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【VR陀螺拆机系列】深度拆解YVR 2 VR一体机

VR陀螺 2022-11-09 10:32 发文

文/VR陀螺

2022年在VR产业中最火的词语之一莫过于“Pancake”,Pancake 光学指短焦镜头的一种光学方案,它是对于一种折叠式光路的描述,因为其外观镜头轴向较短,呈扁平外观,所以业内常称之为“Pancake”(煎薄饼),作为颠覆性的新一代光学技术,Pancake被行业寄予厚望。

YVR 在今年 7 月正式发布了基于 Pancake 光学的 VR 一体机产品 YVR 2,作为国内第一批量产的消费级 6DoF 超短焦 VR 一体机,产品上线后受到了圈内外极高的关注。YVR 2 作为该品牌的第二款 VR 头显,在性能配置、光学设计、人体工学和SLAM算法等方面均迎来了较大幅度的提升。

据知情人透露:YVR 合作伙伴均为全球领先企业,包括高通、和硕、3M、BYD、JDI、欧菲光等。下面我们就一起来看看YVR 2 拆解及其供应商分析情况。

一、YVR 2 VR一体机外观展示

YVR 2 以黑灰色为主色调,前壳采用了高压成型独特复合工艺,配合五轴CNC,厚度仅有0.8mm,机身采用高成本的Babyskin婴儿手感漆。

头显上方分布着电源按钮、散热孔与音量调节键,自带的磁吸泡棉为可拆卸设计,面罩使用亲肤泡棉。

产品在设计上采用了 3:2 前后配重,将电池后置,佩戴时不会出现前重后轻以及头显下沉的情况。

手柄重量仅有108g,比市面上主流干电池供电手柄轻了约30%。为了避免出现滑落,握持部分做了棱格纹防滑来增加摩擦力,同时配备最高65w功率的氮化镓高速充电器,可以实现手柄、头显的同步充电。

二、YVR 2 VR一体机参数配置

三、YVR 2 VR一体机头显拆解

YVR 2 VR一体机爆炸图

(图源:YVR)

(1)主板正面

ROM内存——SDINFDK4-128G

西数的128G ROM闪存芯片,型号为SDINFDK4-128G,4 Dies,支持UFS 3.1,读速率1500MB/s,写速率800MB/s。

RAM运存——三星 K3LK7K70BM-BGCP-8GB

储存模块采用三星品牌,型号为K3LK7K70BM-BGCP-8GB,Samsung LPDDR5 SDRAM(Synchronous DRAM,同步动态随机存储器),采用D1z技术节点,FBGA代码为496,容量8GB。

SOC主芯片——高通骁龙XR2(SXR-2130P-0-MPSP1099)

支持4K@120Hz 显示和7颗摄像头并发工作,基于7nm技术构建的Qualcomm®SXR2130P SoC,CPU部分采用了经典的「1+3+4」的大中小核架构设计,一颗2.84GHz高频大核,三颗2.42GHz大核满足高负载应用性能要求,四颗1.81GHz低功耗小核满足日常应用兼顾续航。

在GPU方面,采用Adreno™650 GPU,GPU 频率为587MHz。同时采用Spectra™480图像信号处理器,Adreno™665视频处理单元,Adreno™995显示处理单元,NPU230神经处理单元,SPU240安全处理单元,具有四边形六边形矢量扩展的Hexagon™DSP,支持诸如语音激活和情境侦测等硬件加速特性,帮助用户在沉浸于数字世界的同时,也能听到真实世界的声音。

SOC+ LPDDR5采用堆叠设计,LPDDR5芯片直接贴装在XR2芯片上,这种堆叠方式不但利于节省电路板空间和方便主板排线,还能够降低LPDDR5 CL延时,更好地发挥其性能。

       电源管理芯片——高通Qualcomm PM8150B-1-FOWPSP126

来自高通Qualcomm的充电芯片,型号为PM8150B-1-FOWPSP126,提供电池充放电管理、电量管理、快充协议功能。

音频功放芯片——高通Qualcomm WSA-8815-0-35WLNSP

高通的WSA8815负责控制着左耳喇叭,采用Aqstic技术,是一款体积小,声音大的芯片。它可以为外部扬声器提供高达4W的D类电源,充分发挥喇叭的声效而无需担心扬声器损坏。

