原创 【拆解】Kensington K72337 轨迹球

这算是一款挺经典的“轨迹球”，它与其它品牌轨迹球最大的不同是它有个大圆环形状的滚轮，缩放图片、浏览网页非常方便，据说这还是Kensington独有的专利。我要拆解的这款轨迹球的型号是：K72337，算是同品牌系列里最最基础的入门款，优点是价廉物美（人民币200元左右），缺点是球的直径略小（40mm）—— 要想精准定位光标位置需要先有操控它的娴熟度，还有就是这款可供组合的按键也太少（高配型号有多个自定义按键），但好在我当年入手它就只是为了提高工作效率（用于文字编辑、程序修改、PPT绘图、音频剪辑等等）。

从2017年至今满打满算，我使用它已经超过了6年，因为它在此前的2019年出过一次故障，故障现象是左键失灵（常会单击变双击，左键变右键），浏览网页用横向的大滚轮拨动时页面会乱窜，我那时去问了该品牌的在线客服，但他说这个牌子在中国没有售后也没有维修服务，只能重买。我又去电脑城问维修游戏键/鼠的铺子，几家店的老板眼皮都没抬一下，有的说这种肯定是硬件坏了，有的说是这个牌子的常见问题是板子烧了，甚至还有一家报出了比零售价更高的维修费（要先预付260多元，修完再付配件费）。于是我悻悻地把它带回家放进抽屉，毕竟它那个湖蓝色带星星点点的圆球蛮好看的，当个艺术品也好。

一直到2021年的某天，我在家觉得无聊就想起拆它，在好奇心驱使下，动手拆开并把它修好了（其实奇怪的故障，仅仅只是因为里面卷进了我的几根头发，对，我动脑时掉头发真的超厉害的）。一直到现在，它在各项功能和操控灵活性方面都还完好如初，非常耐用！

今天我将进行更深度的拆解，顺便再做一次内部清理。先给这款 K72337 轨迹球 来个全图，它看似奇怪的外形其实包括了“轨迹球主体”和“掌托”两个可轻易拆分的部分（这两者之间的连接就只有一个不起眼的软性卡扣）。可以说6年多以来，我天天在使劲使用它，除了用于笔记本办公之外，回家在笔记本上打游戏也在用它，以至于它的橡胶掌托已开始有老化迹象，表面亲肤涂层也开始剥落，但丝毫也不影响使用手感，至少没发粘。它那颗湖蓝色圆球的材质非常完美，一直就这么光光滑滑亮晶晶的样子，在阳光照射下会更好看，有时工作心情也跟着愉悦了。圆球周围一圈灰色的部分是它的大滚轮（等同于鼠标的小滚轮），但它的直径足够大，在滚动阅览网站、编写PPT、设计图片、剪辑音视频时尤为方便，真是太舒服了！如上图所示的外壳左右两侧各有一个带缝隙的部分，那是它的左/右键，如果结合 Kensington 自带的软件，还可以让左/右键在同时按下时实现更多自定义功能。

轨迹球在使用时，它的底座是完全不动的，所以即使是重度使用它，手腕部的压力也会非常小，肯定不会得什么鼠标手，但同时也有个问题就是它很容易把灰尘和手上的油脂滚进去，好在日常清理就只需要用手指在底部的圆孔里一顶，就可以把圆球轻松拿出来进行“球碗”内的清理。我们来看一下“球碗”部位的样子（上图），上图左边用红色圈起来的是固定“球碗”和“大滚轮”组件的3颗螺丝，用蓝色圈起来的是露出光电组件的棱镜窗，其实它的原理和传统鼠标差不多，只不过是相当于把鼠标底部光源朝上使用，那个湖蓝色圆球上有很细密的亮色的星星点点（照片拍不出细节），就能起类似于传统鼠标对于桌面纹路而言相对的定位与扫描作用。上图右边是我用刷子清理灰尘后的样子，在内壁上还可以看到很小的不会亮的红色凸点（共有3个），那只是用来支撑圆球灵活滚动的3个支点，滚动的阻尼感就来源于此，手感真的很棒！

