工程师谈品质(27)：TCL工程师谈笔记本电脑设计
硬件周刊
笔记本电脑(以下简称笔记本)的研发是非常艰辛的，因为最终成型的产品不仅要保证提供给用户的是一个稳定的平台，也要让长时间使用它的用户感觉到舒适，不易疲劳。作为一个系统来说，笔记本的目的是提供一种便携性，让用户随时随地都可以使用到电脑，这个系统设计相当复杂，需要考虑到相关部件的方方面面，比如体积、耗电、布局、散热、电磁辐射等多方面问题，而且要将这些部件组成为一个整体，可以说设计是一个笔记本厂商实力的体现。
虽然笔记本电脑是一个复杂的系统，但消费者在使用电脑的时候，有两个方面对他们最为重要，一个是键盘，一个是屏幕。键盘是用来敲击的，屏幕是用来看的。这两个方面是使用最直接也是最频繁的地方。
键盘的设计
在笔记本电脑的组件中，键盘并不是最重要的部分，但由于它的特殊性(用户每天要敲击)，使它在笔记本设计体系中处于一个很重要的地位。键盘的设计原理很简单，将键盘键帽、回弹橡胶、连杆和底部支撑钢片组合在一起就得到一个完整的键盘系统(图1)。
键盘的结构
键盘敲击起来的舒适度对用户非常重要，这就是通常说的手感。这种感觉的好与坏取决于键帽的厚度、支架的行程、回弹橡胶的韧性以及底部钢板的坚固程度。
首先谈谈键帽厚度对手感的影响，以日常玩的排球作为例子说明这个问题，排球由内胆和外胆组成，外胆就如同键盘键帽，如果外胆太薄的话，用手打球时会直接感觉到内胆给外胆的作用力，触感很硬，键盘键帽也是一样，如果键帽太薄，手指敲击键盘的时候就会直接感觉到支架和回弹橡胶的直接作用力，触感就不会太好。
其次，支架的行程即我们常说的键程，它是键盘手感非常关键的一个环节，如图2所示，键盘按下去的最低点和最高点之间的距离就是键程，通常键程长的比键程短的手感要舒适。同时手感和回弹橡胶之间有很紧密的关系，回弹橡胶的韧性越好，回弹就越干脆有力，回弹的效果也就越好，手感就会相对较好。这就好像刚才说的排球，我们都有这样的感觉，在击打排球时，排球的气越足，反弹就会越干脆；气越少，反弹会越粘滞。
键程示意图
最后是底部钢板，这部分很容易理解，用手指敲击软绵绵的棉花和坚硬的钢板，感觉完全不同，棉花相当柔软，一点没有接触的感觉，而敲击钢板的感觉却实实在在，在键盘的设计中，钢板越硬，敲击的效果越好。
笔记本键盘与台式机键盘不同的是，笔记本要考虑到按键的大小、键盘的厚度、击键的手感和击键时的噪音等方面，这也直接导致它在设计思路上和台式机不同。
首先是如何平衡键盘的厚度和击键的手感这两个方面，理论上，键盘的厚度越厚那么它的击键手感越好，因为键盘越厚，它的材料可以选择较厚一点的键帽、行程较长的支架和回弹橡胶。不过碍于笔记本的体积限制，在键盘的厚度方面就必须有适当的取舍，如何在保证击键手感的前提下降低键盘的厚度，对不同机种的笔记本是用不同的方法来实现的。
以TCL X200笔记本为例，这是一款全内置的12.1英寸宽屏机，通常来讲宽屏和全内置已经将机器的体积和重量固定在一个数量级上，为了减少机器的厚度，键盘厚度的缩减就是一个重要因素。键盘的厚度包括键帽的厚度、支架和回弹橡胶的行程、底部支撑金属板的厚度等三个部分。用户在使用笔记本的时候，支架和回弹橡胶的行程、底部支撑对击键手感影响较大，我们只有在键帽上进行一些改进，在X200上使用了特殊的材质制作键帽，将键帽厚度降低了0.1mm；同时没有使用“又”字形支架结构，而使用了“X”支架进一步降低了键帽的厚度(图3)。
薄形材质的键盘帽和支X支架
X200在键程方面没有做调整，保持了较长的键程，同时为了达到良好的手感，使用了韧性非常好的回弹橡胶，键盘回弹效果干脆有力。键盘的底部支持也相当关键，底部支持越硬，手感越好，为了达到最好的击键效果，顶级笔记本使用了双层钢板支撑，例如被很多发烧友追捧的IBM 600系列。但在X200这样的小型机器上使用双层钢板显然是不现实的，因为双层钢板第一是增加机器自身重量，第二是增加机身厚度。
为了进一步增加键盘的手感，X200大面积的增加了屏蔽层(图4)，几乎铺满了整个键盘底部，屏蔽层的作用一是更好地增强屏蔽效果，减少电气干扰，二是成为了键盘底部支撑的“第二层钢板”，事实证明这种设计很合理，它成功地将机身厚度降低了0.2mm，并且使得键盘得到了很好的支撑。