WIFI&蓝牙芯片——高通Qualcomm QCA6391-0-NSP265

QCA6391模块是高度集成的WIFI6芯片,支持2x2双频无线WiFi和BT蓝牙5.1二合一功能。它拥有双频2x2 MIMO (2.4 GHz和5 GHz) WiFi无线电射频部件,支持IEEE802.11a/b/g/n/ac/ax BT5.1标准,2x2的工作模式下, 吞吐量最高可以达到1774.5 Mbps,可满足无线串流的传输要求。

射频前端芯片——高通Qualcomm B39000-E1073/B39000-E1072

在整个信号传输的过程中,射频前端可以对信号进行变频、放大和过滤,从而将其变为“可用”信号。每颗射频前端芯片均支持2路WIFI数据同时收发,配合QCA6391实现2X2 MIMO。

(2)主板背面

       音频编解码芯片(COEDC)——高通Qualcomm WCD9385-0-FOWPSP60

WCD9385 有一个集成的 DAC(数模转换器),原生支持DSD64、DSD128音频原盘格式的播放,可以将DSD格式的无损数字音频转化为PCM波形直接输出,播放时同时支持DXD、DoP(DSD over PCM)。支持32bit、192KHz的高清音频解码,播放动态范围更是高达122db,还支持192KHz、24bit级别的高解析度音频编码。

时钟芯片——高通Qualcomm PMK8002-0-16CWLPSP

时钟发生器芯片,将热敏晶体提供的38.4MHz时钟信号,分频后分别供给其它芯片使用。PMK8002可依据板上温度不同给热敏晶体提供不同的负载电容补偿,保证系统工作时钟的精准。

DC-DC芯片——立锜Richtek RT9187GQV

RT9187GQV是一款高性能,1A LDO线性稳压器,用于稳定输出电压的设备。其具有极高的PSRR 和超低压差。RT9187GQV在关机模式下消耗小于 0.1μA,并具有小于 40μs 的快速开启时间。其他特性包括超低压差、高输出精度、限流保护和高纹波抑制比。

2.4G ISM芯片——北欧半导体Nordicn RF52833-CJAA

这款芯片集成ARM®Cortex®-M4 32位处理器,带FPU,主频64 MHz和2.4 GHz收发器,支持Bluetooth®5.1–2 Mbps、1 Mbps、500 kbps和125 kbps,具有512 kB闪存和128 kB RAM。发射功率最大为+8dBm,支持的外设有UART, SPI, TWI(Two Wire Interface), PDM, HS-SPI, I2S, PWM, 12-bit ADC, USB 2.0。

YVR 2 上的nRF52833是nRF52832的升级版,它的RAM运存大了一倍,而且集成了前端模块,不需要SKY66111-11射频前端芯片。可以让主板上芯片的数量更少,使PCB更紧凑。

电源管理芯片——

高通Qualcomm PM8250-0-FOWPSP161高通电源管理芯片,主要负责给CPU供电

高通Qualcomm PM8150L-1-FOWPSP177高通电源管理芯片,主要负责给外围IC供电。

高通Qualcomm PM8009-1-WLNSP49D高通电源管理芯片,主要负责给WiFi芯片供电。

高通Qualcomm PM3003A-5-15CWLNSP高通电源管理芯片,主要负责给除CPU外的其他设备提供电源。

惯性测量单元IMU芯片——TDK ICM-42688-P    

ICM-42688-P 是一款 6 轴 MEMS IMU 设备,结合了 3 轴陀螺仪和 3 轴加速度计,有效提供一体机的运动信息。在国内市场上的VR一体机头显设备中用到的IMU芯片大多都是这款ICM-42688-P。

一般来说,头显和手柄的IMU芯片都会采用统一配置,但YVR 2 却不是如此,头显部分的这款ICM-42688-P,它的数据噪音和温漂方面是目前最强的,下面讲到手柄时会详细提到。

音频功放芯片——高通Qualcomm WSA-8815-0-35WLNSP

高通的WSA8815负责控制着喇叭,采用Aqstic技术,是一款体积小,声音大的芯片。它可以为外部扬声器提供高达4W的D类电源,充分发挥喇叭的声效而无需担心扬声器损坏。

