1 录音笔的拆解
当年翘课比较多的时候非常希望有一个课堂录音,但是,当时有能力长时间录音的只有记者们经常拿着采访用的录音笔,而且很多都是日本品牌的高端产品。
所以,当这款清华同方的录音笔出现,就立刻上手。能够连续录好几十个小时的音频,电池和内存都足够,但是,到了智能手机一通天下的时候,专门的录音笔就退场了。
使用方法是左侧的按键选择音量,上一条和下一条的控制,以及右侧的开关和录音播放切换拨码开关,正面有一个按键保证录音和 播放的启停。
拆解要先加热后揭开前面的装饰面板,露出铝合金的支架和螺丝孔,取下螺丝
移开铝合金盖板,里面的LCD屏和电路板就露出来了。
这一面还有PCB的固定鲁斯,轻轻取下来,完整取出电路板
从壳体中慢慢取出来,正面依次是控制芯片,LCD屏,音频放大器,喇叭,
反面是电池,USB口和音频插头
这个拆解的难度不大,关键就是找到正面面板下面隐藏的4个螺丝,取开后就容易多了。
2 电路分析
2.1 这个录音笔的解决方案是围绕录音笔主控芯片实现的,自动实现音频采集,量化,以及存储器访问以及音频播放。这个功能还是比较多的,按照现在的方法,使用MCU就可以从投 开始编程,一站式完成。不过,这个录音笔却采用了一个集成方案,使得整个设计完整而又容易起来。所以从正面的元件开始分析,首先式合泰的HT1621B显示驱动芯片
HT1621/HT1621G 是一款128 模式(32x4)、内存映射、多功能的 LCD 驱动控制器,适用于多种 LCD 应用场景。其具有内置 256kHz RC 振荡器、多种偏置和占空比选择、3 线串行接口等特点,包含多种资源,有降低功耗的掉电命令,有 HT1621(44 引脚 LQFP 封装)、HT1621B(48 引脚 SSOP/LQFP 封装)、HT1621G(金凸块芯片) 等不同封装形式。
HT1621/HT1621G 是一款功能丰富的 LCD 驱动控制器,在各类 LCD 应用中发挥着重要作用。它是一款128 模式(32x4) 、内存映射的多功能 LCD 驱动控制器,通过软件配置可适用于多种 LCD 应用场景,如 LCD 模块和显示子系统等。与主机控制器的接口仅需三到四条线,方便连接。
特点与资源:
内置256kHz RC 振荡器,也支持外部32.768kHz 晶体或 256kHz 频率源输入,同时具有内部时基频率源,还有8 种时基 / WDT 时钟源可供选择。
支持1/2 或 1/3 偏置,以及1/2 或 1/3 或 1/4 duty的 LCD 应用,内置32x4 位显示 RAM和32x4 LCD 驱动,通过VLCD 引脚可调节 LCD 工作电压。
具备两个可选蜂鸣器频率(2kHz/4kHz) ,内置时基发生器和 WDT,且有时基或 WDT 溢出输出功能。
采用3 线串行接口,支持数据模式和命令模式指令,具备R/W 地址自动递增功能,还有三种数据访问模式。
这个直接驱动段码式LCD屏。
主控的逻辑图如下
在这一侧还布置了一个高灵敏的微型麦克头。
2.2 段码式LCD屏
这个是一个定制的LCD屏,单色显示,通过两侧的弹性导电橡胶压在PCB板上,底部有一个背光LED负责照亮背光
这个在量大的情况下,是一个非常经济的选择,而且编程简单,能耗极低。目测采用这个方案最主要的原因,是控制能耗,增加电池续航能力,使得这个录音笔更容易携带。在通常情况下,这个都是能耗大户。
2.3 喇叭和音频放大器
这一侧比较明显的是这个主动选择按键开关,负责录音的启停。以及椭圆形的小喇叭,这个后面还有一个音频插孔,可以连接耳机来监听。
但是最主要的还是这个音频放大器LPA4890,这 是一款专为便携式通信设备设计的 1.2 瓦单声道无滤波器音频功率放大器,能在不同电源电压下为 8Ω 负载提供不同功率,具备低功耗关断模式,可减少 “pop and click” 噪声,支持外部控制增益和开关时间,采用 MSOP8 封装。其工作电压为 2.5 - 5.5V,有多项电气特性指标,如 63dB 的电源纹波抑制比(PSRR)等,应用时需注意布局,以减少电阻和电磁干扰(EMI)影响。
主要参数:
供电与功率:工作电压范围为 2.5 - 5.5V 。在5.2V 电源供电、8Ω 负载 下,能输出1.2W 连续平均功率 ,失真小于 1%(THD+N);在3V 电源供电、8Ω 负载 时,可输出350mW 功率 。
功能特性:具有低功耗关断模式 ,通过将 SHUTDOWN 引脚置低电平实现,关断电流仅0.1µA 。内部电路可防止 “pop and click” 噪声在开关机时出现。支持外部控制增益(通过电阻) 和开关机时间(通过旁路电容) 。
其他优势:采用独特调制方案,可减少 EMI 辐射。无需输出耦合电容、缓冲网络或自举电容。BTL 输出能驱动容性负载,且符合 RoHS 标准,100% 无铅。
电路设计方案如下
主要的特点:LPA4890 在 3V 电源供电、8Ω 负载下的输出功率为 350mW。LPA4890 的关断电流为 0.1µA(典型值)。将 SHUTDOWN 引脚置低电平即可使器件进入关断模式。
2.4 反面充电锂电池叠压在主控芯片ATJ331和存储芯片上,电池规范是3.7V,230mAh。这个可以续航12小时,如果换大的,可以搞更久。
2.5 主控芯片ATJ331在反面
