撬開Google Wifi一窺路由器內部設計

作者 : Brian Dipert,EDN專欄作者

相較於支援網狀網路用信標(beacons)機制的第二代機型,第一代Google Wifi家用智慧路由器內建Zigbee傳輸協議,也是筆者此次準備動手拆解的「代宰羔羊」…

正如之前在2017年11月的一篇文章中所描述的,近5年來,我在Google與TP-Link合作開發的Google OnHub裝置上運作Wi-Fi網狀網路的使用體驗一直十分愉快。

因此,就在不久前,除了家中樓下管線間的路由器(網路連接)以及樓上起居室和主臥室的網狀集線器,我為居家辦公室添加了第三個網狀集線器。

唉…就像我一直擔心的,Google將自今年年底停止對OnHub的軟體支援。雖然現有基於OnHub的網路仍能繼續運作,但不可能再對其進一步配置了,包括更換網狀網路中的故障單元(即便到了現在,更換過程還是不太容易…而且原來的Google Wifi應用程式(app)已遭廢棄,取而代之的是Google Home,進一步加劇了複雜性…到目前為止,我已經用過兩個OnHubs了…)。

在2017年11月的那篇文章中,我還提到購買了整套‘Google Wifi’三件組(我也不知道為什麼這個品牌名稱會這樣拼字)。然後,我決定要求以全額退費(其售價為244.99美元含稅,而當時的建議零售價是299.99美元)方式退貨。原因之一在於其802.11ac功能,僅AC1200支援2×2:2多用戶多輸入多輸出(MU-MIMO),而OnHub裝置的AC1900 3×3:300則不支援MU-MIMO)。

2020年中,當我一開始聽到OnHub即將退場的傳言後,馬上改變主意買了另一組包含三件裝置的Google Wifi套組,這一次是從Woot網購的翻新機,價格是174.99美元(含稅)。即便我對OnHub網狀網路戀情正式宣告結束,也不會改用其他產品;Google的後續產品Nest Wifi系統係以AC2200 4×4:4 MU-MIMO為基礎(至少對於路由器來說如此;Nest Wifi集線器的規格讓人想起 Google Wifi,而且不支援有線回傳網路介面選項。這就是為什麼我要裝配一個完全基於路由器的網狀網路):

在我決定放棄以Google為中心的生態系統途徑時,也破解了一堆T-Mobile TM-AC1900路由器韌體,並將其轉換為具備網路能力的華碩(ASUS) RT-AC68U單元。

儘管如此,我仍需備用至少一個Google Wifi裝置…沒錯,就是要用來作為拆解的「代宰羔羊」。迄今為止,Google已推出三種不同版本的GoogleWifi裝置;相較於原始型號NLS-1304-25 (FCC ID A4RNLS-1304-25)內建Zigbee支援,第二代型號AC-1304 (FCC ID A4RAC-1304)則不支援此傳輸協議,但就像其上一代OnHub一樣,從未得到過強有力的支援。

最近,該公司悄然發佈了一款價格較低的第三代設計,其中唯一值得注意的改進(至少在外觀上)是將基於USB-C連接器的電源轉變為基於桶式連接器的電源。在我的三套翻新機中,有兩套是第二代AC-1304型號,但第三套是第一代 NLS-1304-25,也正是此次要拆解分析的對象。日後我還會針對第二代機型進行拆解分析,不過我們很快也會看到,FCC的文件可能就足以看出其中的差異。

三件式套組採用一個帶有Google商標的普通硬紙箱盒包裝:

型號NLS-1304-25的裝置位於中央,AC-1304s橫跨在兩側——NLS-1304-25位於左側,AC-1304位於右側:

機型排序相同,但這次是從兩個不同的角度展示裝置的底部:

順帶一提,在開始拆解之前,應該先來看看包裝盒中還有什麼。由於(我假設)這些都是翻新機,其中只包括一份單面文件以及一些逗趣的說明:

「如果初始配置失敗;第1步:重置出廠設定,再試一次,第2步:發送電子郵件給我們!」

在這三台裝置的下方附帶有裝置的配件盒:

每一個配件盒中都包含一個電源配接器以及單獨的乙太網路(Ethernet)電纜(OnHub已包括兩項):

現在就讓我們把關注焦點集中在此次拆解的明星——NLS-1304-25上。一如往常,先來一張特寫照並陪襯一枚直徑為0.75英吋(19.1mm)的1美分,作為尺寸比較(Google Wifi裝置的直徑為4.1in/106.1mm,高度為2.in/68.7mm,重量為12oz/340g):

接下來是底部特寫,請注意有線WAN、LAN和電源輸入的位置標記。

您看到的那顆螺絲是進入內部的唯一障礙。將其拆下後,使用平頭螺絲起子在靠近標籤處扭轉一下,就能看到內部了:

首先,您可能會注意到,LAN、WAN和電源連接器都位於單獨的子卡上,而Ethernet交換機則位於主板上。我的假設是,對於Google而言,這種方法在概念上可以選擇性地實現僅支援LAN的有線連接,以便在同一個基礎平台上建構網狀集線器,就像Nest Wifi一樣。

無論如何,我最初試圖將其與主機板分離,但由於鋁製機箱中近在咫尺的垂直「旋鈕」阻礙了PCB的水平移動(其實還有其他障礙很快就會顯現出來):

因此,我把注意力轉向首先提取整個雙層PCB的「夾層」。首先拆下五個天線連接器,以及一個單獨的雙線連接器,再拆下另外六個螺絲(不知是有意還是無意,其中的一個與其他六個以及之前的兩個並不相同):

