极路由HiWiFi大拆解 如何领衔同价位产品？
时间：10-02
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2013年，可以说是“智能路由器”的序幕之年，国内知名的互联网科技公司如百度、小米科技、360等都指向了智能路由器市场，然而，这场战争爆发的导火索确是一个原本籍籍无名的创新型科技公司极路由研发的“智能路由器产品”--极壹。
极壹的包装极其简约时尚，比较符合极客的品味，打开包装盒盖，即使听过、看过了无数对其外观的评价，也早有心理准备，但还是被震撼了一把，哑光黑的外型极具质感，阳极氧化一体成型的铝合金外壳握着沉甸甸、手感极佳，这在同价位产品中无出其右（笔者这个是99RMB买到的）。
极壹及其配件、说明
包装盒内除了极壹外还包括：
一根3dBi增益的天线（可拆卸、能自行扩展其他高增益天线）
一个5V/1A的USB电源适配器（极壹的额定功率为2.5W，所以适用于一般标准的500mA电流输出的USB接口）
一根micro-USB线、一个网线（都为扁平状线材）
产品保修卡、说明书
极壹在配件上也不留余力，处处体现着产品的细节，这是非常值得其他厂商借鉴的。
使用
如果说外型是赢得用户首肯的通行证，那其实用性就是检验极壹是不是花瓶的试金石了。极壹是基于开源的OpenWrt系统，OpenWrt作为一个高度模块化、高度自动化的嵌入式Linux系统，拥有强大的网络组件，十分适合用于工控设备、电话、小型机器人、智能家居、路由器以及VOIP设备中。
极壹的使用（登陆设置IP为：192.168.199.1）相对于普通的路由器较为简单，设置界面美观易懂，只需按照图文标示一步一步操作即行，完全不需要使用手册。
极壹配置界面
极壹被称为智能路由器的主要原因之一是其特有的云插件。云服务作为目前一种主流的服务体系，被运用到路由器中，不失为一种开拓性的创新，极壹配合其云端服务内容可以让用户自定义安装各种app，比较遗憾的是目前可用的app还较少，而且被网友戏称为“神插件”的出国加速功能已被取消。
极壹云插件中的各种app
极壹的另一大特色是可以通过手机进行远程管理，比如设置无线开关、重启设备、查看网络连接以及网速查看等，功能还是偏少，但是创意尤佳。
拆解评测
无论是外观，还是使用方面，极壹都给人一种贴心、合意的感受，但是，这些都不是我们将讨论的重点，故很简单的就略过了。在这里，我们更关注的是产品的设计方案，所以，下面将对极壹进行拆解，剖析其原理。
极壹拆解完成
极壹的细节处理处处体现着，用螺丝刀拆下4个三角孔螺丝，拿下背部面板，只要倾斜一个小角度，PCB板很自然的像抽屉式划出，相当赞的设计，PCB板没有额外的东西固定，无论装配、维修都非常简单，这肯定需要多次不断改进、摸索、方能设计出这么艺术化的工业设计。
当第一次拆开这个精致的小玩意，不禁会想象它会采用何种设计方案?又是如何布局?能否让人们惊叹?
