کالبدشکافی و بررسی قطعات داخلی هدست HTC Vive

سال 2016 سالی بود که واقعیت مجازی بالاخره به یه محصول واقعی و قابل لمس تبدیل شد. اما این هدست دقیقا چطور کار می‌کنه؟ بیا اول یه نگاهی به مشخصات فنیش بندازیم:

← دو تا نمایشگر AMOLED با کیفیت 1080p که ترکیبشون رزولوشن 2160 در 1200 رو می‌سازه.

← نرخ به‌روزرسانی (رفرش‌ریت) 90 هرتز.

← دوربین و میکروفون داخلی که سمت جلوی دستگاه قرار گرفتن.

← سنسورهای شتاب‌سنج، ژیروسکوپ و سنسور موقعیت‌یاب لیزری.

رهگیری 360 درجه‌ای هدست از طریق ساطع‌کننده‌های مادون قرمز (Lighthouse).

زاویه دید افقی 110 درجه‌ای.

این مشخصات نشون می‌ده که با یه دستگاه قدرتمند طرفیم که تو خیلی از موارد با رقبای سرسخت خودش کاملا برابری می‌کنه.

← بعد از جدا کردن چهار تا کابل اصلی هدست، می‌تونیم شماره مدل دستگاه یعنی 0PJT100 رو روی بدنه ببینیم.

اینجا یه جک صدای 3.5 میلی‌متری استاندارد، سوکت برق و یه پورت HDMI قرار گرفته که بین دو تا پورت USB 3.0 محاصره شدن.

نکته جالب اینجاست که شرکت سازنده، پورت USB سمت راست رو برای اتصال لوازم جانبی شرکت‌های دیگه کاملا آزاد گذاشته.

حالا هدست رو برمی‌گردونیم تا با دوربین جلوییش چشم‌توچشم بشیم. این دوربین مثل یه چشم همیشه بیدار، قابلیت واقعیت افزوده (AR) رو برای هدست فراهم می‌کنه. بریم تو دل دستگاه ببینیم چه قطعاتی این سیستم رو می‌چرخونن.

اول از همه، پد فومی دور صورت رو که با چسب پارچه‌ای (ولکرو) به دستگاه وصل شده جدا می‌کنیم. وقتی پد رو برمی‌داریم، یه فضای خالی بین لنزها نمایان می‌شه.

موقع جدا کردن این قسمت مراقب باش فشار زیادی به فریم پلاستیکی نیاری.

درست تو این فضای خالی بین دو تا چشمی، یه سنسور مجاورت قرار گرفته که تشخیص می‌ده کی هدست روی صورتته. این‌طوری وقتی ازش استفاده نمی‌کنی، نمایشگرها خودکار خاموش می‌شن تا هم تو مصرف برق صرفه‌جویی بشه و هم پردازنده بی‌خودی کار نکنه.

حالا نوبت باز کردن دکمه‌های تنظیم روی بدنه هدسته که با کشیدنشون به‌راحتی در میان.

این دکمه‌ها رو نباید با پیچ تنظیم فوکوس اشتباه بگیری؛ کار این دکمه‌ها اینه که فاصله فیزیکی مجموعه لنزها تا چشم‌های تو رو تغییر بدن تا تصویر تو بهترین حالت ممکن قرار بگیره.

خیلی از هدست‌های رقیب این قابلیت مکانیکی رو ندارن و فقط با بالا و پایین بردن هدست روی صورت می‌تونی تصویر رو واضح کنی. وجود این دکمه‌ها نشون می‌ده که HTC برای سیستم اپتیکال این دستگاه رویکرد کاملا متفاوتی داشته.

با برداشتن قاب پلاستیکی روی هدست، حسابی غافلگیر می‌شیم. زیر این قاب، تعداد زیادی سنسور نصب شده که طبق اعلام سازنده، دقیقا 32 تا هستن.

