| 解构Amazon Kindle电子书 如何以整合技术创造产品优势 | |
| ???????? 人类在信息时代取得数据愈来愈便利，透过网络下载后，尽管有计算机、MID、PDA…等个人装置可供行动阅读，但这些装置始终无法取代传统的纸张阅读习惯，而当全球纸张的消耗数量不断累增，这对森林而言却是莫大伤害，因此，各先进国家相继投入电子纸技术研发，而电子书阅读器也随之推陈出新…挟环保议题优势，近年来电子书阅读器(e-book reader)出现，除企图颠覆人类传统阅读习惯，的确也带来一波市场的新竞争。网络普及化后产出大量数字内容，透过网络下载数据已十分稀松平常。电子书阅读器除必须具备方便携带性、阅读舒适度外，其功能配备也必须齐全周到，才能真正受消费者青睐。电子书阅读器竞争 电子纸技术为首要??????? 电子书阅读器的产品效益，来自节省纸张、重复使用、无线下载数据的便利性，另一机多用、相对丰富的电子化数字内容，则是吸引消费者使用的诱因，其技术发展以电子纸的相关开发技术进程，最受使用者与相关业者关注。??????? 目前电子纸技术应用广泛，诸如E-Ink、Fujitsu、Philips、Xerox…等厂商，皆积极投入电子纸技术研发，市面上也渐渐出现实际应用案例。由于LCD、OLED…等显示器技术也日益精进，电子纸技术发展以整合纸张与显示器2种产品特性为发展方向，为使其具有轻巧、可挠曲及拟似纸张的阅读效果，采塑料基板、超薄玻璃基板或金属箔板都成为「软性显示器」的主流研发素材。??????? 由于软性显示器须具备可挠性(flexibility)，因此必须具自发光或全反射视认性能。而TFT LCD要成为软性显示器的条件相对严苛，因为TFT LCD若想达可挠曲特性，则必须搭配具可挠性的背光模块才可能实现，但这部份目前仍面临诸多技术瓶颈。??????? 目前可挠性的显示技术，以电子纸及OLED为发展为主流，其中又以相对低成本的电子纸最被看好！加上不需任何背光源，具有180度阅读视角，因此，电子纸也预估是最快推出可挠显示器的产品，而电泳显示技术，则是目前电子纸最常采用的显示技术。相较目前主流的平面显示器，电子纸仍有全彩显示、换页数据显示速度较慢…等问题尚待克服，可改进空间相当大。不只是书 电子书阅读器功能多样??????? 由于电子纸技术顺应绿色环保潮流，E-Ink的电子纸技术，已被各大厂商实际应用于显示器产品，如Plastic Logic、Epson、LG. Philips、Polymer Vision…等。Amazon在2007年底推出的Kindle电子书阅读器，也是使用此一系统的显示技术。以Kindle为例，电子书阅读器因具备无线连网功能，使用者透过网络联机，就可下载、储存喜爱作品随身阅读，省下书本存放空间，也达到保护环境目的，很多消费者习惯阅读时聆听音乐。因此，电子书阅读器除发展显示技术外，产品的无线网络模块、处理器、储存、音效…等，也都是必须同步关切的重点。
创造产品差异 无线网络、处理器、储存为关键 ??????? 究竟电子书阅读器的魅力何在？如果只能看书、听音乐，那么1台小型笔记型计算机就可轻松胜过电子书阅读器。但毕竟电子书阅读器却相对轻巧许多，若能不需透过PC下载数据，产品本身有无线连网下载功能，对使用者而言则相对便利许多，也因此，电子书阅读器想做到全面普及，必须搭载强大的无线网络接收模块，甚至搭配有效、实用、低成本的网络使用方案，才能创造产品本身的差异性。 ??????? 目前市面上支持无线网络下载的电子书阅读器，仅有Amazon所推出的Kindle，其它像Fujitsu、Sony…等，均仍需透过USB或SD记忆卡执行PC传送数据、电子书同步…等工作。 ??????? 既然名为电子书阅读器，像「书」一样的换页功能可不可少，上/下页的按键、滚轴设计也必须具备，才能增加使用便利性。