Trackpoint,一般叫它 "小紅點",中國大陸翻成 "指點桿"。因為自己在機械鍵盤加裝小紅點模組 (trackpoint module),在拆拆裝裝中,收集了不少 trackpoint module,漸漸熟悉各型式的小紅點模組,對改裝者來說,最重要的是如何確認它們的接腳。
這個模組還蠻耐操,有一次接錯腳,整個 IC 高熱會燙人,但電路重接後,還能正常運作,真是讚啊,到目前還沒碰過電路不正常的。不過焊接技術要好點,拆拆裝裝,銅鉑電路還是會脫落的。有一次要拔小紅帽的帽座時,力量模組的桿子掉下來,所以買小紅點模組的時候都要多買幾個備用,以防萬一弄壞了。
Trackpoint 是 IBM 申請的專利 Trackpoint device,1997 年核准,2017 年過期,看看未來會不會更多配備 Trackpoint 的鍵盤出現。
參考網頁 -- Trackpoint,這個人玩的更是徹底,試了各種 Trackpoint module。 It's confirmed that Lenovo trackpoints work both at 5V and 3.3V (see ZMK article).
TPM754 微控制器
典型的小紅點模組如下,可以區分成力量感測器和電路,兩者之間有 4個接點。
小紅點模紅的核心是一顆 TPM754 微控制器和指點桿的力量感測器 (Force sensor)。
TPM754 是 IBM 設計的 Microcontroller with TrackPoint microcode,基本上是一顆 80C51 微控制器,上面有 Trackpoint 演算法的程式,生產此晶片的公司需支付專利授權金給 IBM。想來 TPM 是 Trackpoint Module 的縮寫。基本的電路圖,擷取自 TPM754 的 datasheet。TPM754 是 28 pin DIP 封裝的 IC。
Notes:
pin17,XYDB 為 XYDACBIAS,即 Provides source voltage for bias of external circuitry。
pin18,VREG: Provides regulated analog supply output.
TPM754 IC 是 28pin 的IC,聯想生產的 ThinkPad 的鍵盤,有的使用 PTPM754DR IC,是 32 pin 的 IC,可以把多出來的 4個 pin 拿掉不看,只看剩下的 28 pin。有時候可以看到電路板留的是 32pin 的孔位,但裝的是 28pin 的 IC。
TPM754 is a 28-pin DIP IC originally. If the controller used in the trackpoint module is a 32-pin IC, the four pins in right side can be discard. The pinouts of the trackpoint module can be identify by using a multimeter to test for connectivity, according to the PTPM754 datasheet.
假如是 28pin 的 PTPM754 IC,對應接腳整理如下。
- Reset: pin 5
- Clock: pin 24
- Data: pin 2
- Button-M: pin 27
- Button-R: pin 26
- Button-L: pin 25
- VCC: pin 22
- GND: pin 8
- Mouse-Clock: pin 4
- Mouse-Data: pin 1
依據此 IC 的接腳就能很容易的找出模組對外連線的接腳的功能。Mouse-Clock 和 Mouse-Data 是用來串接另一個 mouse,如 touchpad。
早期的 strain gauage 是包在一個封裝裡,後來改成一個電路板,用金屬板固定。
控制板上有兩顆 IC,另一顆是 OP AMP,電路圖中標註 LMC6036,有的產品上使用的是 LMC6034,一樣都是包含 4個 OP AMP 的 14pin IC。差別在於,實際的產品中,force sensor 和 OP AMP 輸入端有串一個電阻,而且為便於電路板的佈線,會使用好拉線的 OP AMP。取得 trackpoint module
假如有壞掉的或報廢的 Thinkpad,把鍵盤拆下來就有了。
或者,像我一直都在使用外接 USB 的 Thinkpad鍵盤 SK-8855,壞掉時,我會買個新的 X220 鍵盤換上,SK-8855又可以繼續使用了。那拆下來的鍵盤,就可以拆解,把 Trackpoint module 拿來玩。