این دیودهای حساس به نور (فتودیود)، نور مادون قرمزی که از ایستگاه‌های پایه تابیده می‌شه رو دریافت می‌کنن. با محاسبه زمان بین فلش‌های نوری و حرکت لیزرها روی سنسورها، کامپیوتر می‌تونه موقعیت دقیق و سه‌بعدی هدست رو تو فضای اتاق پیدا کنه.

این روش دقیقا برعکس سیستمیه که تو هدست‌هایی مثل Oculus استفاده می‌شه. اونجا یه دوربین بیرونی، هدست رو تعقیب می‌کنه، اما اینجا خود هدست با دیدن نورهای تابیده‌شده از دستگاه‌های جانبی، موقعیتش رو تشخیص می‌ده.

اگه با دقت به قاب بیرونی نگاه کنی، می‌بینی که روی هر فرورفتگی سطحش یه فیلتر کوچیک مادون قرمز نصب شده. این پنجره‌های کوچیک به فتودیودهای زیرشون اجازه می‌دن تا بدون هیچ مزاحمتی، نورها و لیزرهای ساطع‌شده از ایستگاه پایه رو ببینن.

تو مراحل بعدی مفصل‌تر راجع به این سیستم صحبت می‌کنیم.

حالا که قاب بیرونی رو برداشتیم، ضامن کانکتورهای ZIF رو بالا می‌دیم تا شبکه کابلی سنسورهای مادون قرمز از مادربرد جدا بشه.

تا اینجای کار، باز کردن قطعات خیلی استاندارد و راحت بوده و هیچ قلق عجیبی نداشته که تعمیرکار رو اذیت کنه.

بعد از آزاد کردن یه کانکتور فشاری مخفی پشت دوربین جلو، کل مجموعه سنسورها رو به‌راحتی برمی‌داریم. پشت این مجموعه، دو تا پین فنری می‌بینیم که وظیفه تأمین برق کل این بخش رو بر عهده دارن. زیر اون نوار مسی هم دوربین جلو قایم شده.

با یه پنس ظریف، دوربین جلو رو از روی فریم برمی‌داریم. این دوربین ساخت شرکت Sunny Optical Technology هست و روش شماره مدل TG07B C1551 نوشته شده.

اسم این شرکت برای تعمیرکارها آشناست، چون قبلا ماژول‌های دوربینشون رو تو گوشی‌های مختلفی دیده بودیم.

اگه به شبکه سنسورها دقت کنی، می‌بینی که هر کدومشون با دقت شماره‌گذاری شدن (مثلا سنسورهای 18 و 19 تو عکس کاملا مشخصن).

حالا نوبت برداشتن مادربرد دستگاهه. بیا ببینیم زیر اون شیلدهای بزرگ محافظ EMI چه تراشه‌هایی پنهان شدن. روی قسمت جلویی برد این قطعات رو داریم:

← میکروکنترلر 32 بیتی STMicroelectronics ARM

← مبدل ویدیویی Toshiba 4 کیلواهم HDMI به MIPI Dual-DSI

← کنترلر هاب 7 پورتی USB ساخت SMSC

← پردازنده سیگنال تصویر Alpha Imaging Technology SoC

تراشه صوتی Cmedia USB Audio SoC

حافظه فلش سریال 4 مگابیتی Micron

← حافظه فلش سریال 32 مگابیتی Micron

هنوز کلی تراشه دیگه روی سمت جلوی برد باقی مونده:

← مبدل کاهنده ولتاژ Texas Instruments

← مالتی‌پلکسر دوطرفه 12 کاناله Texas Instruments

← کدک صوتی Cirrus Logic

← تکرارکننده (Repeater) پورت USB 3.0 ساخت Pericom Semiconductor

مدار مجتمع (FPGA) بسیار کم‌مصرف Lattice Semiconductor LP4K81

آیسی مدیریت توان نمایشگر Texas Instruments (احتمالا)