因此，这些按键除基本触感要求外，更重要的是产品内部的核心处理器。处理器攸关换页顺畅度，换页不顺畅，则容易导致使用者不耐。本次产品解构的Kindle电子书阅读器，使用的CPU为Marvell(Intel) PXA255 400MHz，而这款入门级的处理器，应付阅读文字、听音乐是否真能游刃有余？是本次解构Kindle的验证重点。 ??????? 储存容量也是电子书阅读器能创造产品差异的关键。储存容量不够，则消费者可以用来存放的数字内容就相对有限，但若储存容量过大，则必须要有更高阶的CPU及内存来支持，那么势必又会增加产品成本，售价也将水涨船高。产品制造商必须在成本及功能配备之间取得平衡。而Kindle储存容量达180MB，其解决方案是可搭配SD记忆卡进行容量扩充，相关设计是否得宜，也是本次解构的观察重点。 ??????? 由上述设计与配备分析可知，Kindle与市面上的电子阅读器虽然使用近似甚至相同的面板技术，但藉由后端数字内容支持、网通技术整合、更亲和的人机界面设计，让看似同构型相当高的产品却有着相当大的差异，不仅电子纸技术值得探讨，透过拆解可了解其内部组件与机构设计，并可观察厂商如何在产品功能与成本间，取得{zj0}平衡的设计观点。
? 图说：Kindle电子书看似与一般电子书设计大同小异，也使用多数电子书常用的E-Ink面板，但其人机界面与相关配套服务，并非一般电子书产品所能提供。
电子书阅读器立意良好 杀手级应用待开发 ??????? 在PCB背面我们也看到几颗芯片，包括NXP温度感应芯片、Analog Devices CMOS数字转换芯片、Samsung 2Gb OneNAND flash memory…等。 ??????? Kindle在长时间开启状态下，最怕因产品温度过热导致使用者手持不舒服。Kindle利用NXP LM75A温度感应芯片监控产品温度，以避免这项问题发生，LM75A可在正常模式下周期性的对周围环境进行温度监控，或设置成关闭模式，使产品功耗降到{zd1}，因此，LM75A不仅可依产品需求配制成不同的工作模态，更有芯片良好的温度侦测精度(0.125℃)、宽工作电压范围(2.8V~5.5V)及低功耗设计…等优点，对环境温度侦测结果也可直接显示数字。 ??????? Kindle采用Analog Devices的ADG3247 CMOS数字转换芯片控制开关，有2个位准转换(level translator)，允许8bit双向讯号(16 bit)，搭配低电压的CMOS制程开发，以低功耗、低阻抗提供高转换速率。 ??????? 与其它电子书阅读器相较，Kindle不能说xx没缺点，除网络联机、电子纸技术外，内部组件运用颇具看头，但若要提及真正的杀手级应用，Kindle似乎要再加把劲。外界盛传Amazon即将推出第2代Kindle，据闻滚轮将改成游戏杆设计，姑且不论真假，Kindle应该优先考虑的，似乎应是使用者最关切的价格及操作便利性问题，要与实体书相抗衡，Kindle还须改进输入Note问题屏幕响应速度过慢(需逐字输入等候画面重绘)。另外，换页速度稍嫌慢，全彩技术也是待改进的重点。
电子书阅读器Kindle拆解步骤 Kindle电子书拆解步骤如下：
图说：由于我们要拆卸主电路板，须先将键盘、滚动条控制键、电源键…等排线取下。 图说：将Kindle电子书的SD记忆卡模块卸下，此处以4个螺丝固定。
图说：Kindle电子书的的3G CDMA EV-DO通讯模块天线取下，此处有2条。 图说：卸除Kindle电子书主电路板上的螺丝，即可将主机板与机体xx分离。
图说：PCB天线透过双面胶与机壳贴合，直接撕下来就可取下天线。
图说：Kindle滚轮键使用频率较高，为避免损耗故障，此处用2根螺丝强化固定。
