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路由器设计揭密Wi-Fi技术创新

时间:2019-12-13 作者:Brian Dipert 阅读:
NETGEAR R4500/WNDR5400路由器的后续设计展现了持续的Wi-Fi创新,其进展着实令人印象深刻——其体积越来越小、散热更好也更省电,而且还提供了更多带宽、更广范围以及更多功能…

大约在四年前,我第一次写NETGEAR R4500,那是一款N900级双频3×3 802.11n Wi-Fi路由器。相较于功能完整版WNDR4500 v1,这款NETGEAR R4500路由器最终成为韧体功能有限的Costco客制版。很长一段时间以来,我一直想动手拆解它,直到现在这个愿望才终于实现。gPiEETC-电子工程专辑

这次拆解的NETGEAR R4500路由器是一款售价34.99美元的翻新机,它以半透明的塑料袋包装在硬纸盒中。在包装盒中还有几份说明书等文件,以及一条以太网络(Ethernet)线和2段式的大型电源配接器。gPiEETC-电子工程专辑

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其电源配接器尺寸相当庞大。而当我仔细看这款电源配接器的规格后才知道,原因就在于它提供了——什么!5A输出?gPiEETC-电子工程专辑
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这让我不禁猜测这款Wi-Fi路由器仅能垂直放置的原因:我估计并不单纯为了美观,同时也出于散热需求的考虑。提到过热,让我们尽快移除路由器外面那个半透明的塑料外包装吧?那么马上就可以看到其正面和背面视图。其外观设计确实很吸引人,只是那光滑的黑色外壳可能会沾染许多的指纹:gPiEETC-电子工程专辑
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从这款路由器的特写来看,在它的背面从上至下共有2个USB2连接器、4个LAN端口和1个WAN以太网络端口——均支持Gb级以太网络(GbE),还有一个硬件重设的隐藏式设计按键、12V DC输入插孔以及电源开关按钮。gPiEETC-电子工程专辑
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NETGEAR R4500路由器背面特写。gPiEETC-电子工程专辑

下图是这款产品的商标特写。不过,序号上面被涂抹的部份可不是我用签字笔划掉的。这款路由器买来就是这样了(或许也可以反映它就是一台翻新机):gPiEETC-电子工程专辑
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将该路由器盒子采用6个Torx螺丝(而不是Phillips螺丝),将其外壳的两半和透明塑料支架固定在一起,但只要使用我的iFixit 64-Bit Driver Kit 64合1螺丝起子工具组,就可以轻松地将它们卸下来(确切地说是使用TR7),如下图 所示。gPiEETC-电子工程专辑

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用iFixit 64-Bit Driver Kit 64合1螺丝起子工具组卸下6个Torx螺丝。gPiEETC-电子工程专辑

下图显示了一整排的LED灯管。gPiEETC-电子工程专辑

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现在把注意力转移至已经打开的另一半外壳,就可以看到路由器的内部,如下图所示。gPiEETC-电子工程专辑

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路由器另一半的内部视图。gPiEETC-电子工程专辑

在继续往下拆之前,我想再次说明,就像之前的所有拆解一样,在完成之后我都会尽力将装置恢复到正常状态,然后捐赠给Goodwill (二手零售店)。因为我后来将自己使用的装置升级到mesh 802.11ac系统,应该不会再用到这个路由器了,但肯定还有人用得着。所以,我并不打算拆下法拉第笼(Faraday cage)的顶部或散热器。不过,根据业余爱好者和美国联邦通信委员会(FCC)的信息,再加上基于接近原则的推论(proximity deduction),我们仍然能够揭露其中的许多秘密。gPiEETC-电子工程专辑

例如,在此的3个法拉第笼中有2个分别接出了三根导线。由于这是N900的无线设计,2.4GHz和5GHz Wi-Fi子系统分别需要3根天线。而FCC的资料证实了我的猜测;在电路板(PCB)右下角位置的法拉第笼下面有3个Skyworks SE2605L 2.4GHz无线功率放大器,而在PCB左上角的法拉第笼下方则藏着3个Skyworks 5004L 5GHz无线功率放大器。gPiEETC-电子工程专辑