极壹PCB板正面
ATHEROUS AR9331 SOC
64MB DDR SDRAM H5DU5162ETR 2.5V电压供电
16MB串行FLASH W25Q128FV 2.7V~3.6V工作电压
美光4GB NAND FLASH 29F32G08CBACA
USB2.0控制器SK6226
Ti 降压转换器TLV62080
以太网变压器HST-0041SAR
“期望越大、失望越大”这是笔者第一次看到极壹设计方案时的反应。极壹采用的是ATHEROUS AR9331 SOC单芯片的解决方案，400MHz主频，支持802.11n标准，最高无线传输率为150Mbps，这是ATHEROUS较早推出的一个2.4G无线路由解决方案，目前在腾达、D-LINK、TP-LINK等低端路由器所采用的较为普遍的方案，而且整机售价都在50RMB左右。
AR9331系统框图
但从初创业的设计者角度来说，极壹采用AR9331方案却是一种较为稳妥的做法，原因有三：
作为一家创业公司的第一个作品，采用几年前比较稳定的方案，无论是应用成熟度，还供货都有较大的保证
为下一代产品升级留出了足够宽广的空间(已经得到证实，已有极贰)
考虑到目前中国家庭普遍的宽带带宽，对于普通用户，ATHEROUS AR9331方案其实已经足够胜任了
明白了极壹的设计方案，再看PCB板布局，更加直观明了，由于采用AR9331 SOC单芯片解决方案，集成的功能模块较多，信号线众多，显然将AR9331摆在靠近中央位置PCB设计走线比较简单方便，也合理。从AR9331的DATASHEET中我们能了解到其最高支持SDRAM DDR1或DDR2为64MB，NOR FLASH为16MB。
AR9331之DDR配置
而极壹仅仅采用了64MB DDR1 H5DU5162ETR与16MB NOR Flash W25Q128FV方案，为什么极壹敢称自己采用的是基于AR9331芯片方案的最高规格配置了?无论从DDR2的性能还是1.8V低电压供电的设计方案都要优于2.5V工作电压的DDR1，原因在于设计中的另一个重要因素，供货问题，目前64MB 的SDRAM DDR2的闪存颗粒基本已经买不到了。
极壹将所有元器件都放在同一面确实为整个板子的布局增添了不少麻烦，以至于NOR FLASH被移到了天线节点外。
天线另外用焊锡固定住
考虑到Nor Flash的接口只是些低速的信号线，影响不大，这不失为一种折中的办法。如果将SDRAM DDR1与NOR FLASH放到PCB背面，相信确实可以降低不少布线难度。但是极壹从元器件全部采用贴片元件（除了贴片元件在品质上要优于直插式元件）也能看出其对“相貌”有一定的追求，如果将DDR1与NOR FLASH放在PCB背面，难免影响PCB板布局的美观，况且极壹铝合金外壳的卡槽设计限定了PCB板底部的空间，将元件放在PCB背面有引起短路的可能。
云插件硬件实现原理
安装云插件可以说是极壹的最大特色，那它是安装在什么地方的呢?带着这个疑问，看遍板子上的元器件，唯有SMA天线接口处的NAND FLASH最可疑。不过看过了AR9331的系统框图你就会发现其根本不支持NAND FLASH接口，那如何让两者联系起来协调工作?
相信大家对U盘都比较熟悉吧，不知道拆开看过没有，其目前普遍的方案基本是一个USB控制器加上一块NAND FLASH。而极壹的NAND FLASH旁边也有一块USB2.0的控制芯片SK6226，而且AR9331支持USB2.0接口，串联起所有信息，不难推断AR9331通过SK6226控制NAND FLASH来达到数据存储的目的。
SK6226+NAND FLASH=“U盘”
