【VR陀螺拆机系列】深度拆解YVR 2 VR一体机

    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。