(3)Pancake模组及显示屏

YVR 2 搭载两块JDI的高像素密度屏幕——a-Si TFT-LCD,属于Fast-LCD屏幕,尺寸为2.1英寸,像素密度(标准RGB排列)高达1058PPI,灰阶响应时间4.5ms,其屏幕刷新率为90Hz。

YVR 2 采用两片式pancake曲面一体镜设计,光机厚度仅20mm,相比传统菲涅尔光学VR 一体机变薄28%以上,比传统菲涅尔方案光机厚度足足少了一半。同时,光学解析可以提升50%,克服了传统镜片上菲涅尔环引起的边缘模糊和眩光问题,核心清晰区域(甜蜜区)更大。

Pancake的工作原理基于光的偏振特性,让光线在多个透镜之间反射,形成更长的光路,从而缩小佩戴者眼睛和显示器之间所需的距离。

1、由显示屏发出的光先经过线偏振片(偏振方向p),然后经过1/4波片变为圆偏振光;

2、经过半透半反膜, 再经过第二个1/4波片,圆偏振光又变成了线偏振光(偏振方向s),但是偏振方向和之前垂直;

3、s向偏振光被透p反s的反射偏光片反射回去,再次经过1/4波片变为圆偏光;

4、进入透镜1,然后被半透半反膜反射回来,形成折叠光路;

5、经过1/4波片,形成p向偏振光,此光可以通过反射偏光片,经过透镜2到达人眼。

(4)交互传感

头显部分共计搭载两颗惯性测量单元IMU芯片,分别分布于中框两侧上,由TDK提供,型号为ICM-42688-P。

多IMU系统有如下好处。

一种是采用到了双IMU冗余方案,冗余方案即通过为控制系统添加多重资源,如硬件或软件,并通过合理的管理,从而提高系统可靠性的方法。系统通过算法实时监测两个IMU的状态,当主IMU通讯或数据异常时,会自动切换至辅助IMU。

另一种是,基于冗余MEMS-IMU惯性导航系统,针对该系统的惯性测量单元(IMU)进行误差分析,建立精确的误差补偿数学模型,可以有效估计出各误差参数,并能有效进行误差补偿,可以起到防抖的作用。

头部的6DoF定位功能对于防止眩晕十分重要,如果在体验VR内容的时候6DoF定位跟不上头部的转动,会出现画面延迟于实际动作的情况,人这时候就会出现眩晕的情况。

距离传感器主要检测用户佩戴设备状态,以达到休眠识别,节约电池电量的作用。

(5)眼镜结构件

整个中框由镁合金压铸而成,比塑料轻20%并坚固500%,增加了稳固的同时让头显整体重量更加轻盈。镁合金另一个优势,就是疏导四颗摄像头产生的热量,四颗摄像头实时工作时,热量持续产生,需要良好散热才能工作,而这也是塑料材质不具备的优势。

(6)摄像头模组

四个摄像头分布在四个角上,四颗摄像头两两一组,分别通过两个FPC接到核心主板,Slam摄像头由欧菲光提供。

(7)电池模组

拆开电池后盖,两块电芯被泡沫棉包裹住(单块电芯是2625mAh),电池的总容量为5300mAh,续航2.5h,生产厂商是路华置富(FPR),支持快充QC4.0和PD3.0,最大能到27W,优于市面上其他品牌。

(8)扬声器模组

YVR 2 的声学组件嵌入在绑带连接结构上,内置360° 环绕一体式立体声喇叭。

(9)散热模组

散热模组采用了单热管风冷散热方式,散热风扇来自于SUNON,型号为MF40070V1-C020-S99,功率1.82W。单热管铝片紧贴于XR2芯片上方,将计算时所产生的热量传导至风扇上部的散热鳍片,然后由风扇吹走鳍片上的热量,通过散热孔排出。

