拆解：具有运动传统的智能手表

四年前（当你过得开心时，时间过得可真快），我和iFixit的朋友一起为大家提供了摩托罗拉第一代Moto 360 Android Wear（现在的Wear OS）智能手表的拆解。去年底，我又拆解了一款独特的模拟加数字智能手表——这款手表的出品方不太为人所知，不管你信不信，它的名字叫Martian，现在也已经不复存在了。

今天的候选拆解对象来自一家老牌的定位与活动记录手表制造商，它的名字叫佳明（Garmin）。这家公司此前好几代可穿戴产品都非常好用，我也已虔诚地使用了多年（未来也仍将继续使用？）。fēnix是Garmin最新手表的品牌名称，而Forerunner户外运动表则是其前身，它为更通用的智能手表未来奠定了基础（同时希望在这个过程中不会失去原有）。该公司的产品系列包括3系列和5系列产品，进一步细分又有标准、“S”和“X”，以及标准和“Plus”变体之分。至少在我看来，它们之间的区别无疑有点混乱。而Garmin Fenix Comparisons这个独立发表的网站，可以为大家排忧解难。

具体来说，今天要拆解的是fēnix 5 Plus蓝宝石版的47mm直径外壳尺寸的变体。从它的命名可知，它包含蓝宝石玻璃镜片（并且还提供圆顶和化学强化玻璃选择）。这个特定型号还提供不锈钢（本文所示）和钛表圈选择。其他主要特征包括：

• 直径1.2"（30.4mm）、240×240像素、功耗优化的半反半透像素内存储器（MIP）显示屏（注意：不支持触摸屏）；
• Wi-Fi、蓝牙、低功耗蓝牙（BLE）和ANT+无线连接选择；
• 支持近场通信（NFC），用于实现Garmin Pay非接触式支付功能；
• 支持GPS、GLONASS和Galileo全球卫星定位服务；
• 手腕式心率监测器（我的Forerunner手表采用胸带，通过ANT连到手表上）；
• 一系列内置传感器技术：气压高度计、指南针、陀螺仪、加速度计和温度计；
• 内置扬声器（各种）。

我应该事先声明，我非常感谢以下爱好者的拆解文章，了解它们就可以识别出我在拆解中所发现的内容：

• fēnix 3
• fēnix 3 HR（声称完成了非破坏性拆解，非常令人钦佩，我可能会补充！）
• fēnix 5X

此外还有FCC有关fēnix 5S Plus、fēnix 5 Plus（顺便说一句，FCC ID是IPH-03437）和fēnix 5X Plus的文档（对此，我还应该向Garmin用户论坛的参与者表示感谢，是他们为我提供了各种链接和更广泛的信息）。在将这些文章与我的进行比较时，无论是在物料清单还是结构细节方面，你可能会为各种型号的设计有多么不同所着迷。

首先，像往常一样，下面是一些外盒照片：

将顶部从表盒拿掉，手表就映入眼帘：

恕我直言，虽然与我细小的手腕相比它有点宽，但它看起来却很漂亮。与我过去的Forerunner GPS手表不同，它不过于厚实。表盘上所看到的图像实际是一块可拆卸的保护塑料薄膜，而不是LCD真实工作的样子。然而，从这个模拟图像可以了解到，这款特定型号的手表支持彩色地图和其他信息的动态显示。

继续之前再强调一点：尽管是种特殊变体，但这个表盘用的是LCD，而不是日益普及的OLED。它主要依靠来自周围环境的反射光实现照明，而仅在必要时才提供透射背光补充（例如，用户按按钮激活），因此有了“半反半透（transflective）”这个名称。它还包含基于SRAM的嵌入式像素存储器，从而无需不断刷新显示屏DRAM。这两种功能明显是要实现功耗最小化。

手表一侧有两个按钮，它们之间有个神秘的开口（稍后再解释）：

另一侧有三个用户界面按钮：

就是这样：没有触摸屏（考虑到当手表在户外活动环境中使用时，手指可能潮湿、寒冷、不干净或戴有手套等等，而使触摸屏不能良好地工作，不采用触摸屏也就说得过去），也没有原生语音控制。不可否认，与Apple Watch、Fitbit、Google Wear OS以及其他竞争对手相比，这样的用户界面有点“守旧”的感觉，但鉴于其目标市场，这个问题影响不大。

