Недавно купил себе Samsung Galaxy Note - удивительный телефон с большим экраном на операционной системе Android. У телефона много приятных возможностей, но больше всего меня удивило перо ввода S Pen, которое имеет чувствительный к нажатию наконечник. Этим пером можно рисовать на экране Galaxy Note как карандашом на бумаге - чем сильнее нажатие, тем толще проводимая линия.

Кроме того, на пере есть кнопка, на которую пользователь может нажимать, и Galaxy Note это тоже чувствует. Кстати, купить это перо практически невозможно - на рынке, где торгуют запчастями и стилусами для смартфонов, этого пера просто нет. Все разводят руками и посылают в гарантийную мастерскую Samsung. А в этой мастерской эти перья стоят 700..800 рублей, и их нет - только на заказ с предоплатой, причем когда появятся - тоже никто не знает. Мне стало очень интересно, как это перо работает, и любопытство заставило одно такое перо расковырять.

Теперь коротко о фактах, которые удалось выяснить после разборки.

1. Судя по постам в Интернете, экран у Samsung Galaxy Note - емкостный. Т. е. он должен реагировать на изменение емкости в определенной точке экрана, когда к нему подносят токопроводящий электрод - человеческий палец. Однако мне не удалось (с помощью тестера) обнаружить наличие какой-либо проводимости поверхности белого наконечника пера S Pen (на фото наконечник справа). Корпус пера тоже совершенно не проводит электричество - по крайней мере мультиметр ничего не показывает. Так что как перо при касании действует на емкостный экран - неясно.

2. В части пера возле наконечника имеется катушка (как выяснилось потом - это датчик, по переменной индуктивности которого определяется сила нажатия). Она состоит из 41 витка многожильного медного провода, намотанного виток к витку на сердечник, сделанный из феррита (он магнитится - если поднести магнит, то притягивается). От катушки идут провода к платке из текстолита.

3. При нажатии на кнопку стилуса срабатывает обыкновенная контактная микрокнопка. Она расположена ближе к катушке.

4. На тоненькой печатной плате, которая имеется в корпусе пера, расположено несколько конденсаторов и резисторов.

После "распила" перо осталось живым - оно пока еще работает. Теперь осталось вытащить платку и посмотреть, как она устроена - что за схема на ней собрана. Схема пера S Pen Galaxy Note оказалась несложная. Очевидно, что себестоимость такого пера на порядок меньше цены, которую за него запрашивают.

Катушка-датчик нажатия L1 индуктивностью 18 мкГн припаяна с обратной стороны платы.

Конструкция датчика нажатия тоже оказалась простой. Она состоит из резинового кольца 1, которое лежит между катушкой L1 с ферритовым сердечником и ферритовой чашкой 2. Пластмассовый наконечник пера 3 прижимает ферритовую чашку 2 к ферритовому сердечнику катушки L1. Чем пользователь сильнее давит на перо, тем ферритовая чашка ближе к катушке. Таким образом, сила нажатия влияет на индуктивность катушки L1.

Теперь становится понятным принцип действия пера. В пере встроен колебательный контур, частота которого зависит от состояния кнопки S1 (частота резонанса меняется скачкообразно) и от силы давления на перо (частота резонанса также меняется, но плавно и незначительно). Простой расчет показывает [5], что при отпущенной кнопке частота резонанса составляет примерно 678.5 кГц (L=18 мкГн, C=3057 пф), а при нажатой кнопке примерно 641.5 кГц (L=18 мкГн, C=3418 пф). В самом телефоне наверняка есть генератор, частота которого близка к частоте резонанса контура в пере, и также есть приемник электромагнитного поля вблизи экрана. По интенсивности электромагнитного поля определяется сила нажатия на перо, и факт замыкания кнопки. Однако остается все же неясно, как определяются координаты X и Y пера на экране (т. е. в каком месте оно рисует).

Перемычки J1..J5, наборы конденсаторов C3..C11 и подстроечные конденсаторы C1 и C2 нужны для подстройки частоты резонанса колебательного контура пера.

[Ссылки]

1. 121105GalaxyNoteII.zip - инструкция по разборке телефона Samsung Galaxy Note II (GT-N7000).
2. 170313samsung.zip - сервис-мануалы телефонов Samsung (разборка, схемы, расположение элементов). Список моделей: A800, C100, C110, C130, C140, C170, C200, C260, C300, D410, D500, D520, D600, D600e, D720, D730, D800, D820, D830, D840, D900, E250, E300, E330, E360, E380, E500, E530, E570, E590, E620, E630, E700, E710, E720, E730, E740, E760, E770, E780, E790, E800, E820, E830, E840, E870, E900, F250, F300, F500, N500, P100, P510, S200, S500, U600, V200, X100, X140, X160, X200, X210, X300, X450, X460, X480, X500, X510, X520, X600, X630, X640, X650, X700, X810, X830.
3. 170313samsung-GT-i9001-Manual.zip - сервис-мануал телефона Samsung GT-i9001 (разборка, схема, список деталей, поиск неисправностей и ремонт).
4. 150830Samsung_GT-N7000_SVC_Manual_Schematics.zip - схема и сервис-мануал для телефона Samsung Galaxy GT-N7000.
5. Расчёт резонансной частоты колебательного контура.