图说：键盘模块是「夹」在面板镁铝合金固定架与前机壳间，卸除螺丝才能取下。 铝镁合金框架重质感 PCB板设计应可更精简 ??????? 打开Kindle外盖后，发现Kindle外壳虽采塑料材质，但内部机构材质设计可一点都不马虎，主架构采铝镁合金框架，顾及产品轻量、坚固考虑。而在移除隔绝EMI的铁片后，Kindle内部PCB板上所有芯片清楚可见，包含Qualcomm CDMA无线网络模块、Marvell XA255微处理器、2颗Samsung K4M561633G-BN75 SDRAM、PVI显示IC、2颗ESMT 的PSRAM、Spansion S29AL004D 4 MB CMOS 3.0 Volt-only Boot Sector Flash Memory芯片…等。 ??????? 从PCB板可看出，其实PCB板上仍有多处闲置空间，若能将芯片排布空间更紧致，那产品厚度也能随之缩小。但西方人和东方人手的大小不一样，Kindle目前的大小配置或许较适合西方人手掌尺寸，显见Kindle的主力市场应不在亚洲，也许这是Kindle至今仍不支持中文字体的原因。 ??????? CDMA无线模块直接焊在PCB板上，具有防摔、坚固、稳定收讯优点。无线行动宽带服务是Kindle电子书阅读器的1大突破，使用者可利用无线服务上网下载电子书内容，若一直开启无线服务，电力也可持续2天。另PCB板上方连接了1组双天线，此双天线设计也堪称特别，位置置于PCB板上方，1端连接无线网络模块，另1端则连接键盘，此项设计显示Kindle对无线收讯质量特别重视，天线设计颇具巧思。 ??????? 现今科技如此发达，网络标准不断演进，倒也不禁让人怀疑，现在的网络标准及电子书规格，在10年后还能沿用？一般书本的缺点就是重量、浪费纸张，但即便在50年后，印刷字体都还是可以辨认，多数使用者也仍比较喜欢实体书的触感。对老年人来说，要学习如何使用这类电子书阅读器，难免招致抗拒。科技带来便利，也带来更多必须不断改进的原动力。
图说：Kindle内部PCB上，电路及芯片排布可更紧密，无线网络模块占PCB约4分之1空间，除上网功能，天线设计也是Kindle特色。 芯片选择－采PXA255低阶处理器 搭配OneNAND 2Gb Flash ??????? Kindle属于手持式装置，由于手持式装置的内部空间有限，当然没有多余空间设置风扇或甚至散热片…等主/被动散热设计，因此，手持式装置的处理器，就以可整合多功能、自体散热效果良好为基本要求。Kindle除用来阅读电子书，也能无线连网下载并储存电子书，或是权充MP3音乐播放机使用，所以，Kindle需要的微处理器必须符合高整合的需求。 ??????? 为此，Kindle采封装尺寸为17×17mm、接脚数为256 pin、频率400MHz的Marvell PXA255微处理器，其内部整合32Kb数据高速缓存及程序高速缓存，系统主存储器新增对低耗电SDRAM支持性，可在16-bit与32-bit接口间对应选择。PXA255在音效部分，也内建AC’97软件数字音源接口及I2S音源接口，让音乐效果不打折。
图说：Kindle尚未支持动画影像功能，采入门级的Marvell PXA255微处理器已绰绰有余。
图说：Marvell PXA255微处理器方块图。
图说：PXA255的功能方块图。(Intel) 采ESMT PSRAM稳定电流 ??????? Kindle采用先进的电子纸技术，由元太科技(Prime View International；PVI)生产，显示IC则使用型号PVI 6001A面板驱动芯片。在显示IC旁，有2颗由晶豪科技(Elite Semiconductor Memory Technology；ESMT)制造的4-Mbit PSRAM (Pseudo Static RAM)，型号为M24L416256SA。 ??????? 由于使用者阅读电子书时，需要长时间开启阅读器，因此，阅读器为保有{jj1}续航力，除朝电池、电子纸技术着手外，也可采用降低功耗芯片间接增强电池续航力。Kindle采2颗ESMT的PSRAM，来支持异步内存接口，提供稳定电流并降低功耗，更加强了Kindle的省电特征。