下图是它的背面：

中间设有光电容积脉搏波光学心率传感器，一侧设有专有的四垫连接器，用于实现充电和数据传输。说到这里，盒子里还有几样其他东西：几份文档，以及USB（至少一端是USB）连接线。就是这样：

有些人可能已经注意到，手表前面有五颗梅花头（确切地说是T5）螺丝，背面还有四颗。不管你信不信，只需把这几颗螺丝拧掉，就可以完全看到手表内部（相比之下，Apple Watch打开则要麻烦得多）。如往常一样，我的iFixit 64合一螺丝刀套装轻松搞定这些螺丝。下面是前面的五颗（左）和后面的四颗（右）：

如下所示，后侧螺丝（右侧）比前侧螺丝（左侧）更大一些：

卸下前侧螺丝后，就可将显示屏表圈提起：

我认为，pcb驱动显示屏是靠那根宽铜色排线实现。我也很确定，那根较窄的黑色排线用于将PCB连接到NFC天线。信不信由你，法拉第屏蔽罩上方的铜色圆盘是个简单的扬声器。伸出PCB一侧的那三根（弹簧支承的）金属杆提供与前表圈的连接，这个前表圈也用来充当GPS天线。

下面是组件仍然相连时的另一个角度特写：

现在可以看到，在表圈和主体之间有个必需的黑色垫圈，是用来防水和防风雨——这款手表的防水等级为10ATM（100m）。现在还可以看到，大部分表盘覆盖有黑色NFC天线，其背后是白色的显示器背面。

那么背面又如何？我以为你永远不会问：

这次垫圈呈蓝色并楔入表身——当我把背部取下时，它就弹了出来。

下面是把它重新插回到平常位置的特写：

这里又有两根排线，这次都是铜色。但只有其中一个将PCB连接到背部组件，另一个稍后再谈。另请注意，背部连接器的四个导电垫一直穿过背面而连接到PCB本身，这表明它们既可用于数据传输，又有可能PCB上的电路可以管理充电过程。在这方面，它使用了225mAh的锂离子电池。

下面是触觉电机。它下面是光学心率传感器。担心会产生烟雾、恶臭以及发热，我没敢尝试把电池取下，把传感器露出来观察。顺便说一句，别担心，我没有忽视PCB这侧的神秘铜方块。

现在我们来断开排线。下面是分开后的前表圈背面视图，这样就更清晰地展示了它下方的NFC天线和专用LCD：

另请注意镜头底部表圈上的灰色区域。前面提到的那三根伸出PCB的弹簧支承的金属杆，在这里接触。

以下是背面的两侧：

下面是PCB顶部的特写照片（你很想知道那个法拉第罩下面是什么吧？你注意到它上面、在扬声器旁边刻有漂亮的等高线了吗？）

下面是底部：

仔细观察可以看到两颗十字平头螺丝，就是它们把PCB固定到位。将它们卸掉，就可将PCB拿出：

还记得前面提到的第二根背面排线吗？还记得我之前提到过的手表一侧的神秘开口吗？他们是相关的：

将底部内容固定到位的那个金属支架，它自身又是采用两颗易于拆卸的十字平头螺丝进行固定：

那么，这是什么？

一开始我以为它是个麦克风……直到我意识到这个特定设计中没有麦克风规格。然后，我认为它可能是个扬声器，但我们又已找到它了（手表内共有16GB非易失性存储器，其中有高达4GB可用于存放音乐，但前提条件是其可以通过蓝牙耳机等进行回放）。

前面所提fēnix 3 HR那篇拆解文章让我知道了它的真正目的。它是气压计传感器，可以用来预测天气（在我爬山的日子里，我常说：“如果你没有往上爬，但手表说你有，那么就是时候下山了，因为坏天气马上就来临”），但主要用作高度计来测量高度（以及随时间的变化）。回想起来也确实有道理，因为它要工作，就必须暴露在外部世界中（因此手表侧面就有了个开口，以及传感器周围裹了橡胶垫圈，用来防止周围水分渗入内部）。

是时候卸掉法拉第罩了：

首先，各位亲爱的读者，有个小疑惑我非常希望你们之中有哪位能够明确地帮我解答下，那就是，PCB上是哪里用来驱动它上方的这个简单的换能器——是右上象限中的那两个金属连接器吗？