用屏蔽层代替第二层钢板
屏幕的设计
屏幕是用户和笔记本交流的窗口，所以屏幕方面的设计也相当重要。我们仍以X200为例，X200选择了16:10的宽屏，虽然宽屏本身比较接近宽银幕电影的比例，但我们更看好宽屏的原因是因为它有比一般传统4∶3屏幕更高的分辨率，用户可以获得更大的工作空间。例如同时查看两个Word文档(图5)，或者方便地编辑更大的Excel表格，又或者同时查阅资料和写报告，边上网边和朋友聊天而不必切换窗口等，这是一般4∶3屏幕难以实现的。而且宽屏的画质比一般4∶3屏幕更好，无论是对比度还是亮度，色饱和度都是单灯管4∶3屏幕所难以达到的，而双灯管的4∶3屏幕画质虽然好，但从耗电和重量、厚度的角度考虑是无法放在X200这样的便携机器上。
宽屏上同时显示两个Word文档
宽屏的好处是不言而喻的，但同时它也在设计上带来了一定的难度。第一，是耗电增加，对此目前除了增大电池容量的方法外，没有更好的解决方案；第二，是重量和体积的增加，在X200这样的小机型上显得尤为突出。重量和体积是成正比的，只要解决其中一个即可，屏幕一般都是从重量入手，液晶屏幕结构如图6所示。
液晶屏幕结构
玻璃基板在液晶屏幕的重量中占了很大部分，合理地将玻璃基板的厚度降低是降低重量的直接方法。X200的屏幕使用了超薄的玻璃基板，这样就有效地控制了整体的重量和屏幕的厚度，但降低玻璃基板带来了另外一个负面效果，玻璃变薄，屏幕整体抗冲击力就会降低，如果发生笔记本跌落和大力碰撞的意外，那么屏幕有可能受到损坏。在设计中，为了避免这种情况的发生，就要在金属框和屏幕之间留有足够的缓冲区域。
当然增加缓冲区就会增加屏幕金属框的厚度，为了降低屏幕边框的厚度，我们采用了弧度处理，即在屏幕和金属框的固定处使用弧形的过渡，这种处理方法既保证了屏幕和金属框之间有一个大缓冲区(图7)，还保证了轻薄的视觉效果。
金属框和屏幕连接处的弧度是缓冲区
散热和噪音
噪音和散热对用户使用笔记本时的舒适度也有很大的影响，你无法想象在一个高达40℃的键盘上，或者一个整天“嗡嗡”发出噪音的环境中工作。
在笔记本中，硬盘、内存和CPU是发热“大户”，合理地安排这三个部件的位置是良好散热的保证。如图8所示，笔记本底部有三个进风口，侧面则是出风口，把发热比较大的CPU尽量靠近出风口，热量传输距离尽量短一些，而且风扇采用径向送风设计，配合粗壮的导热管和大型的散热鳍，能迅速地把热量排出机器，以免机内温度升高。为避免散热系统被灰尘堵塞降低效率，入风口还设计了防尘网。X200的内存和硬盘放在操作时不容易被感觉到的后方，靠近操作位置的都是发热量很小的部件，这样不但热量容易散发，用户操作起来也感觉比较舒适。
散热孔的布局——底部进风口和侧面出风口
当风扇转动时，空气流入主进风口(图9中右中部的两排进风口)，在设计的时候有意减少主进风口的数量，由于主进风口的进风量不足以满足风扇转动所需要的气流，此时机身内部会形成负压，这样副进风口就会辅助进风，硬盘和内存所产生的热量就会被副进风口进入的气流带走，同时由于硬盘本身产生很大的热量，副进风口所进入的气流还不足以将所有的热量带走，所以硬盘盖板采用了金属材质，那么多余的热量就会由金属盖板传导出去。笔记本的噪音也是来自于风扇和硬盘两个部分，前面说过，散热风扇采用了径向送风设计，它的特点是效率高，转速低，低转速也就意味着较低的噪音；硬盘噪音的基本解决方式就是使硬盘盖板的密闭性更好，使噪音透不出机壳。从小型笔记本自身来讲，性能并不是用户所追求的目标，因此选择硬盘的时候可以选择一些本身噪音就低的产品，例如这款笔记本使用的就是以安静而著称的富士通硬盘。
主进风口进风形成负压带动副进风口辅助进风——箭头代表了气流方向
结 语
现在，国内的笔记本厂商和国外厂商相比，在设计方面还落后了很多，但我们可以看到越来越多的国内厂商开始迈出了自己的设计脚步，以上就是以TCL笔记本为例对笔记本的设计进行简单分析，相信读者会对目前国内笔记本的设计情况更加了解，并且也希望读者能够找到更多更好的优质的国产笔记本。