图说：PVI的显示IC及ESMT的PSRAM，协助维持阅读器画面舒适、降低功耗特点。 Wolfson音效codec 提供多种影音格式
图说：低功耗、高效能的Wolfson音效codec WM8750BG可支持多种影音格式。 Samsung OneNAND Flash降低电源损耗 ??????? 由于Samsung这款OneNAND型Flash可当作缓冲存储器，因此可降低电源的损耗，延长产品寿命。Kindle采用此款OneNAND型Flash，不仅加快页面读取速度，也加强电源使用率。
图说：Samsung OneNAND Flash 读取速度快，又可充当缓冲存储器，延长电源寿命。 输入设计－QWERTY键盘外加滚轮设计 ??????? 电子书毕竟不像传统书籍，可以说翻就翻页，加上电子书所采用的E-Ink面板，在刷新画面时也无法避免等待刷新的时间，在硬件限制下如何将控制、操作设计做到{zh0}，就是考验人机界面设计的关键。 ??????? 而电子书阅读器的按键，必须考虑触感、好按、方便使用与容易学习…等要求，设计上要符合人类使用习惯。而使用者双手持握电子书阅读器时，以姆指的使用率{zg}，因此，Kindle在人机界面设计的外形和按键的排布，顾及人们长时间阅读总不断的变换姿势，在显示面板2侧都设有长条翻页按键，方便不同姿势下阅读的操控翻页需求，同时也顾虑左右手使用习惯。 ??????? 除硬件上的设计强化外，在软件层面的辅助设计，也是Kindle的一大特点。尝试Kindle会发现操作相当直觉，滚轮键的操控负责了Kindle几乎9成进阶操作项目，像是Menu进阶设定与Bookmark…等操作，例如，只要将滚轮转到对应右上角的折页图样，就可在电子书进行如同我们在传统书籍常做的折页角的标记动作，人性化设计比数字化的Bookmark标记、注记要实用得多。 ??????? 另外，值得一提的是，Kindle内部用来隔绝电磁干扰(Electro Magnetic Interference；EMI)的铁片，同时也具有按键回馈功能，不仅达到隔绝电磁干扰的效果，同时也使按键反弹的反馈触感表现良好，QWERTY键盘按键排布，将每个按键的扬起角度都略微不同，是配合拇指移动的幅度打造，让使用者应用查字典、做书签…等功能时，拇指动作可更加省力。 ???????? Kindle在键盘上方设有滚轮，是用来选择画面选项的主要工具，面板右侧的进度显示Bar可显示滚轮滑动对应电子书的选项位置，由于进度显示Bar的重绘速度比E-Ink快百倍，因此，可避免如输入文字等候面板重绘显示的时延问题。
图说：Kindle每个按键角度都不一样，是为了配合拇指在使用时的手指弧度。
图说：Kindle滚轮为选择画面选项的主要工具。 网通功能－AnyData DTEV-Dual无线网络模块 支持双频段下载 ??????? Kindle与其它电子书阅读器{zd0}的不同，就在于它能提供无线网络下载功能，可不透过PC，便能取得Amazon网站上数以万计的数位内容。Kindle内建Qualcomm AnyData DTEV-Dual 3G CDMA EVDO无线网络模块，后端网络服务是与Sprint整合合作，创造电子书产品最简易的下载模式，由于3G整合需要与通讯服务商合作，没有够大的用户基础，是无法吸引服务商加入的，而Amazon拥有丰富的数字内容与广大的用户数，正是吸引服务商愿意加入、整合后端服务的关键。 ???????? 透过3G CDMA EVDO无线网络模块模块，读者能在任何地点(美国)使用电子书，省去计算机开机等待的时间，可惜因网络频段关系，在台湾尚无法使用网络下载的功能。DTEV-Dual EVDO是第1个在1.25MHz频宽完成2.4Mbps峰值速率的技术标准，超过IMT-2000基本要求，同时支持CDMA 800MHZ and 1,900MHz，模块尺寸为42mm x 67mm x 3mm。