是时候识别一些IC了。左下角是东芝THGBMHG7C1LBAIL 16GB e-MMC NAND闪存模块。在它的右上角是（料号中有一些数字被遮挡，我认为是）华邦（Winbond）W987D6HBGX6E 128Mb低功耗SDRAM。它的左边是个神秘的芯片，谷歌查不到它的料号，但它上面有“NXP”字样，表明它可能是NFC控制器。在SDRAM的右侧是Maxim MAX20303电源管理IC（还记得我之前曾假设说，电池充电是在PCB上处理的吗？）。

现在回到PCB这一侧的下半部分。NAND闪存模块的右侧有两个芯片：赛普拉斯CYW20719 SoC，其制造商宣称它可以用来处理蓝牙5.0和蓝牙低功耗（BLE）工作；它上面是Atmel（现Microchip）ATWILC1000 2.4GHz Wi-Fi控制器。它们旁边还有两个IC：Nordic nRF52832 ANT+芯片，以及它上面的神秘IC（读者朋友们，你们认为是什么？）。最后，沿着PCB的右边缘是联发科的MT3333全合一卫星定位服务芯片组。

有一点我觉得奇怪，那就是在这个设计中赛普拉斯CYW20719和Nordic nRF52832貌似冗余了。两款芯片都宣传说可实现蓝牙5.0和BLE，两者也都可能实现ANT+。更一般地说，鉴于已提供行业标准的蓝牙和BLE支持，我最初想知道为什么Garmin还要不厌其烦地去继续支持其专有的ANT+（特别是会增加物料清单成本），我之前也写过相关报道。但后来我才意识到，虽然不再需要ANT+适配器来与带蓝牙功能的智能手机和电脑实现同步（更不用说，谢天谢地，不再需要通过ANT+连到胸带式心率监测器上），但仍然有大量ANT+外设，Garmin爱好者想要使用它们，例如用于自行车踏板的踏频传感器，还有安装在鞋上的计步用传感器，这样在跑步机上跑步时就可以得出“距离”。

下面看PCB背面：

从正确的角度看镜面抛光的主IC，其身份就可以看清了：

它是主系统CPU，即飞思卡尔（现恩智浦）MK28FN2M0ACAU15 Kinetis K28基于Arm Cortex-M4的应用处理器。然而，法拉第笼一角有个大IC，其身份是个谜。另一款Garmin手表（型号：A03405）有块类似IC，FCC有照片声称它是Wi-Fi收发器，但由于我们已经在PCB的另一侧识别了该芯片，因此我们知道在这个特定设计中并非如此。

鉴于它与处理器靠得很近，我猜测它是个未知制造商和容量的SPI闪存，用于存储系统代码——其上印有固件修订标签。Kinetis K28包含2MB的嵌入式闪存，足以启动系统，但可能无法完全运行。前面提到的NAND闪存模块可以保存代码，并加载到DRAM执行，但我猜它只是专门用于存储非易失性数据。

如果你还在看这篇文章，你会注意到，还有一些事我还没有谈到……因为它们也很神秘。首先，温度计在哪里？从前面那篇fēnix 3 HR的拆解文章可知，那个新设计是以线圈的方式实现，并将它连接到气压计模块，但我还没有在fēnix 5 Plus中发现任何类似（或别的）东西。谈到传感器，指南针、陀螺仪和加速度计又在哪里？例如，在PCB前侧的底部边缘、在显示屏电缆连接器的两侧有两个可疑IC。左边的那个看起来像这样：

但是我无法在照片中拍到右边那个标记，因此你必须相信我（以及我廉价但有效的照明放大镜），它的左边写着“AGR”，上边标记是“B09”。在这两种情况下，封装上的标记都还包括看起来像二维码的东西，所以我猜测这两块IC上带有Garmin独有的标签。

最后一个谜团是：我们已经识别出了GPS和NFC天线，但2.4GHz天线在哪里？由于蓝牙、BLE、Wi-Fi和ANT+都共享相同的ISM频段，我猜测，出于节省成本和简单的原因，它们也共用同一个天线。我还猜测它是嵌入在PCB内而不是独立天线。但是，尽管嵌入式天线结构通常肉眼可见，但在这种特定情况下我找不到它，除非它是由PCB顶部外缘周围一个或多个裸铜区域所构成？

读者朋友们，对于上述遗留问题，我一如既往地欢迎您能提供解答或想法，以及更多的一般性评论和其他反馈！

本文为《电子技术设计》2019年8月刊杂志文章。原文链接：Teardown: A smartwatch with an athletic tradition