擎泰SK6226是一颗不需要提供外部晶振的USB2.0控制器，内部集成了输出给NAND FLASH 供电的3.3V和1.8V电压的LDO。
擎泰SK6226系统框图
相对于极壹云插件的服务内容还不太多，配了一个4G NAND FLASH目前看来绰绰有余，况且，旁边还预留了令一个NAND FLASH的位置，这为以后的升级留下了空间。
WAN口以及LAN口旁边的3个芯片就不用多介绍了，以太网变压器HST-0041SAR，1500V的抗击穿电压。
太网变压器HST-0041SAR
电源系统
差不多看完了整个板子的系统，基本了解极壹工作原理后，我们再来看下其最平常但也是最重要的一部分--供电系统。
5Vmicro USB供电系统
极壹也算是开创了大众路由器的一个精品路线，将普通的大个的圆形电源孔适配器改成了micro-USB接口供电，而且适配器也换成了不会占插座孔的迷你型，这不仅提升了美观，还能提供多种不同供电方式，比如通过标准的500mA电流输出的USB接口供电，可以插在电脑主机上、或者移动电源USB HOST接口上。但限于AR9331的功耗在300mA左右，供电系统的额定电流至少要达到400mA标准。
为了清楚明白的知道极壹的整个供电系统，我们先把PCB上需要供电的元器件例举出来。
极壹IC器件工作电压
考虑到电路中电压的层级，我们可以分为两部分，一部分为5V，另一部分为3.3V以下（包括3.3V）。5V供电电路部分主要包括USB2.0控制器SK6226以及NAND FLASH。这部分电路不是说直接插上5Vmicro-USB接口供电就开始工作，我们需要通过AR9331主控芯片来控制，所以需要找一个可以支持控制信号的配电开关。如果再深入一点，考虑到电路短路情况的可能，造成大电流，这个配电开关可以关闭，或者说可以根据负载调节到一个安全的恒流模式，这是非常重要的，板子可能出现突发的短路或者大电流情况，能很好的保护整个电路。因为从极壹PCB上的器件无法看出采用的是什么型号的配电开关，跟据实际推断情况，笔者找了一颗可限流的配电开关--德州仪器的TPS2051C，作为选型参考。
TPS2051C原理框图
配电开关TPS2051C的FLT信号低有效，开漏输出，预防开关开启关闭时的瞬态浪涌尖峰脉冲以及器件温度过高。其主要职能是在电路大电流的情况下通过FLT信号来调节使电路处于一个安全的恒流模式。
而另一部分的3.3V供电电路，采用的是Ti的降压转换器TLV62080，支持最高1.2A的负载。
降压转换器TLV62080原理图
在TLV62080的资料中能直接找到官网的推荐原理图，电压的输出值为一个公式Vout=VFB*（1+R1/R2），其中VFB=0.45V，不过为了使输出的电压精确，确保R2的选值范围小于40KΩ。原理图的设计相对简单，但是在PCB LAYOUT的过程中，输入输出电容以及电感布局时尽量靠近TLV62080，减少布线长度，电源线尽量宽广，这样可以减少阻抗及寄生电感。
3.3V的供电问题解决了，DDR1的2.5V电压及以太网变压器的3.0V电压是通过PNP电路将3.3V电压实现小幅压降来解决的。
输出2.5V及3.0V的PNP电路
极壹PCB板的背面没什么元器件，最惹人留意的莫过于中间的条状裸铜和圆孔以及板卡两边的两条金属边?有何用意?
极壹PCB反面
前面已经提过，AR9311作为一款单芯片无线路由解决方案，将发热量非常高的功放也集成了进去，众所周知，路由器属于不断电一直连续工作的电器，而这对整个AR9331散热是个极为严峻的考验，在一般的设计中，底部留孔是必须的，而在设计允许的范围内，AR9331 SOC背面预留越多裸铜越好，对于功耗以及发热量比较大的芯片，这样做的目的无非就是：
