的「2.4」標記嗎?圖11是LED-揚聲器零件的另一個視圖,其中一塊PCB板上標有「5」。邊緣周圍一共有6塊PCB板,其中一半標記為「2.4」,一半標記為「5」,稍後可以看得更清楚。

圖11 LED-揚聲器零件的另一個視圖,其中一塊PCB板上標有「5」。

這款路由器最特別之處在於其揚聲器設計。就我所知的其他路由器,與行動設備進行初始配對是透過藍牙或點對點Wi-Fi連接完成。而對於這款OnHub,路由器會發出聽得見的聲音,智慧型手機的麥克風(與Google Wi-Fi應用配合使用)進行監聽,由此完成初始配對。

從感測器的樣子來看,它的功能可能很多。如果Google及其TP-Link和華碩合作夥伴在路由器中再增加一個麥克風,就成了一個功能強大的智慧音箱(TP-Link設計的外觀相當漂亮),但我猜測他們並沒有這種想法。

離題太遠了,言歸正傳。

轉下另外4顆螺絲釘(與路由器底部的螺絲釘是一樣的)之後,可以不完全抬起LED-揚聲器元件,此時它仍與路由器內部元件連在一起(圖12)。

圖12 轉下另外4顆螺絲後,可以不完全地抬起LED-揚聲器元件。

然後我去看側面接縫,仍然使用剛才成功卸下路由器頂蓋的那把平頭螺絲起子(圖13)。

圖13 使用平頭螺絲起子撬開路由器的一個側縫。

「蛋」破開了(圖14)!

圖14 路由器被拆開了。

圖15是路由器背面內部的全域視圖。

圖15 路由器背面內部全域視圖。

進一步拆解之前,先斷開其餘的電纜連線,以便查看路由器的所有零件(圖16)。從PCB到LED的扁平軟性電纜已被拆下,其連接器在PCB的左上角。

圖16 斷開路由器的電纜連線,以便查看路由器的所有零件。

剩下的是一條黑白音訊線對(與PCB的大型法拉第籠下面的連接器連接),和一條單獨的黑線(通常與法拉第籠左側的連接器相連,位於上述軟性纜線連接器的下方),如圖17所示。把這兩條電線拆下來,就可以完全分離出頂部的各個「三明治」元件,我會從上到下逐個顯示它們。

圖17 剩下一條黑白音訊線對和一條單獨的黑線。

首先是「擁擠(congestion)」天線(中間有一個孔,使揚聲器的聲音能夠通過),Google對其功能描述如下:

OnHub在不中斷連接的情況下自動切換通道,以保持最佳的Wi-Fi訊號強度並避免擁塞,為使用者設備提供最快的速度。

TP-Link對其功能描述是這樣的:

每5分鐘搜索最不擁擠的Wi-Fi通道,並在能夠改善性能時及時進行切換。

圖18 路由器的「擁擠」的天線。

接著是一塊普通塑膠,我猜它的作用是將其上方的RF天線與其下方的電子元件隔離(圖19)。

圖19 這塊塑膠可能是用來隔離其上方的RF天線與其下方的電子元件。

其下是半透明塑膠片,可將來自下方的所有光線均勻地導向側面(圖20)。

圖20 半透明塑膠片可將來自下方的所有光線均勻地導向側面。

半透明塑膠片下面是揚聲器,由多種不同顏色的LED電路所包圍(圖21)。

圖21 揚聲器由多種不同顏色的LED電路的包圍。

這裡有幾個值得注意的半導體元件,包括美國國家半導體(現屬德州儀器)的2個LP5523可程式設計9輸出LED驅動器,以及旁邊的1個環境光感測器。還記得前面提到頂部有一個安裝孔是半透明的嗎?環境光通過半透明安裝孔照到環境光感測器上,從而動態控制LED強度(也可透過Google Wi-Fi應用手動執行此操作)。

圖22顯示了完全露出來的天線環。

圖22 完全露出來的天線環。

數一數導線,就會發現每一個天線元件(總共6個)實際上都是一個雙天線陣列,其中包含3個5GHz元件(圖23)。

圖23 6個天線元件中包含3個5GHz元件。

6個天線元件中包含3個2.4GHz元件(圖24)。

圖24 6個天線元件中包含3個2.4GHz元件。

圖24中顯示的2.4GHz元件位於路由器的最後面,是一個特別的元件,稍後將進行說明。

接下來要拆掉外殼的另一半(請記住它與路由器正面相連)。在法拉第籠的上方有一個黑色金屬支架,拆下支架,剩餘的外殼就脫離了一部分,但仍然有電線連著(圖25)。

圖25 拆下黑色金屬支架,剩餘的外殼就脫離了一部分。

圖26是還未斷開連接的天線特寫圖。

圖26 還未斷開連接的天線特寫圖。

斷開其中一個連接,就成功地完成了這部分任務(圖27)。

圖27 斷開其中一個天線連接,成功完成這部分任務。

這就是產品說明書中提到的「定向」天線,它延伸到路由器的正面,現在來看一下已經露出來的PCB正面。

這是一個巨大的散熱器(圖28)!