底部标签上有商品型号等信息，上面的部分文字介绍了它由美国设计、中国装配。外壳的固定螺丝是用的不太常见的“米”字型螺丝，因此从螺丝刀盒内选出一枚合适的“米”字形螺丝刀头，然后拆掉底部（右上图）的5颗螺丝，但其中有1颗螺丝在防滑垫下面，需要撕开带不干胶的防滑垫才能看到它（在上图的箭头指向位置）。

拆开后，里面只有一小片线路板，初看在线路板上有左右各一个的微动开关、一块字迹非常淡的芯片（上图左边）。轨迹球内部的结构在设计上显得很注重细节，处处严丝合缝，甚至有点儿日系电子产品的“精益”，一点儿也不像美国产品传说中的粗犷！如固定USB线的防拉扯结构（上图右边的绿色框标识），我估计无论如何用力拉它都不可能拉得出来，除非把线拉断。

（图片：CY7C63813-PXC 引脚。来源：芯片参数手册，Infineon官网）

凑在高亮度灯光下仔仔细细看了芯片的型号，是一片 Cypress（该公司已归“Infineon”）的 CY7C63813-PXC，它是8 位闪存的可编程USB微控制器，带有集成的低速 USB 接口，采用 18 个引脚的 PDIP 封装（PDIP是指塑料材质的双列直插封装），该芯片通常被应用于PC鼠标、游戏摇杆、键盘，或零售及工业用途的滑鼠控制。经过查阅英文版的芯片参数手册显示，在其 18个 引脚当中，Pin 17 为接入电压的VCC端，Pin 14 为接地的VSS端，剩下的引脚为 I/O（GPIO）端口，可实现更多功能，如：Pin 15 为 D+端，Pin 16 为 D-端，其余 GPIO 端口可通过固件编程实现 SPI、上拉、定时器输入/输入等功能。

接着拆出固定“球碗”和“大滚轮”组件的3颗螺丝，上图左侧我用红色圆圈标记的孔洞就是前面提过的底座上可以用手指顶出蓝色圆球的那个洞，上图右侧蓝色框线内的是一个用于光电鼠标的光学传感器（型号：ADNS-5050，厂商为：AVAGO）。这种光电结构看起来非常有意思，是通过一个塑胶棱镜将光线折射到“球碗”当中，实现精准的CPI扫描（Counts Per Inch）。于是我接着继续拆，想看看里面到底是什么样子的。

拆开后（上图左侧），可以看出，LED的光线能通过棱镜折射后照亮整个光学塑胶棱镜，而该光学传感器的感光小孔正对着中心的凸透镜位置，凸透镜背面则可以出现在“球碗”的棱镜窗位置（上图右侧）。可以预见在设备通电后，光源通过棱镜折射照亮整个棱镜模块并透过棱镜窗及凸透镜照进“球碗”，随着手部不断滚动“球碗”里的蓝色圆球，球体上星星点点的暗纹被 ADNS-5050光学传感器 透过凸透镜持续扫入 CY7C63813-PXC 芯片之中，经过芯片处理之后再通过USB线传输给电脑去驱动屏幕光标的移动。

我通过查 ADNS-5050 原厂的参数手册，得知它有以下特性：

• 体积小巧，与 ADNS-5020-EN 引脚兼容；
• 与 ADNS-5020-EN 寄存器兼容；
• 内置 LED 驱动器，电路更简单；
• 高速运动检测，速度高达 30 ips；
• 自调节帧速率，实现最佳性能；
• 内部振荡器 - 无需时钟输入；
• 默认分辨率为 500 cpi，可通过 125 cpi 的步长在 125 至 1375 cpi 之间调节；
• 工作电压：标称 5V；
• 三线串行接口；
• 仅需4个电容，无需晶体管。

（图片：ADNS-5050 引脚。来源：传感器参数手册，AVAGO官网。）

但更有意思的是，当我想更进一步去琢磨 ADNS-5050 引脚的功能参数时（如上图），发现引脚并不复杂，但在这份厂商文档的最后几页里有更值得细细阅读的部分，其中… 这组有趣的光电结构，竟是厂家提供的标准化「解决方案」！其实根本就不用我自己去拆开分析原理，只要看看参数手册就有挺规整的结构图，甚至还包括详细的安装尺寸、机械结构和细节文字说明等等，与轨迹球的光电结构几乎一模一样（见下图）。厂商文档中更是说到了组成这套方案的各部分，我将这段话翻译为：“ADNS-5050 与 5100-001 镜头、LED 夹 和 HLMP-EG3E-xxxxx LED 组成了一个完整紧凑的鼠标追踪系统，它不含任何活动部件。这种方式意味着更高的可靠性及更低的终端用户维护成本。此外，它无需精密的光学对准，有利于大批量组装”。