一是利于空气过流时散热
二是可以贴导热垫片导热到外壳
而两边的金属条又涉及到产品品质安全的一个重要问题，电磁兼容性EMC以及抗静电处理。众所周知，极壹的阳极氧化铝外壳能很好的屏蔽自身对其他设备的干扰，同时也能很好的屏蔽来自其他设备的电磁辐射干扰，而且有较好的抗静电能力。然而，在实际产品设计中，我们需靠考虑的更深入，裸露在外的不仅只有外壳，还包括供电的Micro-USB接口、Ethernet网口、RESET按键、SMA纯铜接口天线。
细心的网友会发现，除了极壹将两边金属条分别用两个大电容和板子自身地单点相连外，其micro-USB供电接口，SMA纯铜天线接口，Ethernet网口以及Reset按键都用大电容与主地面单点连接起来，这样做有效的保护了整个板子防止来自外界的静电危害，这也是在设计中必须要考虑到的整机防静电处理。
剖析完极壹的整个设计方案，其基本工作原理框图如下：
极壹原理框图
最后，做个小结，不得不说，极壹在硬件方案选择上难免会让人觉得有些失望，但是精雕细琢的外壳以及细节的处理具备了极其专业精神及做事态度，而且更重要的是极壹对传统路由的改造和颠覆，创新式的云插件服务内容，开创了路由的革新。
极壹的包装极其简约时尚，比较符合极客的品味，打开包装盒盖，即使听过、看过了无数对其外观的评价，也早有心理准备，但还是被震撼了一把，哑光黑的外型极具质感，阳极氧化一体成型的铝合金外壳握着沉甸甸、手感极佳，这在同价位产品中无出其右（笔者这个是99RMB买到的）。
极壹及其配件、说明
包装盒内除了极壹外还包括：
一根3dBi增益的天线（可拆卸、能自行扩展其他高增益天线）
一个5V/1A的USB电源适配器（极壹的额定功率为2.5W，所以适用于一般标准的500mA电流输出的USB接口）
一根micro-USB线、一个网线（都为扁平状线材）
产品保修卡、说明书
极壹在配件上也不留余力，处处体现着产品的细节，这是非常值得其他厂商借鉴的。
使用
如果说外型是赢得用户首肯的通行证，那其实用性就是检验极壹是不是花瓶的试金石了。极壹是基于开源的OpenWrt系统，OpenWrt作为一个高度模块化、高度自动化的嵌入式Linux系统，拥有强大的网络组件，十分适合用于工控设备、电话、小型机器人、智能家居、路由器以及VOIP设备中。
极壹的使用（登陆设置IP为：192.168.199.1）相对于普通的路由器较为简单，设置界面美观易懂，只需按照图文标示一步一步操作即行，完全不需要使用手册。
极壹配置界面
极壹被称为智能路由器的主要原因之一是其特有的云插件。云服务作为目前一种主流的服务体系，被运用到路由器中，不失为一种开拓性的创新，极壹配合其云端服务内容可以让用户自定义安装各种app，比较遗憾的是目前可用的app还较少，而且被网友戏称为“神插件”的出国加速功能已被取消。
极壹云插件中的各种app
极壹的另一大特色是可以通过手机进行远程管理，比如设置无线开关、重启设备、查看网络连接以及网速查看等，功能还是偏少，但是创意尤佳。
拆解评测
无论是外观，还是使用方面，极壹都给人一种贴心、合意的感受，但是，这些都不是我们将讨论的重点，故很简单的就略过了。在这里，我们更关注的是产品的设计方案，所以，下面将对极壹进行拆解，剖析其原理。
极壹拆解完成
极壹的细节处理处处体现着，用螺丝刀拆下4个三角孔螺丝，拿下背部面板，只要倾斜一个小角度，PCB板很自然的像抽屉式划出，相当赞的设计，PCB板没有额外的东西固定，无论装配、维修都非常简单，这肯定需要多次不断改进、摸索、方能设计出这么艺术化的工业设计。
当第一次拆开这个精致的小玩意，不禁会想象它会采用何种设计方案?又是如何布局?能否让人们惊叹?
