拆机堂：最好平板Kindle Fire HD拆解
1最好的平板Kindle Fire HD
十一长假来了，你是否身在人山人海的旅游景点欣赏人群？还是只身一人宅在家里对着电脑看长腿欧巴发呆？无论怎样，只要开心就是一个有意义的假期。今天，我们也为大家送上一个有意义的新栏目，从十月起，每周都将为大家送上多篇高质量的平板电脑拆机美图和拆机评测文章，从剖析各类平板的做工，到解读各种芯片的功能，只要是平板内部有的，我们都能为你解读到。
本次的主角是当年被誉为“最好的平板”亚马逊KindleFire HD平板电脑，拆解前我们先来看看它的基本配置。亚马逊KindleFire HD采用德州仪器OMAP 4460双核处理器，集成PowerVR SGX 540显卡，屏幕为7英寸1280*800的IPS屏，前置130万像素摄像头。从配置上看，的确算得上是当时最好的平板了。
既然被冠以“最好的平板”殊荣，那么下面就让我们透过外表与参数，直击亚马逊Kindle Fire HD的内心，一起来看看它到底有多强大？
亚马逊Kindle Fire HD背面（图片来自iFixit网站）
亚马逊Kindle Fire HD整体外观偏显圆润，只有一个前置摄像头，机身背部简洁大方，Kindle的Logo印于黑色横条中。整机外观看，没有一颗螺丝，因此可以推断Kindle Fire HD的背壳应该是卡扣式的。接下来，就让我们正式进入拆机环节，来探究其内部的构造。
2两代Kindle Fire的主板对比
亚马逊KindleFire HD机身厚度为10.6毫米，在这一厘米的空间内，需要放下电池、显示屏、主板，还需要考虑到散热和电磁兼容问题，不得不让人赞叹，现在平板电脑集成度之高。从4年前9.7英寸、13.4mm厚的苹果iPad一代，到7英寸、10.6mm厚的亚马逊KindleFire HD，再到现在更薄的产品，平板电脑逐渐向高集成度，超薄机身发展。
GoogleNexus 7（上）、Kindle Fire一代（中）、Kindle Fire HD（下）
（图片来自iFixit网站）
图中可以看到，三款平板分别为Google Nexus 7（上）厚10.4mm，Kindle Fire一代（中）厚，11.4mm，Kindle Fire HD（下）厚10.6mm。可见平板厚度之间的差距有时候不到1mm。
那么如此薄的平板中究竟蕴藏着怎样的能量？让我们拆开来看吧。
从一角撬起Kindle Fire HD后壳（图片来自iFixit网站）
拆下后壳Kindle Fire HD的内部图（图片来自iFixit网站）
修正版Kindle Fire（左）与Kindle Fire HD（右）对比图
（图片来自iFixit网站）
后壳拆下来后，我们将2012年的修正版Kindle Fire与Kindle Fire HD做下对比，可见Kindle Fire HD做工有了很大改进，电池用保护壳罩起来，PCB板也放到了机身的一侧，使得芯片分布更合理。
3五颗螺丝固定的超薄锂电池
看到内部构造后是否有想迅速分解它的冲动？不要急，拆机的顺序很重要，一般的宗旨是从上到下、从整体到局部。也就是说，先要拆在最上层部件的螺丝，然后逐级往下；先拆大的模块，再拆小的零件。对于亚马逊KindleFire HD来说，电池在最上边，也是机子里最大的模块，因此我们就先拆它。
拆解电池保护壳（图片来自iFixit网站）
4440mAh电池全貌（图片来自iFixit网站）
电池由四颗十字螺丝和一颗T5梅花螺丝固定，所用螺丝的数量决定着电池的牢固性和抗摔能力，可见亚马逊在做工上的确很下功夫。拆下后我们看到，KindleFire HD配备的电池容量为4440mAh，16.43Wh，电量算得上比较大了。为了节省空间，Kindle Fire HD电池做的很薄很大，同时显出强烈的科技感。
下面我们将耳机模组拆除，以便为下一步拆解主板与屏幕做准备。
移除耳机模组（图片来自iFixit网站）
拆下电池与一些小的组块后，下一步就将为大家带来本次拆机讲解的重头戏：解读主板上的芯片。我们将从各个芯片的名称、功能上做详细介绍，希望能帮大家对平板芯片，对电子设备的内部构造增加了解与认识。
4详细解读主板上各芯片功能