將其抬起來看看:

這是我們首度看到主板的底部;將IC與前一張照片中看到的導熱膠帶(其將熱量傳遞到作為水槽的鋁底盤)配對時,就可以找出哪些晶片特別熱:

將它翻轉過來,雙PCB的「夾層」型態再次出現,完全不受任何機殼干擾:

但子卡仍卻無法分離。為什麼?啊!原來它還連著幾根塑膠卡榫:

利用一把鋒利的剪刀剪除掉剩餘的障礙物:

我們先來仔細看看這塊相對上讓人印象沒那麼深刻的子板:

移除了這塊子板之後,主板看起來就比之前更有意思了:

在底部,子卡連接器的左邊,可以看到德州儀器(TI) LP55231九通道RGB/白光LED驅動器。上方和右側是前面提到的有線Ethernet交換機、高通(Qualcomm) QCA8075五埠Ethernet PHY (WikiDevi的注釋中提到,有些設單元使用雙埠QCA8072代替)。在右側邊緣的是華邦電子(Winbond) W25Q64FVZPIG 64Mbit SPI串列快閃記憶體。然後還有上方那個神秘的法拉第籠(Faraday cage)……等到將其移除後:

眼尖的讀者們應該已從周圍的鄰近天線連接器中猜到,裡面還有射頻(RF)元件:特別是兩個Skyworks SKY85717前端模組,每個模組中都包含一個5GHz Wi-Fi天線。順帶一提,在把PCB翻轉過來之前,可以仔細觀察一下這個大致呈矩形、接近閉合的銅-焊料鏈結構,其延伸出的法拉第籠圍繞著PCB,大致上圍繞另一側的數位電路。我猜想這是為了RF屏蔽,也歡迎更多「知情人士」的反饋。

就這樣,我們再度把PCB翻轉過來。

中間是系統的主要「大腦」,高通IPQ4019 ac單晶片Wave-2 802.11ac SoC。其下方是另一款Flash,即三星(Samsung) KLM4G1FEPD-B031 4GB eMMC模組。在最下面的是系統LED。左下角則是南亞科技(Nanya) NT5CC256M16DP-DI 4Gb DDR3-1600 SDRAM。而在右下角是兩塊奇怪的晶片:其一是意法半導體(STMicroelectronics)基於Arm的STM32F072CB SoC,另一款是英飛凌科技(Infineon Technologies) SLB9615可信任平台模組(TPM),這也用於OnHub中。至於存在目的,我就不知道了。最後但同樣重要的是…在右上角和左上角,還有兩個法拉第籠!

不出所料,其中同樣包含RF電路。右上角較大的一個專用於2.4GHz Wi-Fi和藍牙低功耗(Bluetooth LE)(後者用於以行動裝置和App控制配置初次通訊);具體而言則是CSR (現屬於高通公司)的CSR1021 BLE SoC和兩個Skyworks SKY85309-11 2.4GHz WLAN前端模組。另一個是更吸引人的組合:芯科科技(Silicon Labs) EM3581 Zigbee網狀網路SoC以及Skyworks SKY66109-11 2.4 GHz Zigbee前端模組。是什麼如此耐人尋味呢?稍後見分曉。

但這就完成了嗎?當然還沒,我們還沒有找到天線呢!我在想,只要順著先前看到的電線找到源頭,就能找到它們。第一步是從鋁製底盤上拆下四個特別頑強的螺絲:

鬆開三個塑膠卡榫,即可讓兩半完全分開:

咦,剛才看見的紅黑雙色線束去哪兒了?每當我看到這條線,就不自覺地懷疑其通往揚聲器或開關。但是,既然這裡沒有揚聲器:

那就繼續拆吧;兩條天線已經探出頭來了:

另外,還有四個螺絲要擰…

讓我們把它翻過來,看清楚天線陣列:

在將天線饋線關聯至PCB的訊號來源時,我冒險猜測黃色和藍色的天線對應到2.4GHz的Wi-Fi天線:

綠線和黑線負責5GHz Wi-Fi功能(注意其中一條線與另一條線的90°旋轉方向,大概是為了最大限度的垂直和水平覆蓋):

最後一個是擋板,由淺灰色電線供電:

一方面,這款天線看起來與其他的完全不同,無論是結構上,還是所有的「金屬」都指向內部而非向外。PCB連接器的鄰近性使我懷疑它是為Zigbee而存在的。確切地說,我前面提到的PCB常駐銅焊鍊是藍牙低功耗天線。但是…

讀者們如果看過AC-1304的FCC認證文件,可能已經注意到我想指出的問題了。除了第二代型號沒有出現用於Zigbee的Silicon Labs EM3581網狀網路SoC和Skyworks SKY66109-11 2.4GHz前端模組之外,這兩款設計看起來一模一樣。IC的PCB墊片仍然存在,只是未加以填充而已。但這種非典型天線及其淺灰色線束仍被保留在第二代設計中。

所以,如果不是讓這款特殊的天線在第一代型號中為Zigbee和藍牙低功耗提供雙重功能,就是Google懶得將它從較低成本產品型號的材料清單(BoM)中刪除而已。這相當明顯,我敢打賭就是後者。您認為呢?

(參考原文:Teardown: Prying open Google Wifi,by Brian Dipert)

本文同步刊登於EDN Taiwan 2022年6月號雜誌

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