极壹PCB板正面
ATHEROUS AR9331 SOC
64MB DDR SDRAM H5DU5162ETR 2.5V电压供电
16MB串行FLASH W25Q128FV 2.7V~3.6V工作电压
美光4GB NAND FLASH 29F32G08CBACA
USB2.0控制器SK6226
Ti 降压转换器TLV62080
以太网变压器HST-0041SAR
“期望越大、失望越大”这是笔者第一次看到极壹设计方案时的反应。极壹采用的是ATHEROUS AR9331 SOC单芯片的解决方案，400MHz主频，支持802.11n标准，最高无线传输率为150Mbps，这是ATHEROUS较早推出的一个2.4G无线路由解决方案，目前在腾达、D-LINK、TP-LINK等低端路由器所采用的较为普遍的方案，而且整机售价都在50RMB左右。
AR9331系统框图
但从初创业的设计者角度来说，极壹采用AR9331方案却是一种较为稳妥的做法，原因有三：
作为一家创业公司的第一个作品，采用几年前比较稳定的方案，无论是应用成熟度，还供货都有较大的保证
为下一代产品升级留出了足够宽广的空间(已经得到证实，已有极贰)
考虑到目前中国家庭普遍的宽带带宽，对于普通用户，ATHEROUS AR9331方案其实已经足够胜任了
明白了极壹的设计方案，再看PCB板布局，更加直观明了，由于采用AR9331 SOC单芯片解决方案，集成的功能模块较多，信号线众多，显然将AR9331摆在靠近中央位置PCB设计走线比较简单方便，也合理。从AR9331的DATASHEET中我们能了解到其最高支持SDRAM DDR1或DDR2为64MB，NOR FLASH为16MB。
AR9331之DDR配置
而极壹仅仅采用了64MB DDR1 H5DU5162ETR与16MB NOR Flash W25Q128FV方案，为什么极壹敢称自己采用的是基于AR9331芯片方案的最高规格配置了?无论从DDR2的性能还是1.8V低电压供电的设计方案都要优于2.5V工作电压的DDR1，原因在于设计中的另一个重要因素，供货问题，目前64MB 的SDRAM DDR2的闪存颗粒基本已经买不到了。
极壹将所有元器件都放在同一面确实为整个板子的布局增添了不少麻烦，以至于NOR FLASH被移到了天线节点外。
天线另外用焊锡固定住
考虑到Nor Flash的接口只是些低速的信号线，影响不大，这不失为一种折中的办法。如果将SDRAM DDR1与NOR FLASH放到PCB背面，相信确实可以降低不少布线难度。但是极壹从元器件全部采用贴片元件（除了贴片元件在品质上要优于直插式元件）也能看出其对“相貌”有一定的追求，如果将DDR1与NOR FLASH放在PCB背面，难免影响PCB板布局的美观，况且极壹铝合金外壳的卡槽设计限定了PCB板底部的空间，将元件放在PCB背面有引起短路的可能。
云插件硬件实现原理
安装云插件可以说是极壹的最大特色，那它是安装在什么地方的呢?带着这个疑问，看遍板子上的元器件，唯有SMA天线接口处的NAND FLASH最可疑。不过看过了AR9331的系统框图你就会发现其根本不支持NAND FLASH接口，那如何让两者联系起来协调工作?
相信大家对U盘都比较熟悉吧，不知道拆开看过没有，其目前普遍的方案基本是一个USB控制器加上一块NAND FLASH。而极壹的NAND FLASH旁边也有一块USB2.0的控制芯片SK6226，而且AR9331支持USB2.0接口，串联起所有信息，不难推断AR9331通过SK6226控制NAND FLASH来达到数据存储的目的。
SK6226+NAND FLASH=“U盘”
擎泰SK6226是一颗不需要提供外部晶振的USB2.0控制器，内部集成了输出给NAND FLASH 供电的3.3V和1.8V电压的LDO。
擎泰SK6226系统框图
相对于极壹云插件的服务内容还不太多，配了一个4G NAND FLASH目前看来绰绰有余，况且，旁边还预留了令一个NAND FLASH的位置，这为以后的升级留下了空间。
WAN口以及LAN口旁边的3个芯片就不用多介绍了，以太网变压器HST-0041SAR，1500V的抗击穿电压。
太网变压器HST-0041SAR
电源系统
