拆解：無法連網的路由器
2020-08-20
作者
Brian Dipert，EDN專欄作者
某天醒來，家裡的無線網路訊號完消失，我認為是路由器出了問題，而路由器頂部的「紅色死亡圈( red ring of death)」指示燈也證實了猜測。既然如此，就來準備拆開那個發生故障的路由器(TP-Link的TGR1900)進行檢查…
我曾在EDN上發表過一篇文章，講了如何設置由3個Google/TP-Link OnHub單元組成的網狀Wi-Fi。雖然有無線「骨幹(backhaul)」這個選項，但網狀接入點是透過有線乙太網路連接到路由器的，使網路用戶端可以最大限度地利用Wi-Fi通道。這個網路實際上是從那年的8月底開始使用的，在接下來的兩年多時間裡，一切都很好。但在去年9月的一個早晨，我醒來後發現家裡的無線網路完全沒有了。
我懷疑是路由器出了問題，路由器頂部的「紅色死亡圈( red ring of death)」指示燈也證實了我的猜測。我將它恢復成出廠設置，還是不行。幸好我有一個備用路由器可以用，雖然要費些時間重新設置這個路由器才能恢復網路。
隨後我準備拆開那個發生故障的路由器(TP-Link的TGR1900)進行檢查。這個路由器是我從eBay上買的，看了其頂部的標籤，發現它是工廠翻新的，所以壞了也情有可原。
圖1就是這個TGR1900路由器，尺寸為190.5mm×104mm×117mm，它的背面有2個GbE埠(WAN和LAN)、重新開機按鈕、未使用到的公共USB埠(只有駭客用……它執行Chrome作業系統！)，以及電源輸入口(拆下外殼就能看到)。
圖1 TGR1900路由器外觀。
拆解之前，先瞭解一些背景知識：
Google與TP-Link和華碩合作開發的OnHub路由器最初於2015年8月推出，後來又增加了網狀Wi-Fi功能。TP-Link和華碩的機型功能相似，但也有區別：
- TP-Link款頂部比底部寬，頂部有狀態LED，前面還有一個2.4GHz定向天線；
- 華碩款底部更寬，並且在底部有一個狀態LED，沒有定向天線，支持手勢控制。
圖2顯示了TP-Link款路由器的內部結構。
圖2 TP-Link機型的內部結構。
TP-Link款路由器中2.4GHz和5GHz天線的數量和類型：
- 13個高性能Wi-Fi天線
- 1個藍牙天線
- 1個Zigbee天線
輕輕旋轉路由器的堅固塑膠外殼(內有鰭片，有助於熱量上升並從頂部散去)，解開閂鎖，然後提起，如圖3所示。
圖3 拆下TGR1900路由器的堅固塑膠外殼。
圖4顯示拆下TGR1900路由器外殼後，內部有大量的通風槽，還有前面提到的埠。
圖4 拆下TGR1900路由器外殼後，內部有大量通風槽及幾個埠。
圖5顯示路由器背面有一些額外的通風口。
圖5 路由器背面有一些額外的通風口。
接下來要探索路由器的內部了，先從底部開始。
拆解時每當我看到一個橡膠墊，就會在它的下面尋找螺絲釘，這次我又對了。雖然取下螺絲釘並沒有實質性的發現(圖6)，請注意，第二個隱藏的重新開機按鈕是我先前提到的駭客朋友所發現。
圖6 拆解時每當我看到橡膠墊，就會在其下尋找螺絲釘。
所以，我把注意力轉移到路由器的頂部(圖7)。
圖7 TGR1900路由器頂部。
結果令人鼓舞！注意上面有一個安裝孔是半透明的(圖8)，至於為什麼是半透明的，等會兒再解釋。
圖8 有一個安裝孔是半透明的。
接下來是頂蓋下面的半透明塑膠環(圖9)，在下方露出的PCB邊緣上，標著數字「2.4」。
圖9 在頂蓋下面露出的PCB邊緣上，標著數字「2.4」。
拆下頂蓋，LED陣列(中間有一個感測器)清晰可見(圖10)。
圖10 拆下頂蓋，LED陣列清晰可見。
還記得前面提到的「2.4」標記嗎？圖11是LED-揚聲器零件的另一個視圖，其中一塊PCB板上標有「5」。邊緣周圍一共有6塊PCB板，其中一半標記為「2.4」，一半標記為「5」，稍後可以看得更清楚。