很多人看到平板上罗列的配置，也许第一时间就能知道其CPU的性能强弱，电池的续航时长，WIFI的连接速度或是蓝牙的传输速度，但只看名称还不够，我们需要深入到平板内部，看看那些相对应的芯片到底长什么样？发热量为什么集中在某个点？22nm的芯片和14nm的芯片到底差多少？
带着这样的问题，本次我们先从拆解亚马逊KindleFire HD入手，慢慢为大家介绍各个平板的芯片布局、型号、功能与对比。
轻轻抬起主板并向左拉出（图片来自iFixit网站）
取下主板后，我们看到上面密密麻麻的焊接着许多芯片，里面哪个是CPU，哪个是电池管理模块，哪个是内存，下面将一一为大家说明。
KindleFire HD主板正面俯视图（图片来自iFixit网站）
图中已用不同颜色的方框圈出了一些主要的芯片。
蓝色： Wolfson欧胜 WM8962E解码芯片
桔色： Elpida尔必达 B8164B3PF-1D-F 8 Gb (1 GB)DDR2RAM内存
黄色： Texas Instruments德州仪器 TWL6032芯片
红色： Samsung三星编号为KLMAG2GE4A eMMC的16GB闪存芯片
绿色： Broadcom博通 GPS单芯片系统BCM2076、蓝牙4.0和FM接收器
紫色： Wi-Fi芯片B50 5222 12507A9A10
看到这些代号是不是有些懵了？别慌，下面小编为你一一讲解。
蓝色框内的是超低功耗音频解码器，有了它我们才能听到来自平板中各种音频文件的声音。桔色框内的是DDR2 1G内存，也就是我们常说的系统内存，它的大小影响着平板的性能与系统运行。黄色框内是集成电源路径和电池充电器的电源管理芯片。红色框内是16G存储器，我们的文件、视频、游戏都是放在这里的，容量越大就可以放越多的东西。绿色框内为GPS、蓝牙4.0、FM接收器的集成芯片，拥有通信功能。紫色框内是WiFi模块，使得无线收发功能能正常运行。
Kindle Fire HD主板背面俯视图（图片来自iFixit网站）
背面左侧黑框内的为MPU-6050多组件，它整合了三轴陀螺仪、三轴加速器，多用于导航中。右侧黑框内应该是预留出来的部分，目前不太清楚是作什么扩展用的。
总体看来Kindle Fire HD主板上的芯片都比较好辨认，如果大家拆机要是遇到不知道的芯片，可以按照芯片上面的型号搜索一下，即可得到答案。
5其余小零件的拆解与全家福
看完核心部分的详解，接下来就剩下一些小零件了。这其中包括双扬声器部件，前置摄像头模块，WIFI天线，光线感应器和显示屏幕。下面分别拆解，为大家指出它们在平板中的位置与样子。
双扬声器位于机身两侧（图片来自iFixit网站）
机身顶端的前置摄像头（图片来自iFixit网站）
支撑机身的内部框架与WIFI天线（图片来自iFixit网站）
嵌在框架上的光线感应器与其处理单元（图片来自iFixit网站）
KindleFire HD采用了LG的LD070WX3-SL01屏幕（图片来自iFixit网站）
到此为止，全部的拆机讲解就结束了。从全家福上看，Kindle Fire HD共可拆下八个零件，分别是电池、主板、耳机模组、两个扬声器模块、前置摄像头、内部金属框架和显示屏幕。而这里面最值钱的非那一小条主板莫属了，上面集成了几乎所有的控制和处理模块，因此发热量也会集中于此，在平板的下方位置。
从亚马逊KindleFire HD的整体拆解经过来看，其做工十分考究，固定电池用了五颗螺丝，双扬声器合理的分配在了机身两侧，所有零件布局紧凑且合理。但其中我们也发现了一个缺点，拆解屏幕时发现，亚马逊将LCD屏幕与保护玻璃焊接到一处，如果维修的话就只能全部换屏了。
外置USB供电与内置锂电池供电自动切换电路，便携电子设备常用
▲ 本文要分析的电路
很多内置有锂电池的便携电子设备，比如手机，通常采用这样的供电方式：
1、没有插入USB电源时，使用内置的锂电池供电。2、当插入USB电源时，切换为由外置的USB电源供电，并对锂电池进行充电。下图电路就是实现上述的功能，它来自一款电子书阅读器（Kindle同类产品）：
这是已量产的电路，成熟稳定，实物电路板如下图所示，几个关键的元器件做了标注：
本文要讲解的是“外置USB供电与内置锂电池供电的自动切换电路”，所以先把上述电路中不相关的电路隐藏。
也就是隐藏锂电池充电管理、电源滤波等电路：
隐藏后变成这样：