← سوئیچ آنالوگ 4 کاناله Texas Instruments

و آخرین تراشه‌هایی که روی سمت جلوی برد قرار دارن:

← تقویت‌کننده عملیاتی (Op-amp) ساخت Texas Instruments

← مترجم سطح ولتاژ دوطرفه 2 بیتی Texas Instruments

← مترجم سطح ولتاژ دوطرفه 4 بیتی Texas Instruments

← اینورتر دوبرابرکننده ولتاژ Texas Instruments

مبدل ولتاژ Texas Instruments

مبدل کاهنده 1 آمپری Texas Instruments

← مبدل کاهنده همزمان 2 آمپری Richtek

حالا برد رو برمی‌گردونیم تا تراشه‌های قسمت پشتی رو هم بررسی کنیم:

← دو عدد تراشه SoC فرکانس 2.4 گیگاهرتز ساخت Nordic Semiconductor

← میکروکنترلر ARM ساخت NXP Semiconductors

← مدار مجتمع (FPGA) با کارایی بالا Lattice Semiconductor ICE40HX8 کیلواهم-CB132

← تراشه ترکیبی ژیروسکوپ و شتاب‌سنج 6 محوره Invensense

حافظه فلش سریال 32 مگابیتی Micron

رگولاتور ولتاژ خطی 800 میلی‌آمپری Texas Instruments

← سوئیچ بار قابل تنظیم ON Semiconductor

قطعه بعدی، فریم میانیه که مادربرد روی اون سوار شده بود. روی لبه این فریم یه کابل فلت کوچیک چسبیده که دکمه هدست بهش وصله.

روی این کابل فلت کلی رگولاتور ولتاژ LDO با خروجی 3.3 ولت ساخت Texas Instruments قرار گرفته.

اگه دقیق‌تر به فریم میانی نگاه کنی، یه شیار مخصوص می‌بینی که برآمدگی مشکی‌رنگ پشت پنل نمایشگر سمت چپ، دقیقا داخلش قرار می‌گیره.

این شیار به برآمدگی اجازه می‌ده تا روی نوار تفلون سفید بلغزه و یه پتانسیومتر خطی رو فعال کنه. اینطوری سیستم متوجه می‌شه که تو داری فاصله بین چشم‌ها (IPD) رو تغییر می‌دی.

برای اینکه بیشتر تو دل دستگاه نفوذ کنیم، مجموعه نمایشگرها و لنزها رو از محفظه‌شون درمیاریم و واشر لاستیکی که دور لنزها هست رو هم جدا می‌کنیم.

بریم ببینیم این مکانیزم چطور کار می‌کنه. این دقیقا همون قطعه‌ایه که اجازه می‌ده فاصله لنزها رو از هم کم یا زیاد کنی. ساختارش فوق‌العاده ساده‌ست؛ فقط یه میله رزوه‌دار و یه قطعه لغزنده. با یه چرخش کوچیک، لنزها نرم و راحت جابه‌جا می‌شن.

این سیستم با وجود سادگیش، خیلی کارآمدتر و بی‌دردسرتر از مکانیزم چرخ‌دنده‌ای پیچیده‌ایه که تو هدست‌هایی مثل Oculus دیدیم.

بعد از باز کردن چهار تا پیچ چهارسو و یکم اهرم کردن ملایم، قاب روی نمایشگر رو برمی‌داریم تا به یکی از پنل‌های دوقلوی AMOLED (ساخت سامسونگ) دسترسی پیدا کنیم.

اندازه قطری هر کدوم از این نمایشگرها حدود 91.8 میلی‌متره که به تراکم پیکسلی عالی 447 پیکسل در هر اینچ می‌رسه. در مقایسه با رقیباش، کیفیت تصویر فوق‌العاده‌ای رو تو فاصله نزدیک به چشم می‌ده.