圖11 LED-揚聲器零件的另一個視圖，其中一塊PCB板上標有「5」。
這款路由器最特別之處在於其揚聲器設計。就我所知的其他路由器，與行動設備進行初始配對是透過藍牙或點對點Wi-Fi連接完成。而對於這款OnHub，路由器會發出聽得見的聲音，智慧型手機的麥克風(與Google Wi-Fi應用配合使用)進行監聽，由此完成初始配對。
從感測器的樣子來看，它的功能可能很多。如果Google及其TP-Link和華碩合作夥伴在路由器中再增加一個麥克風，就成了一個功能強大的智慧音箱(TP-Link設計的外觀相當漂亮)，但我猜測他們並沒有這種想法。
離題太遠了，言歸正傳。
轉下另外4顆螺絲釘(與路由器底部的螺絲釘是一樣的)之後，可以不完全抬起LED-揚聲器元件，此時它仍與路由器內部元件連在一起(圖12)。
圖12 轉下另外4顆螺絲後，可以不完全地抬起LED-揚聲器元件。
然後我去看側面接縫，仍然使用剛才成功卸下路由器頂蓋的那把平頭螺絲起子(圖13)。
圖13 使用平頭螺絲起子撬開路由器的一個側縫。
「蛋」破開了(圖14)！
圖14 路由器被拆開了。
圖15是路由器背面內部的全域視圖。
圖15 路由器背面內部全域視圖。
進一步拆解之前，先斷開其餘的電纜連線，以便查看路由器的所有零件(圖16)。從PCB到LED的扁平軟性電纜已被拆下，其連接器在PCB的左上角。
圖16 斷開路由器的電纜連線，以便查看路由器的所有零件。
剩下的是一條黑白音訊線對(與PCB的大型法拉第籠下面的連接器連接)，和一條單獨的黑線(通常與法拉第籠左側的連接器相連，位於上述軟性纜線連接器的下方)，如圖17所示。把這兩條電線拆下來，就可以完全分離出頂部的各個「三明治」元件，我會從上到下逐個顯示它們。
圖17 剩下一條黑白音訊線對和一條單獨的黑線。
首先是「擁擠(congestion)」天線(中間有一個孔，使揚聲器的聲音能夠通過)，Google對其功能描述如下：
OnHub在不中斷連接的情況下自動切換通道，以保持最佳的Wi-Fi訊號強度並避免擁塞，為使用者設備提供最快的速度。
TP-Link對其功能描述是這樣的：
每5分鐘搜索最不擁擠的Wi-Fi通道，並在能夠改善性能時及時進行切換。
圖18 路由器的「擁擠」的天線。
接著是一塊普通塑膠，我猜它的作用是將其上方的RF天線與其下方的電子元件隔離(圖19)。
圖19 這塊塑膠可能是用來隔離其上方的RF天線與其下方的電子元件。
其下是半透明塑膠片，可將來自下方的所有光線均勻地導向側面(圖20)。
圖20 半透明塑膠片可將來自下方的所有光線均勻地導向側面。
半透明塑膠片下面是揚聲器，由多種不同顏色的LED電路所包圍(圖21)。
圖21 揚聲器由多種不同顏色的LED電路的包圍。
這裡有幾個值得注意的半導體元件，包括美國國家半導體(現屬德州儀器)的2個LP5523可程式設計9輸出LED驅動器，以及旁邊的1個環境光感測器。還記得前面提到頂部有一個安裝孔是半透明的嗎？環境光通過半透明安裝孔照到環境光感測器上，從而動態控制LED強度(也可透過Google Wi-Fi應用手動執行此操作)。
圖22顯示了完全露出來的天線環。
圖22 完全露出來的天線環。
數一數導線，就會發現每一個天線元件(總共6個)實際上都是一個雙天線陣列，其中包含3個5GHz元件(圖23)。
圖23 6個天線元件中包含3個5GHz元件。
6個天線元件中包含3個2.4GHz元件(圖24)。
圖24 6個天線元件中包含3個2.4GHz元件。
圖24中顯示的2.4GHz元件位於路由器的最後面，是一個特別的元件，稍後將進行說明。
接下來要拆掉外殼的另一半(請記住它與路由器正面相連)。在法拉第籠的上方有一個黑色金屬支架，拆下支架，剩餘的外殼就脫離了一部分，但仍然有電線連著(圖25)。
圖25 拆下黑色金屬支架，剩餘的外殼就脫離了一部分。
圖26是還未斷開連接的天線特寫圖。