这一下子，电路变得好简单，实现电源切换的功能，竟然只需要一个二极管、一个MOS管、一个电阻！
一、电路说明
将上述的“外置USB供电与内置锂电池供电自动切换电路”整理一下，弄好看点：
功能逻辑是这样的：
1、当插着USB电源时，由外置的USB电源供电，即VBUS对VOUT供电。2、当拔掉USB电源时，切换为由内置的锂电池供电，即VBAT对VOUT供电。3、当重新插入USB电源时，切换为由外置的USB电源供电，即VBUS对VOUT供电。二、原理分析
假设VBUS的电压为5V，VBAT的电压为3.7V，下面开始分析。
1、当插着USB电源时：
VBUS通过肖特基二极管D9到达VOUT。
肖特基二极管的导通压降约为0.3V，USB电压VBUS = 5V，所以：
VOUT = 5V - 0.3V = 4.7V
由于VBAT为3.7V，MOS管Q4的s极为4.7V，g极为5V，由此可知：
Vgs = 5V - 4.7V = 0.3V > 0
所以MOS管处于不导通状态,同时其体二极管也是反向截止。
由于电阻R155的存在，会浪费一些功耗，流过R155的电流为：
5V / 10Kohm = 0.5mA
2、当拔掉USB电源时：
VBUS的电压会从5V开始往下降，电阻R155起到给VBUS放电的作用。
VBUS的电压需要快速下降，因为如果下降慢了，会导致MOS管Q4打开变慢，也就不能很快地切换为电池VBAT供电。
如下图，假设VBUS缓慢下降到4.9V，即MOS管Q4的g极为4.9V。电池电压VBAT通过MOS管Q4的体二极管后降低了约0.7V，变为3V，即MOS管的Vgs电压为：
4.9V - 3V = 1.9V > 0
MOS管仍然不导通，VOUT的供电没有完全切换为VBAT。
假设VBUS已经下降为1V，如下图。
则Vgs = 1V - 3V = -2V，MOS管已经逐渐打开。
最终，VBUS会降到0V，MOS管也会完全打开，VOUT切换为用VBAT供电，VOUT电压变为3.7V：
VBUS接的滤波电容会令其电压下降缓慢，如果发现VBUS的电压下降过慢，可以减小R155的阻值。但是这样会导致在插入USB电源时，流过R155的电流变大，增加了无谓的功耗。
所以R155的阻值不能过大也不能过小，需根据实际调试的效果来决定。
3、当重新插入USB电源时：
如下图，MOS管Q4的Vgs = 5V - 4.7V > 0，MOS管不导通，并且其体二极管也是反向偏置。
VOUT切换为用VBUS供电，Vout电压变为4.7V。
三、性能提升
在拔掉USB电源的瞬间，有没有可能MOS管Q4来不及打开，导致VBAT的电压没有及时切过来？
是有可能的。
MOS管Q4没有快速打开，VBAT供电不能及时续上来，会导致VOUT电压下降过多，VOUT的负载电路就可能工作异常。如果电路的负载较重，拉取的电流较大，尤其容易出现在供电电源切换时VOUT电压下降过多的问题。
怎么办呢？
1、可以加快MOS管打开导通的速度。方法是减小VBUS的滤波电容的容值，减小电阻R155的阻值，这都是让VBUS快速掉电，从而让Vgs快点到达令MOS管完全打开的电压。2、在VOUT增加滤波电容，但是效果不怎么明显。3、这是重点！可以给MOS管并联一个肖特基二极管D1，如下图所示：该肖特基二极管D1的正向导通压降约为0.3V，比MOS管的体二极管要小。在MOS管完全打开之前，VBAT通过肖特基二极管D1对VOUT进行供电，可以缓解VOUT电压下降过多的问题。
这个方法非常实用，该电路与方法已经被申请了实用新型专利。其实很多再普通不过的电路都被申请了实用新型专利，尽管这些电路被大众长期使用在先，具体就不展开了。
四、应用案例
除了上述的电子书阅读器有应用之外，还有大量的产品使用了这个切换电路。
比如MicroPython领域著名的01Studio公司 ，其出品的多款开发板都有这个切换电路。
以其中的一款“pyWiFi-ESP32”举例，其电源部分的电路图如下：
其中，电源切换相关的电路在这里：
标注对应的实物图：
五、最后
关于电路的学习，希望大家，enjoy!
来源：电路啊
作者：LR梁锐
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