هر لنز با یکم چسب سر جاش محکم شده، اما درآوردنشون اصلا کار سختی نیست. روی سطح لنزها یه سری حلقه‌های هم‌مرکز می‌بینیم که نشونه بارز استفاده از لنزهای فرسنل هست.

برخلاف لنزهای هدست‌های دیگه، به نظر می‌رسه انحنای این لنزها کاملا یکنواخته. شرکت سازنده تصمیم گرفته فوکوس تصویر رو فقط از طریق تغییر فاصله فیزیکی لنز از چشم تنظیم کنه.

روی لبه کناری لنز، یه کد QR بی‌نهایت ریز حک شده که با هیچ دوربینی نتونستیم اسکنش کنیم!

احتمالا برای خوندنش به یه میکروسکوپ یا لنز ماکروی خیلی قوی نیاز داریم.

خب، کارمون با هدست تموم شد؛ حالا بریم سراغ کنترلرهای حرکتی. با یه نگاه سریع متوجه می‌شیم که شماره مدل کنترلر 2PR7100 هست.

با اینکه این هدست محصول HTC هست، اما کاملا مشخصه که طراحی تاچ‌پد کنترلرها کار شرکت Valve بوده، چون خیلی شبیه کنترلرهای استیم هستن.

علاوه بر تاچ‌پد و دکمه‌ها، داخل این کنترلر 24 تا سنسور مخفی شده (حتی دو تا از اونا داخل حلقه بالایی قرار دارن!). این سنسورها به ایستگاه‌های پایه کمک می‌کنن تا حرکت دستت رو با دقت میلی‌متری تشخیص بدن.

چند تا پیچ تورکس و گیره‌های پلاستیکی سفت، قاب بیرونی و فیلترهای نوری رو روی هم نگه داشتن، اما باز کردنشون برای ما کاری نداره.

وقتی داریم دسته کنترلر رو باز می‌کنیم، به یه کابل فلت مخفی برمی‌خوریم که مثل یه تله سر راهمون قرار گرفته. اگه بی‌دقت باشی، کابل پاره می‌شه. بعد از جدا کردن کابل، قاب به‌طور کامل باز می‌شه تا بتونیم قطعات داخلیش رو بررسی کنیم.

بعد از اینکه تاچ‌پد رو از روی کنترلر جدا می‌کنیم، می‌بینیم که برد داخلیش شباهت خیلی زیادی به کنترلرهای استیم داره.

← کنترل حرکات تاچ‌پد بر عهده یه میکروکنترلر اختصاصی ساخت Cirque هست.

روی برد مدار چاپی، هفت تا نقطه تست (Test Point) مشخص شده که عیب‌یابی برد رو برای تعمیرکارها خیلی راحت‌تر می‌کنه. قطعه بعدی باتری لیتیوم پلیمری 3.85 ولتی دستگاهه که ظرفیتش 960 میلی‌آمپرساعته. شماره مدل باتری B0PLH100 هست و روش یه کد QR بزرگ داره.

ما با اسکن این کد، پیام مخفی یا اطلاعات خاصی پیدا نکردیم؛ فقط شماره سریال باتری رو نشون می‌ده.

بریم ببینیم زیر باتری چه خبره.

روی برد کنترلر، یه سری تراشه‌های مشترک با هدست پیدا می‌کنیم و چند تا آیسی جدید هم هست:

← میکروکنترلر 32 بیتی NXP Semiconductors LPC11U37F ARM

← مدار مجتمع کم‌مصرف Lattice Semiconductor ICE40HX8 کیلواهم-CB132

← تراشه ترکیبی ژیروسکوپ و شتاب‌سنج 6 محوره Invensense

← حافظه فلش سریال 4 مگابیتی Micron

رگولاتور ولتاژ خطی 800 میلی‌آمپری Texas Instruments

آیسی شارژر باتری Texas Instruments

← سوئیچ 2 پورتی USB 2.0 ساخت ON Semiconductor

لیست تراشه‌های کنترلر به این زودی تموم نمی‌شه:

← ماتریس سیگنال ترکیبی قابل برنامه‌ریزی Dialog Semiconductor

← گسترش‌دهنده ورودی/خروجی 18 کاناله Texas Instruments

← سوئیچ بار قابل تنظیم ON Semiconductor

← رگولاتور LDO ساخت Richtek (احتمالا)

مبدل کاهنده همزمان 2 آمپری Richtek

مدارهای فرستنده و گیرنده بلوتوث

بعد از کالبدشکافی هدست و کنترلرها، رسیدیم به یکی از جذاب‌ترین بخش‌ها؛ ایستگاه پایه. بیا ببینیم تو این مکعب کوچیک چه خبره!

وقتی با دوربین مخصوص به این دستگاه نگاه می‌کنیم، می‌بینیم که پشت پنل جلوییش یه عالمه ال‌ای‌دی مادون قرمز و دو تا لیزر چرخشی کار گذاشته شده.

در حالی که خیلی از سیستم‌های واقعیت مجازی با دوربین، نورهای هدست رو دنبال می‌کنن، این دستگاه از یه روش کاملا متفاوت برای رهگیری موقعیت استفاده می‌کنه.

هر ایستگاه پایه با فلش زدن دسته‌جمعی ال‌ای‌دی‌ها، شروع یه چرخه رو اعلام می‌کنه. بعد لیزرهای عمودی و افقی کل فضای اتاق رو جارو می‌کنن. تو همین لحظه سنسورهای روی هدست و کنترلرها، منتظر دریافت این لیزرها می‌مونن. هدست و کنترلرها با محاسبه زمان بین فلش و رسیدن لیزر به هر سنسور، موقعیت سه‌بعدی دقیق خودشون رو پیدا می‌کنن.

وقتشه قاب ایستگاه پایه رو باز کنیم تا سیستم داخلیش رو بهتر ببینیم. روی دستگاه علاوه بر شماره مدل، یه برچسب هشدار می‌بینیم که نشون می‌ده این لیزرها از نوع لیزر کلاس 1 هستن.

این یعنی قدرت لیزرهای مادون قرمز دستگاه کاملا تو محدوده ایمن قرار داره و تماسش با چشم یا پوست خطری نداره، پس نیازی نیست موقع تعمیر نگران آسیب دیدن چشمات باشی.

با یه کیسه گرمایی (iOpener) و پیک پلاستیکی، چسب‌ها و گیره‌های پنل جلویی رو باز می‌کنیم تا قاب جدا بشه.

وقتی پنل جلویی رو برداشتیم، خودمون رو آماده می‌کنیم تا این مجموعه اپتیکال پیچیده رو بیرون بکشیم. خبر خوب اینه که کل قطعات داخلی به‌صورت یکپارچه روی یه شاسی سوار شدن. فقط کافیه چهار تا پیچ تورکس رو باز کنی تا کل مجموعه به‌راحتی بیاد بیرون.

اینجا می‌تونی مجموعه ال‌ای‌دی‌ها، موتورهای گرداننده لیزر و اون فتودیود تکی رو که برای همگام‌سازی ایستگاه‌ها استفاده می‌شه از نزدیک ببینی.

روی این بخش هم تراشه‌هایی وجود داره:

← درایور ماسفت ساخت ON Semiconductor

← ترانزیستور ماسفت (MOSFET)

بریم ببینیم مغز متفکر ایستگاه پایه چه قطعاتی هستن:

← میکروکنترلر 32 بیتی NXP Semiconductors ARM Cortex-M0

← رگولاتور ولتاژ خطی 800 میلی‌آمپری Texas Instruments

← تراشه هوشمند بلوتوث Broadcom

← حافظه فلش سریال 1 مگابیتی Macronix

فرستنده و گیرنده STMicroelectronics

درایور ال‌ای‌دی شانزده کاناله Texas Instruments

← شیفت رجیستر 8 بیتی Texas Instruments

ادامه آیسی‌های روی برد:

← شتاب‌سنج 3 محوره MEMS ساخت STMicroelectronics

← ماتریس سیگنال ترکیبی قابل برنامه‌ریزی Dialog Semiconductor

← درایور دیود لیزر سه خروجی 800 میلی‌آمپری Renesas

← درایور موتور سه فاز BLDC ساخت Texas Instruments

نوسان‌ساز (Oscillator) قابل برنامه‌ریزی Analog Devices

سوئیچ 2 پورتی USB 2.0 ساخت ON Semiconductor

← آشکارساز ولتاژ 3.0 ولتی ON Semiconductor

تراشه‌های بیشتری که روی این برد می‌بینیم:

← تقویت‌کننده عملیاتی دوقلو STMicroelectronics

← تقویت‌کننده عملیاتی تک خروجی STMicroelectronics

← مقایسه‌کننده تفاضلی Diodes Incorporated

← بافر و درایور هگز Texas Instruments

سوئیچ توزیع برق ON Semiconductor

سوئیچ بار 4 آمپری Texas Instruments

← رگولاتور کاهنده ولتاژ 2 آمپری Texas Instruments

و آخرین قطعاتی که روی این برد شناسایی کردیم:

← رگولاتور LDO هشتصد میلی‌آمپری Texas Instruments

← رگولاتور LDO سیصد میلی‌آمپری Diodes Incorporated

شانس با ماست که طراحی این قسمت اصلا پیچیده نیست! هر کدوم از موتورهای لیزر با چهار تا پیچ تورکس T5 به شاسی وصل شدن و کابلشون هم با یه کانکتور ZIF ساده به مادربرد رفته.

موتورهای DC ساخت شرکت Nidec وظیفه دارن لیزرها رو با دقت خیلی بالایی بچرخونن. قبلا موتورهای مشابه این برند رو تو دستگاه‌های دیگه‌ای هم دیده بودیم. شماره مدل این موتورها B2044N01 هست. خب، قطعات ایستگاه پایه رو هم کامل باز کردیم و کالبدشکافی ما به پایان رسید.

بالاخره به پایان این کالبدشکافی هیجان‌انگیز رسیدیم. امتیاز تعمیرپذیری هدست HTC Vive برابر با 8 از 10 هست (10 یعنی راحت‌ترین حالت تعمیر). اگه از این بررسی لذت بردی، حتما اپلیکیشن آیسی‌مدار رو نصب کن تا همیشه به جدیدترین آموزش‌های تعمیرات دسترسی داشته باشی! دلایل این امتیاز رو در ادامه می‌بینی:

← با وجود اینکه دستگاه پر از قطعات پیچیده‌ست، اما هدست به‌راحتی و بدون آسیب دیدن قطعات باز می‌شه.

← بند سر و پدهای صورت به‌راحتی جدا می‌شن و هیچ سنسور یا قطعه الکترونیکی حساسی توشون نیست که زود خراب بشه.

← تو کل بدنه هدست، کنترلرها و ایستگاه‌های پایه فقط از پیچ‌های استاندارد چهارسو و تورکس استفاده شده.

← استفاده از قطعات مشترک (مثل تاچ‌پد کنترلرهای استیم) باعث می‌شه پیدا کردن قطعه یدکی تو بازار راحت‌تر باشه.

← به خاطر تعداد خیلی زیاد قطعات ظریف و حساس، برای تعمیر این دستگاه حتما به راهنمای تعمیرات دقیق نیاز داری و نباید بی‌گدار به آب بزنی.

← از چسب به مقدار کم استفاده شده، اما لنزها، کاورهای ایستگاه پایه و شبکه‌های سنسور با چسب محکم شدن که باز کردنشون دقت بالایی می‌خواد.