圖26 還未斷開連接的天線特寫圖。
斷開其中一個連接，就成功地完成了這部分任務(圖27)。
圖27 斷開其中一個天線連接，成功完成這部分任務。
這就是產品說明書中提到的「定向」天線，它延伸到路由器的正面，現在來看一下已經露出來的PCB正面。
這是一個巨大的散熱器(圖28)！
圖28 巨大的散熱器。
說到天線，再去看看PCB頂部的環，把它拆下來。斷開其餘的天線連接線，其中一根線伸到了法拉第籠右側中間(圖29)。
圖29 有一根天線連接線伸到了法拉第籠右側中間。
那根長電線連接到路由器背面的2.4GHz天線元件。由於其連接器靠近控制器IC，這個天線元件的一半(即一根天線)似乎是處理Zigbee的，本文後面還會詳細介紹。現在快速數一下天線的個數，TP-Link的說明書中提到有13個高性能Wi-Fi天線、1個藍牙天線和1個Zigbee天線。
其中6個Wi-Fi天線(或者說3個雙天線元件)為5GHz。還有5個Wi-Fi天線包含2個2.4GHz雙天線元件(一共3個)，以及1個協力廠商元件(一共2個)。剩下的2個Wi-Fi天線是前面討論過的「集中器」和定向天線。現在知道了Zigbee天線的位置，藍牙天線則嵌入到PCB中(稍後再講)。據我所知，藍牙或Zigbee尚不能透過路由器韌體和應用程式更新來啟用軟體，因此這樣的硬體設計值得商榷。
如果從PCB上取下那麼大的散熱器，肯定可以看到下面的東西，對吧？好，首先轉下6顆螺絲釘(圖30)，其中4顆在PCB散熱器的側面(底部)，另外2顆在PCB另一側(背面)的頂部。再次提醒，PCB與路由器的正面相連。
圖30 從PCB上取下散熱器，首先要轉下6顆螺絲。
再次使用平頭小螺絲起子撬動散熱器，散熱器彈了出來(弄得我滿桌子都是導熱膏，瞧我又離題了)。
圖31 使用平頭小螺絲起子撬下散熱器。
我有沒有說過散熱器又笨又重？圖32顯示了與直徑0.75英吋(19.1毫米)的1美分硬幣相比，散熱器的大小如何。
圖32 散熱器與1美分硬幣進行大小比較。
圖33顯示了散熱器下方的PCB。
圖33 散熱器下方的PCB。
是不是有點失望？散熱器顯然是透過PCB另一側的電路散熱，圖34是PCB的特寫。
圖34 散熱器下方的PCB特寫。
這裡沒有太多亮點。在PCB的左下方，依照從左到右的順序，有2個美光非揮發性記憶體(1個25Q064A 64Mb SPI串列NOR快閃記憶體和1個基於MTFC4GACAAAM NAND快閃記憶體的4GB EMMC)，以及1個英飛凌SLB9615可信任平台模組。
現在把PCB翻過來看看它的另一面。將伸到另一邊的塑膠安裝螺栓取下來後，底部小得多的散熱器就很容易彈出了。
圖35 取下塑膠安裝螺栓後，底部的散熱器很容易彈出。
我在下面發現了另一塊粉紅色的散熱膠，如圖36所示(回想一下，大散熱器拆下後，上面仍黏著幾塊散熱膠)。
圖36 PCB上的另一塊粉紅色散熱膠。
用手指甲很容易就可以把散熱膠刮掉，露出控制路由器工作的大腦：高通IPQ8064 Internet處理器，其中包括兩個基於Arm的1.4GHz Krait 300 CPU核心，以及一個雙核心730MHz網路加速器，用於增強資料封包處理。
圖37 高通IPQ8064 Internet處理器。
高通處理器旁邊(在圖36中可見)是2個美光MT41K256M16HA 4Gb DDR3L SDRAM(分別位於其左上和左下角)和1個高通QCA8337 7埠千兆乙太網路交換機晶片(位於其右側)。如果路由器僅包含2個埠，為什麼要使用支援7個埠的交換機晶片？我不太理解。唯一的猜測是，也許TP-Link當初希望在具有更傳統內建多埠LAN交換機功能的升級版路由器中採用同樣的基本硬體設計，具有自動頻寬聚合和故障切換功能的雙埠WAN設備也很酷…
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