（图片：ADNS-5050 标准方案。来源：传感器参数手册，AVAGO官网。）

对 ADNS-5050 光学传感器的运作原理，厂商文档中有以下说明：

• ADNS-5050 基于光学导航技术，该技术通过光学方式采集连续的表面图像（帧）并以数学方式确定运动的方向和幅度来测量位置变化。
• ADNS-5050 包含一个图像采集系统（IAS）、一个数字信号处理器 （DSP） 和一个三线串行端口。IAS 通过镜头和照明系统采集微观表面图像，这些图像经 DSP 处理后，可确定运动的方向和距离，DSP 计算 Δx 和 Δy 相对位移值。
• 外部微控制器从传感器串行端口读取 Δx 和 Δy 信息。然后微控制器将数据转换为 PS2 或 USB 信号，再将其发送到主机。

所以，这就分析清楚了吗？但… 且慢！

那个轨迹球里非常好用的“大滚轮”的结构好像还没拆解过。通常普通鼠标滚轮是一个“Z轴编码器”，它的信号也会被接入 CY7C63813-PXC 芯片中，以便于检测鼠标滚轮的正反旋转方向，那么轨迹球同样作用的环形“大滚轮”肯定也类似。

于是很快就在PCB板上找到了两个面对面“矗立”的小方块（见上图左边），而将“球碗”及光学传感器组件装回原位，就自然出现了大滚轮的“Z轴编码器”（见上图右边），它用的是以机械结构为主、光耦直插元器件为辅的最常规技术。这款轨迹球上的“Z轴编码器”，包括了一个处于轨迹球外部的可被手指双向拨转的灰色橡胶圆环（大滚轮），及内部对应的带栅格的编码盘、一对用于信号转换的红外光耦（见上图左边框选）。从上图右边的图可以非常直观地看出“Z轴编码器”在此的工作原理，即：当用手指滚动那个灰色大圆环时，下面的编码盘就会同步跟着转动，编码盘的栅格也会不断遮挡/打开“光耦对管”之间的光线，因此就能将滚轮正/反方向的物理旋转动作转换成数字信号，再输入给 CY7C63813-PXC 芯片处理。

至此，本篇电子设备拆解已接近尾声，但我还想继续展示的是这个轨迹球在左/右键设计上的精细之处。在上图左边可以看到，左/右键的塑料片和卡扣是一体成型的配件，其中蓝色框线内是它连接外壳主体的卡扣结构，红色框线内是扎实的按键弹性部分，这个左/右键位的组件与轨迹球外壳通过卡扣紧紧地连在一起的，可能它的设计是考虑到今后能方便地更换左/右键吧，但也正是因为这个带弹性的缝隙结构就很容易把我掉的头发卷入机壳内，卷入多了就会挡住光电及光耦部分，影响正常使用（不拼命掉头发的人不用担心）。鉴于这个轨迹球已买入有8年多了，为保险起见我没去硬拆左/右键部件的卡扣结构。上图右边是我把外壳装回去但还未摁入蓝色圆球时的点亮的样子，这样子看“球碗”内“棱镜之窗”透射出的LED光线，你是不是对 ADNS-5050 组件有了更直接的印象了？

最后说说我为什么那么喜欢用“轨迹球”（另外我还很喜欢用摇杆设备）？那实在是因为我早期从事过的船舶电气工作所致，记得在某型进口雷达面板上有颗硕大的轨迹球（直径应该有80mm以上），还有几个可供组合输入程序的按键，在我进行雷达调试、GPS联调、程序输入等频繁操作时，总能得心应手，甚至在后来试航遇到的十多级台风的情况下，精准操作也丝毫不受剧烈颠簸的影响，所以在我的心里早早就种下了些许期待（那个年代还没有开始流行家用电脑）。

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本文仅在EET分享，由微信公众号【牛言喵语】主笔人：姚晶磊（原创）。