差不多看完了整个板子的系统，基本了解极壹工作原理后，我们再来看下其最平常但也是最重要的一部分--供电系统。
5Vmicro USB供电系统
极壹也算是开创了大众路由器的一个精品路线，将普通的大个的圆形电源孔适配器改成了micro-USB接口供电，而且适配器也换成了不会占插座孔的迷你型，这不仅提升了美观，还能提供多种不同供电方式，比如通过标准的500mA电流输出的USB接口供电，可以插在电脑主机上、或者移动电源USB HOST接口上。但限于AR9331的功耗在300mA左右，供电系统的额定电流至少要达到400mA标准。
为了清楚明白的知道极壹的整个供电系统，我们先把PCB上需要供电的元器件例举出来。
极壹IC器件工作电压
考虑到电路中电压的层级，我们可以分为两部分，一部分为5V，另一部分为3.3V以下（包括3.3V）。5V供电电路部分主要包括USB2.0控制器SK6226以及NAND FLASH。这部分电路不是说直接插上5Vmicro-USB接口供电就开始工作，我们需要通过AR9331主控芯片来控制，所以需要找一个可以支持控制信号的配电开关。如果再深入一点，考虑到电路短路情况的可能，造成大电流，这个配电开关可以关闭，或者说可以根据负载调节到一个安全的恒流模式，这是非常重要的，板子可能出现突发的短路或者大电流情况，能很好的保护整个电路。因为从极壹PCB上的器件无法看出采用的是什么型号的配电开关，跟据实际推断情况，笔者找了一颗可限流的配电开关--德州仪器的TPS2051C，作为选型参考。
TPS2051C原理框图
配电开关TPS2051C的FLT信号低有效，开漏输出，预防开关开启关闭时的瞬态浪涌尖峰脉冲以及器件温度过高。其主要职能是在电路大电流的情况下通过FLT信号来调节使电路处于一个安全的恒流模式。
而另一部分的3.3V供电电路，采用的是Ti的降压转换器TLV62080，支持最高1.2A的负载。
降压转换器TLV62080原理图
在TLV62080的资料中能直接找到官网的推荐原理图，电压的输出值为一个公式Vout=VFB*（1+R1/R2），其中VFB=0.45V，不过为了使输出的电压精确，确保R2的选值范围小于40KΩ。原理图的设计相对简单，但是在PCB LAYOUT的过程中，输入输出电容以及电感布局时尽量靠近TLV62080，减少布线长度，电源线尽量宽广，这样可以减少阻抗及寄生电感。
3.3V的供电问题解决了，DDR1的2.5V电压及以太网变压器的3.0V电压是通过PNP电路将3.3V电压实现小幅压降来解决的。
输出2.5V及3.0V的PNP电路
极壹PCB板的背面没什么元器件，最惹人留意的莫过于中间的条状裸铜和圆孔以及板卡两边的两条金属边?有何用意?
极壹PCB反面
前面已经提过，AR9311作为一款单芯片无线路由解决方案，将发热量非常高的功放也集成了进去，众所周知，路由器属于不断电一直连续工作的电器，而这对整个AR9331散热是个极为严峻的考验，在一般的设计中，底部留孔是必须的，而在设计允许的范围内，AR9331 SOC背面预留越多裸铜越好，对于功耗以及发热量比较大的芯片，这样做的目的无非就是：
一是利于空气过流时散热
二是可以贴导热垫片导热到外壳
而两边的金属条又涉及到产品品质安全的一个重要问题，电磁兼容性EMC以及抗静电处理。众所周知，极壹的阳极氧化铝外壳能很好的屏蔽自身对其他设备的干扰，同时也能很好的屏蔽来自其他设备的电磁辐射干扰，而且有较好的抗静电能力。然而，在实际产品设计中，我们需靠考虑的更深入，裸露在外的不仅只有外壳，还包括供电的Micro-USB接口、Ethernet网口、RESET按键、SMA纯铜接口天线。
细心的网友会发现，除了极壹将两边金属条分别用两个大电容和板子自身地单点相连外，其micro-USB供电接口，SMA纯铜天线接口，Ethernet网口以及Reset按键都用大电容与主地面单点连接起来，这样做有效的保护了整个板子防止来自外界的静电危害，这也是在设计中必须要考虑到的整机防静电处理。
剖析完极壹的整个设计方案，其基本工作原理框图如下：
极壹原理框图
最后，做个小结，不得不说，极壹在硬件方案选择上难免会让人觉得有些失望，但是精雕细琢的外壳以及细节的处理具备了极其专业精神及做事态度，而且更重要的是极壹对传统路由的改造和颠覆，创新式的云插件服务内容，开创了路由的革新。