四、YVR 2 VR一体机手柄拆解

YVR 2 手柄拆解

(1)手柄环

拆开圆环后,可以看到FPC柔性电路板上有15颗红外LED灯珠,其作用通过特定频率发射红外光,用于手柄定位。我们可以注意到,YVR 2 用一条FPC环绕整个圆环,让手柄PCB更加紧凑,而普通VR手柄FPC是两条分离的。

(2)手柄线性马达

拆开手柄侧板,可以看到一颗LRA线性振动马达,为VR体验带来震动体感,让玩家可以更身临其境,增强临场感和沉浸感。

(3)手柄电池

拆下电池,可以看到手柄电池容量为600mAh,可超长续航35小时,由比亚迪(BYD)提供。每天使用2.5小时的情况下,可连续使用10-14天,YVR 2 支持头显、手柄同时充电,省时更环保。

(4)手柄尾部电路板

充电管理芯片——德州仪器TI BQ25890

BQ25890是一款适用于单节锂离子电池和锂聚合物电池的高度集成型 5A 开关模式电池充电管理和系统电源路径管理器件。该器件支持高输入电压快速充电,其低阻抗电源路径对开关模式运行效率进行了优化、缩短了电池充电时间并延长了放电阶段的电池使用寿命。

可以搭配官方自带的65W氮化镓充电器,对手柄进行快充。

Type-C接口

负责给手柄进行充电。

(5)手柄主板正面

三色灯驱动芯片

起到控制手柄正上方LED灯的作用。

支持低电压充电指示功能。当电池电压过低,芯片无法通过I2C接口配置时,若充电指示状态CHRG_F为高,则自动开启默认呼吸灯功能,呼吸效果为LED1(红灯)输出,周期为5s,最大输出电流为6mA。

2.4G ISM芯片——北欧半导体Nordicn RF52833-QIAA

这款芯片集成ARM®Cortex®-M4 32位处理器,带FPU,主频64 MHz和2.4 GHz收发器,支持Bluetooth®5.1–2 Mbps、1 Mbps、500 kbps和125 kbps,具有512 kB闪存和128 kB RAM。发射功率最大为+8dBm,支持的外设有UART, SPI, TWI(Two Wire Interface), PDM, HS-SPI, I2S, PWM, 12-bit ADC, USB 2.0。

这款芯片在主板部分已经提到过,与头显同款芯片,用来和头显进行数据交互的。

(6)手柄主板背面

电容触控芯片——德州仪器TI MSP430FR2522IRHL

具有 8 个触摸 IO(16 个传感器)、8KB FRAM、2KB SRAM、15 个 IO 和 10 位 ADC 的电容式触摸 MCU。它可以赋予VR手柄去感应用户的手指有没有放在手柄按钮,扳机和摇杆上的功能。换种说法,更加实际的作用是可以追踪用户的手指,达到做出一些手势出来。

在市面上的其他手柄中一般使用Microchip的ATTINY1616芯片。

惯性测量单元IMU芯片——TDK ICM-42686-P

包含高精度3轴电子陀螺传感器和3轴加速度计。Oculus Quest2手柄中采用的也是这款芯片。

下面我们先来看看几款消费级MEMS IMU参数对比,IMU分别是BMI055,BMI088,TDK ICM-42686,TDK ICM-42688。

可以看到,ICM-42686虽然在零偏温漂系数方面不是最强,但其加速度计最大量程为32g,陀螺仪的最大量程为4000°/s,是其他几款消费级MEMS IMU的两倍。这两个指标对VR体验来说也非常重要,特别是对动作幅度大速度节奏快的这类游戏(例如Beat Saber等),手柄还能保持稳定,这款芯片功不可没。

五、总结

YVR 2 拆机全家福

经过上面的完全体拆解,我们可以看到YVR 2 在硬件方面确实是下足了功夫,工业设计、光学、核心零部件等基本都采用了现阶段市场上最优的方案。

2022 年,VR光学迈入新的阶段,YVR 成为了第一批吃螃蟹的人。作为国内率先发布的集Pancake短焦光学方案的6DoF VR一体机厂商,YVR 交出了一份令人满意的答卷。在 VR 行业迎来新的里程碑的今天,像 YVR 这样的国产 VR 科技品牌,在与行业一同成长的过程中,已积淀了对市场的深度理解和技术基础,我们可以预见,YVR 未来可期。


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