耐克SDM Triax Elite运动四件套硬件设计揭秘

我经常对拆开的每个产品进行分析。我发现有些产品的用户体验很好，而有些产品则易用性欠佳。本期 “ 拆卸 ” 的对象 Nike SDM Triax Elite 运动系统就属于后者，这实在令人遗憾，但我真是很喜欢这个产品，来听听我的理由吧。

Nike SDM Triax Elite 是一款可以在走路或跑步时佩带的四件套产品，包括 手表 、与鞋子相连的部分、绑在胸口的部分以及与 PC 相连的部分。鞋子和胸口部件通过无线连接向手表提供实时响应，因此你可以判断自己走了多远、前进的速度以及心率等等。当你到家时，可以通过无线方式将这些运动 信息下载到你的 PC 从而对运动情况进行记录。

这听起来似乎很棒。唯一的问题是我无法让它正常工作。硬件似乎没有任何缺陷，但是软件中的用户接口让我无法通过简单的操作跟踪运动 情况。我自认为是一个相当聪明的用户，因此我认为，如果连我都没有耐心去了解如何让它工作，那么大多数其他人也会感到该产品的易用性欠佳。

下面重点介绍该产品的硬件设计，从硬件的角度来看，这是一个非常优秀的设计。该产品是 Dynastream 公司为 Nike 公司设计的，在同类产品中具有相当高的声誉。事实上， SDM Triax Elite 是 Nike/Dynastream 生产的系列产品中的首款产品。

全套产品的 4 个部件上都有 TI 公司 MSP430 微控制器。但奇怪的是，每个部件中的 430 器件都不相同。这表明，设计工程师做了充分的工作，并且采用了正好适合该应用的正确器件。

正如你从图 1 中所看到的，手表包含一个 MSP430F135 REV N 。我认为它的特别之处在于修改次数高达 N 次，但是我听说这种情况并不罕见。对于这个 MCU ，大多数修改是在 TI 内部进行的，因此设计工程师可能永远不会知道详细情况。其中只有三次修改是公布的。

据 TI 公司 MSP430 产品营销工程师 Adrian Valenzuela 透露， “ 一个器件在修改 J 次时发布并不罕见。在这些 MCU 上，通常出现问题最多的是串行通信接口，它可能存在一定的时序偏差，或者定时器可能存在缺陷。例如，也许它遗漏了一个计数器，或者只是没有按预期工作。在这些早期的 13X 和 14X 器件中， ADC( 模数转换器 ) 问题最多。这是一个较老的器件，由于有很长的时间可以用来查找所有这些缺陷，因此增加了修改次数。这是整个行业的普遍现象，并不仅仅只是我们这样。 ”

现在， 135 被认为是 430 系列中最老的器件之一，但是在 Nike SDM Triax Elite 被设计出来时 (2004 年 ) 情况并非如此。该 MCU 包含 16B 闪存、 512B RAM 、 2 个 16 位定时器以及一个可以配置成 UART 或 SPI 的通信接口。另外还包含一个片上比较器和一个 12 位 ADC 。

手表电路板上的另一个元器件是 Microchip 公司的串行 EEPROM (24AA128) 。这是一个通过 I2C 总线进行通信的 128KB 器件。无线通信由工作在 916.50MHz 的混合收发器 TX1000 负责。该收发器是由 RF Micro Devices (RFMD) 公司设计的。

板上有一个器件我无法确定，这是因为它被一个起保护作用的塑料绝缘体覆盖了。根据推测，我相信隐藏在这个黑色 “ 迷雾 ” 下面的器件是一个 LCD 控制器，因为该功能未内置到这个特定的 MCU 中。绝缘的原因可能是为了让信号不受收发器发射的无线信号的任何干扰。另外一种可能性是采用了一个未封装的裸片，这在极高出货量应用中相当普遍。绝缘体会保护裸片及其相关的走线。

与鞋子相连的部分明显需要细心的设计。除了 MCU 和收发器这两个重要的元器件之外，它还有一对用来测量跑步者步伐的加速计。这些器件 (ADXL321) 来自 Analog Devices 公司。两个加速计可以形成一个三轴测量系统。该系统与 Dynastream 的专利算法整合在一起对加速计信号进行解释，并用来推导跑步者的速度和经过的距离。 ADI 声称可达到高达 97% 的精确度。

如图 2 所示，鞋子连接部件中的 MCU 为 MSP430F149 Rev. O 。与前面讨论的 135 相比， 149 是更高端的器件：它包含 60KB 闪存、 2KB RAM 以及更多定时器。此外，它还有两个串行通信接口和一个乘法器。这个乘法器可能用来在数据传输到手表之前对其进行某种过滤。这个数据传输工作由 RFMD TR6000 916.50MHz 收发器完成。

这个产品的下一代 ( 尽管我不确定两者之间是否有反复 ) 没有采用加速计，它采用更低成本的混合方法来计算步数。

胸口监视器中的 MCU 是 430 系列中最简单的 430F 1101 ，如图 3 所示。它采用 20 引脚封装，具有 1KB 闪存，没有专用的 ADC 。它有一个比较器、一个 16 位定时器和一个斜率 ADC 。 Valenzuela 表示， “ 它不会提供可靠的 ADC 性能，因此他们将这个器件用于心跳监视非常有趣。 ”

这个元器件只是将脉搏发送给手表进行处理，因此原理非常简单。心跳监视器上的 RFMD 发射器是 T6000 。它工作在相同的 916.50MHz 频率下。

这个产品的最后一部分如图 4 所示，它是与 PC 相连的部分。其核心为 149 的同系列产品 MSP430F147 。它们之间的唯一差别在于闪存大小， 147 与 149 的闪存大小分别为 32KB 和 60KB 。其它方面则完全相同。这个部分还包含一个 RFMD TX1000 收发器 ( 与手表相同 ) 。串口到 USB 转换器是由 FTDI 公司生产的。这个 IC 具有一个特殊功能，可从手表获取串行数据并将其转换成 PC 能够通过 USB 端口读取的格式。这个特殊的 FTDI 器件在此类设计中非常普遍。它可以采用极少的外部元器件来处理所有必需的功能。