下图可以让我们一窥2.4GHz天线,在PCB下方仅部份可见;另一张图是5GHz天线(注意图片拍摄角度不同)。gPiEETC-电子工程专辑

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藏在PCB下面的2.4GHz天线和5GHz天线。gPiEETC-电子工程专辑

再回过头来看看这块PCB。其上是一整排对应到前述灯管的LED,图中还可以看到承载系统韧体的三星(Samsung) K9F1G08U0D-SCB0 1-Gbit NAND闪存(Flash),如图所示。gPiEETC-电子工程专辑

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PCB上可见到一 整排LED,以及三星1-Gbit NAND Flash。gPiEETC-电子工程专辑

关注细节的读者们可能会注意到,在PCB的这一侧还有另一个法拉第笼。由于位置靠近NAND Flash,我推测其下应该会是系统处理器,但还必须仔细研究PCB的另一侧,才能确定自己的猜测对不对。gPiEETC-电子工程专辑

细心的读者可能还会发现在两个Wi-Fi法拉第笼的其中一侧都有着黑色胶带,其作用在于帮忙将天线连接器固定到位。gPiEETC-电子工程专辑

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Wi-Fi法拉第笼的一侧有着黑色胶带,用于固定天线连接器。gPiEETC-电子工程专辑

撕开胶带后,当我翻过来看PCB板的另一面时,天线非常容易从板上脱落,由此可知使用胶带有其必要性。gPiEETC-电子工程专辑
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如果不使用胶带固定,天线很容易就从PCB板上脱落。gPiEETC-电子工程专辑

下图是卸下后面板的背面布局图。gPiEETC-电子工程专辑
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将PCB板翻过来的整体电路布局。gPiEETC-电子工程专辑
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沿着底部边缘的是之前提到的USB2埠、GbE埠和电源连接器,还有电源开关和重设按钮。在USB端口旁边,即左下角的位置,是SMSC——现为微芯科技(Microchip Technology)的USB2514B USB2集线器控制器IC。但你首先注意到的可能不是这个IC,而是那些散热器以及另一个法拉第笼。gPiEETC-电子工程专辑

以太网络端口上方是3个电磁变压器,其中2个变压器分别用于4个LAN埠中的2埠,另1个变压器用于WAN埠。同样根据靠近原则,我强烈怀疑在3个变压器之上的组件正如同WikiDevi提到在该设计中采用的是博通(Broadcom) BCM53115多埠GbE交换机。gPiEETC-电子工程专辑

在PCB左侧是先前提到的5GHz Wi-Fi子系统,由Broadcom BCM4331无线控制器SoC支持。紧邻其旁以及在另一个散热器下面的部份,我猜是与其有关的低噪声前端(在SmallNetBuilder评测中有提到)以及其它模拟/电源电路。在PCB右上角是彼此相邻的2.4GHz Wi-Fi子系统,同样由Broadcom BCM4331控制器管理。gPiEETC-电子工程专辑
最后,在左上角的是Broadcom BCM4706系统处理器,它整合了一颗600MHz MIPS32 74K超纯量CPU和1颗GbE MAC,来自FCC的图片也证实了这一点。此外,旁边还有2颗三星K4T51163Q1-HCE6 512Mb DDR2 SDRAM。gPiEETC-电子工程专辑

PCB差不多都讨论了,接下来再近距离看一下2.4GHz天线以及5GHz天线,如下图所示。gPiEETC-电子工程专辑
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2.4GHz天线,以及5GHz天线特写。gPiEETC-电子工程专辑

最后,我想说的是,R4500/WNDR5400的后续设计展现了持续的Wi-Fi创新,其进展着实令人印象深刻。大约从2011年中开始,它们开始变得体积更小、散热更好、更加省电,而且还提供了更多带宽、更广范围以及更多功能。gPiEETC-电子工程专辑

(参考原文:Teardown: Router reveals ongoing networking innovation,by Brian Dipert)gPiEETC-电子工程专辑

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本文为EET电子工程专辑 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
Brian Dipert
EDN资深博客作者。Brian Dipert是前EDN杂志的高级技术编辑。 他是BDTi的高级分析师,嵌入式视觉联盟的主编,以及AnandTech、EDN杂志和《低功耗设计》的特约编辑。 他也是Sierra Media的创始人。
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