Dipole 26.5mm antenna双频偶极天线 确保收讯质量 ??????? 由于可连网下载数据，Kindle必须具备良好的讯号质量，因此，除采双频段的无线网络接收模块，Kindle在天线设计采用26.5mm双频偶极天线，天线置于PCB板最上方，与连接在键盘PCB板上2处设计，手持产品时，天线是对着天空的。天线设计关键在于匹配网络的设计，如天线转角设计可降低电流传输损耗，使天线运作更长久；转阻设计则可以减少相位间的落差。由于偶极天线的电流相位相反，但电流方向是相同的，与一般走4分之1波长的单极天线相较，增益提高许多。Kindle采用偶极天线的用意，是为确保读者不管在何处阅读，都能正常、顺畅接收网络讯号。
面板架构－E-Ink电子墨水屏幕 换页时延约1秒 ??????? Kindle是利用元太科技的6吋电子纸面板，型号为ED060SC3，分辨率600×800，纯面板重量为36g，此面板可呈现4灰阶显示功能，由于采电子墨水技术，观看的感觉与LCD显示器有很大的差异。 ??????? 元太的电子纸技术来自美国的E-ink，利用名为微胶囊(Microcapsule)电泳式电子墨水技术，电子墨水内藏数百万个微胶囊，每个微胶囊的直径均在100微米左右，其中有带负电的白色胶囊与带正电的黑色胶囊，透过正/负电场转换，就可显示不同图像内容。 ??????? 电子纸的发展是为了模仿真实纸张的印刷效果，目的在于接近纸张的呈现效果，尽所能达到高对比、高分辨率、低耗电量、低制造成本…等目的，不同于一般的平板显示器，需要使用到背光灯照亮像素。电子纸如同普通纸一样可以反射环境光。 ??????? 在拆解前，实际开机测试Kindle屏幕的呈现效果，由于有高对比度与极广的视角表现，对阅读而言表现极为舒适，而换页的速度并没有想象中来得久，换页产生的时延是在可以接受的范围内，约1秒上下，透过电场变换，换页瞬间会有画面变黑的感觉，与元太确认的结果，这是TFT控制微胶囊变换画面时的必然现象。 ??????? 若以Kindle设计为例，由于仅在使用无线传输下载书籍与翻页时面板才会消耗电力，整机平时几乎是不耗电的。屏幕的右边边条，是用来作为换页指示，是1种类似水银质感的显示装置，重绘速度比E-Ink面板快数百倍，是用于显示进阶操控选项的设定标记，让整体操作不会被有时延现象的面板技术增加操作时的不耐感，算是十分有效的折衷设计。 ??????? 拆开机壳观察屏幕模块，屏幕边缘有1层软性胶状物，这是用来收边的封胶，目前6吋ED060SC3这款电子纸屏幕，仍采用玻璃材质基板进行制作，但未来将广泛应用如塑料基板或其它材质的软性基板。 ??????? 观察整体面板模块架构，由元太科技依据厂商需求进行开发，透过元太目前位在大陆扬州的模块厂川奇光电，处理后段整体组装。目前电子纸在阅读的舒适度表现已有一定水平，然而，就产品设计角度，电子纸显示器的尺寸、重量、可挠性仍是未来电子纸面板的开发重点。 ??????? 目前元太发表了可挠式软性显示器，此项技术能开发成功，是透过传统电子纸制程外加聚亚酰胺、雷射剥离…等技术达成，除是塑料状态的电子纸显示器外，还拥有不易摔碎与可曲挠特点。 |
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