圖28 巨大的散熱器。

說到天線,再去看看PCB頂部的環,把它拆下來。斷開其餘的天線連接線,其中一根線伸到了法拉第籠右側中間(圖29)。

圖29 有一根天線連接線伸到了法拉第籠右側中間。

那根長電線連接到路由器背面的2.4GHz天線元件。由於其連接器靠近控制器IC,這個天線元件的一半(即一根天線)似乎是處理Zigbee的,本文後面還會詳細介紹。現在快速數一下天線的個數,TP-Link的說明書中提到有13個高性能Wi-Fi天線、1個藍牙天線和1個Zigbee天線。

其中6個Wi-Fi天線(或者說3個雙天線元件)為5GHz。還有5個Wi-Fi天線包含2個2.4GHz雙天線元件(一共3個),以及1個協力廠商元件(一共2個)。剩下的2個Wi-Fi天線是前面討論過的「集中器」和定向天線。現在知道了Zigbee天線的位置,藍牙天線則嵌入到PCB中(稍後再講)。據我所知,藍牙或Zigbee尚不能透過路由器韌體和應用程式更新來啟用軟體,因此這樣的硬體設計值得商榷。

如果從PCB上取下那麼大的散熱器,肯定可以看到下面的東西,對吧?好,首先轉下6顆螺絲釘(圖30),其中4顆在PCB散熱器的側面(底部),另外2顆在PCB另一側(背面)的頂部。再次提醒,PCB與路由器的正面相連。

圖30 從PCB上取下散熱器,首先要轉下6顆螺絲。

再次使用平頭小螺絲起子撬動散熱器,散熱器彈了出來(弄得我滿桌子都是導熱膏,瞧我又離題了)。

圖31 使用平頭小螺絲起子撬下散熱器。

我有沒有說過散熱器又笨又重?圖32顯示了與直徑0.75英吋(19.1毫米)的1美分硬幣相比,散熱器的大小如何。

圖32 散熱器與1美分硬幣進行大小比較。

圖33顯示了散熱器下方的PCB。

圖33 散熱器下方的PCB。

是不是有點失望?散熱器顯然是透過PCB另一側的電路散熱,圖34是PCB的特寫。

圖34 散熱器下方的PCB特寫。

這裡沒有太多亮點。在PCB的左下方,依照從左到右的順序,有2個美光非揮發性記憶體(1個25Q064A 64Mb SPI串列NOR快閃記憶體和1個基於MTFC4GACAAAM NAND快閃記憶體的4GB EMMC),以及1個英飛凌SLB9615可信任平台模組。

現在把PCB翻過來看看它的另一面。將伸到另一邊的塑膠安裝螺栓取下來後,底部小得多的散熱器就很容易彈出了。

圖35 取下塑膠安裝螺栓後,底部的散熱器很容易彈出。

我在下面發現了另一塊粉紅色的散熱膠,如圖36所示(回想一下,大散熱器拆下後,上面仍黏著幾塊散熱膠)。

圖36 PCB上的另一塊粉紅色散熱膠。

用手指甲很容易就可以把散熱膠刮掉,露出控制路由器工作的大腦:高通IPQ8064 Internet處理器,其中包括兩個基於Arm的1.4GHz Krait 300 CPU核心,以及一個雙核心730MHz網路加速器,用於增強資料封包處理。

圖37 高通IPQ8064 Internet處理器。

高通處理器旁邊(在圖36中可見)是2個美光MT41K256M16HA 4Gb DDR3L SDRAM(分別位於其左上和左下角)和1個高通QCA8337 7埠千兆乙太網路交換機晶片(位於其右側)。如果路由器僅包含2個埠,為什麼要使用支援7個埠的交換機晶片?我不太理解。唯一的猜測是,也許TP-Link當初希望在具有更傳統內建多埠LAN交換機功能的升級版路由器中採用同樣的基本硬體設計,具有自動頻寬聚合和故障切換功能的雙埠WAN設備也很酷。

現在來拆法拉第籠。嘿,看,還有2塊粉紅色的散熱膠(圖38)!

圖38 拆下法拉第籠,還有2塊粉紅色的散熱膠。

去掉散熱膠,露出其餘的IC(這些IC本質上都是RF,這就是為什麼它們上方要安裝法拉第籠),如圖39所示。

圖39 去掉散熱膠,露出其餘的IC。

上面兩個象限(一個象限是2.4GH頻段,一個象限是5GHz頻段)的底部是高通QCA9880 three-stream無線IC。左上象限頂部還有3個Skyworks SKY85405 5GHz WLAN功率放大器;相應地,右上象限頂部包含3個Skyworks SKY2623L 2.4GHz功率放大器。左下象限最明顯的IC是高通的QCA9982雙頻3×3多用戶MIMO控制器,位於正中間;右下象限的頂部是Silicon Labs的EM3581 Zigbee SoC和Skyworks的66109 2.4GHz Zigbee前端模組,右下角是Atheros(現屬高通)的3012-BL3D藍牙無線電發射器。說到藍牙,看一看右下象限的右側,會發現之前提及的嵌入PCB的天線。

最後一步:拆下路由器底座(因為它與PCB的2個乙太網路埠黏在一起,因此有少許損壞),如圖40所示。

圖40 拆下路由器底座。

圖41是PCB背面全圖。

圖41 PCB背面全圖。

最後,我必須感謝iFixit的朋友幫我辨識拆解中遇到的一些IC。對於此次拆解,讀者朋友,我們一如既往地期待你的評論!

(參考原文:Teardown: The router that took down my wireless network,by Brian Dipert)

本文同步刊登於EDN Taiwan 2020年8月號雜誌

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