ATJ331X 是炬力集成的第三代单芯片,专为音频播放器等设备设计,是高度集成的数字音乐系统解决方案。它支持 WMA 解码(比特率 32 - 384Kbps,采样率 8 - 48KHz)和 ADPCM 数字语音录制,具备 USB 接口用于音乐下载和语音上传 。每个引脚都有明确的定义和功能,部分引脚具有复用功能,如用于外部存储器控制、各类接口信号传输、电源和接地等。
功能模块
接口:包含 USB2.0 OTG、I2C、SPI、UART、红外遥控、SPDIF 等多种接口,各接口都有其特定的功能和寄存器配置,以实现不同的通信和控制功能。例如,USB2.0 OTG 支持多种协议和数据传输模式;I2C 可配置为主从模式,支持 100Khz 和 400Khz 通信。
时钟与电源管理:时钟管理单元有低频率振荡器和 RTC,支持内部或外部时钟源,RTC 带有闹钟 IRQ 可唤醒系统 。电源管理单元支持多种电池类型,集成 DC - DC 转换器和线性调节器,能有效管理电源。比如,DC - DC 转换器可灵活适配不同电池,效率高达 80%。
其他模块:集成 A/D、D/A 和耳机驱动模块,支持多种采样率;拥有 45 个 GPIO,可灵活配置为输入输出或复用功能;PWM 模块可用于控制外部背光 IC。
存储与系统控制
存储器:提供片上 ROM 和 RAM,有不同的内存空间划分,如 ZRAM1、ZRAM2 等,可通过相关寄存器进行配置和访问。
系统控制:系统控制模块包含总线控制器、DMA 控制器、CTC 模块和中断控制器等。通过各种寄存器对系统时钟、内存访问、DMA 传输等进行控制。
主要特点:
ATJ331X 通过动态电源管理技术,支持多种电池配置,如 1xAA、1xAAA 和 Li - on,其 DC - DC 转换器能根据电池类型和负载自动调整工作模式,且芯片的待机泄漏电流小于 50uA,典型音频解码器解决方案下功耗小于 40mW@1.6V,以此实现低功耗运行。
DC - DC 转换器可根据电池类型(1 - cell alkaline/NIMH 或 Li - Ion 电池)灵活调整输出电压,工作模式有升压或降压,能在不同负载电流下自动选择 PFM 或 PWM 模式,效率典型值为 80%,输出电流较大,如 VCC DC - DC(boost mode)在不同电池电压下能提供不同的最大输出电流。线性调节器通常在系统由 5V 电源或 USB 供电时使用,用于产生稳定的电压输出,如 VCC、VDD、AVCC 等,输出电压设置相对固定,其输出电压精度也在 ±2% 以内,但输出电流相对 DC - DC 转换器较小。
整体功能框图如下
明显,这个芯片包含了尽可能多的控制功能,支持多种外部设备驱动,也不需要在选择其他的驱动了,还内置DC-DC转换器,在外面减少一个电平转换器,
2.6 NAND 存储芯片29F64G08AAMEI
这个是一个无牌的芯片,但可以查到,这个原厂是Micon美光的64Gbit芯片,支持8Gbyte
芯片概述:美光 MT29F 系列 NAND 闪存芯片涵盖 64Gb、128Gb、256Gb、512Gb 等多种容量规格,遵循 ONFI 2.2 规范,采用 MLC 技术 。具备同步和异步两种数据接口,可满足不同性能需求,且有多种封装形式,如 52-pad LGA、48-pin TSOP、100-ball BGA。
接口与信号接口类型:同步接口适用于高速数据传输,时钟速率最高达 10ns(DDR),异步接口则与现有 NAND 闪存设备兼容,tRC/tWC 最低为 20ns(MIN)。
信号定义:包含 ALE(地址锁存使能)、CE#(芯片使能)、CLE(命令锁存使能)等多种信号,各信号在同步和异步模式下功能明确,用于控制芯片的命令、地址和数据传输。例如,ALE 在异步模式下用于将地址从 DQx 加载到地址寄存器。
操作命令命令分类:涵盖复位操作(如 RESET (FFh)、SYNCHRONOUS RESET (FCh)、RESET LUN (FAh))、识别操作(READ ID (90h)、READ PARAMETER PAGE (ECh)、READ UNIQUE ID (EDh))、配置操作(SET FEATURES (EFh)、GET FEATURES (EEh))等多种类型。
命令执行:不同命令有特定的命令周期、地址周期和数据输入要求,且命令执行是否成功可通过状态寄存器或 R/B# 信号判断。如 READ PAGE (00h - 30h) 命令,需先写 00h 命令,再写五个地址周期,最后写 30h 命令,数据传输时设备会变忙,可通过监测 R/B# 信号或状态操作判断完成情况。
电气特性额定值与工作条件:规定了绝对最大额定值,如电压输入范围为 - 0.6V 至 4.6V;也给出了推荐工作条件,包括不同温度范围(商业级 0°C 至 + 70°C、工业级 - 40°C 至 + 85°C)和电源电压范围(\(V_{CC}\)为 2.7 - 3.6V,\(V_{CCQ}\)有 1.7 - 1.95V 和 2.7 - 3.6V 两种)。
3 小结
这个录音笔拆开来,发现,完全是炬力集成的一款芯片支持的一个系列产品,围绕这个方案FAE布局了自己的周边元件选择和造型设计。
在这个设计里面,典型突出了低功耗设计,因为持续续航能力也是便携录音笔的一个重要竞争力,从内存管理,LCD控制,锂电池的容量选择和长条形设计,使得这个很像一个笔来实现录音的功能。