第三種方法,就是上網拍找 Thinkpad 鍵盤。找得到有人賣報廢的,也許2,3百就能買到。新的大約一千多,挑便宜的就好了。同時,最好買 X220 及之前型號的鍵盤,之後改成巧克力鍵,模組也改了。巧克力鍵,我沒碰過,這裡的資料也派不上用場。
最後,在淘寶有人單獨賣 Thinkpad 指點桿的模組,一顆只要人民幣 15元,不過淘寶的搜尋找不到,Google 卻找到了,在露天也有人代賣,但一個要200元右右,利潤還蠻好的。對我來說,我還需要滑鼠按鍵,因此最好還是買整個 Thinkpad 鍵盤來拆,目前找到最便宜的新品是 X60 的鍵盤,露天只要台幣 300元,淘寶則更便宜,人民幣 30元,約台幣 150元。
確認接腳及使用
小紅點模組的功能,基本上就是一個 PS2界面的滑鼠,對外的接腳為 8 PIN。假如是接滑鼠板的話,則有 10 個焊接 PIN,多了 ext-clk 及 ext-dat。在 IBM 與聯想過渡期間,使用的 IC 為 TPM754。聯想後來雖然把鍵盤改了,但小紅點控制電路似乎還是不變。
在確定幾乎所有的小紅點模組都是使用 TPM754 後,要確認模組的接腳就變得很容易了。只要有台指針式三用表就可找出對應 IC 的接腳。只要 VCC 和 GND 沒有接錯,大致上是安全的。
使用上,可以直接用 PS2 to USB converter 比較方便,而且價格也很便宜。另外,若要使用單晶片系統整合鍵盤與小紅點,例如使用 Teensy 2.0 +TMK firmware,可參考從網路上找到的,如下面的示意圖。其中 EX. CLK/ EX,DATA 為接到外接滑鼠的信號,如 Touchpad,有些模組沒有這兩支腳,或只有8支接腳。
經實際使用,DATA 和 CLK 的 pull high 電阻可以不用接,但 reset 的電容電阻一定要接,才能正常工作。
各種型式的小紅點模組 Trackpoint module
在這裡整理了我收集或碰過的各型小紅點模組,因為接腳都不一樣,請依照上述方式判斷。不要信任網路上提供的接腳標示,因為我碰過兩個外觀一模一樣的模組,就有兩支腳是互換的。
首先這個應是較早的型式,力量感測器包在黑黑的塑膠中,背面看有 3個黑點。
force sensor 與控制板用 FPC 連接接,這一型的小紅點模組的力量感測器和控制板很難拆開。因為力量感測器的輸出是薄膜印刷電路,解焊後不小心就毀了。只好確認接腳,把控制器留著接別的力量感測器。這一型力量感測器的阻抗約 300Ω,所以控制器也只能接類似阻抗的力量感測器。後來曾用來接過 IBM Space Saver RT 3200 的力量感測器,可以使用,但接較新的阻抗較高的力量感測器就無法正常運作了。這一型的力量感測器對外有6個接腳,因為內部無法跳線,所以要靠PCB上來做跳線。後期的力量感測器有自己的 PCB 可以跳線,對外就只有4個接腳。
X220
force sensor 與控制板的連線,這一型的小紅點模組可以把力量感測器和控制板拆開。但測試時,用太硬的線,把 PCB 的焊點給拉起來了,只好確認接腳,看能不能用上面那一型的控制板。上面那個模組是用鋸的把力量感測器拆下,然後無法焊接,就毀了。
R61 及 X200/X201 (新)
這個的力量感測器和上面的一樣,用金屬板固定後,背面圖。
其中,BTN3 (L),BTN2 (R),BTN1 (M)
ThinkPad E531
這個模組是在網拍上購得,由鍵盤拆下的中古品,一個台幣 200元。為了筆電輕簿化,指點桿和電路是分開的,但整體上和舊的模組還是一樣。
用三用表量 IC 的對應接腳,模組的接腳,從上到下。(尚未經電路實際測試)
未知的指點桿傳感器
(2021 年 6 月) 淘寶隨便亂逛找到的,一個 RMB 15元,一口氣就買 5個回來測試。和上面的中古品相比,實在太划算了。起初覺得這個模組真是太完美了,力量感測器和電路之間的線這麼長,零件又輕薄,應該整個塞進鍵盤內,不用破壞鍵盤外殼。但實際改裝製作後發現,有兩個缺點,一是沒有固定小紅帽的座,要自己想辦法製作,用水晶土塑膠做了幾個,效果都不太好,會搖晃。甚至想要用 3D 印表機來做,想想真有點成本太高了點,以後再找機會學習 3D 印表機的使用吧。另外的缺點是固定孔實在太小了,必須使用 1mm 的螺絲,一般能找到最小的螺絲是 2mm。
收到產品,迫不及待,當然要測測看啦。主控 IC 是 32 pin 的包裝,右邊 4 pin 不看,很容易就找出對應的排線接腳。找不到 PS2 的接頭和線,就殺一個無晶片的 USB/PS2 轉換器來用。
USB -- PS2 的信號對應 ==> D- -- Data,D+ -- Clock。
上面的測試電路接好後沒有反應,懷疑是買到壞掉的東西了。後來想說是 reset 接腳未接,可能是這個問題,用鑷子在 RST 和 VCC 碰一下,再在 RST 和 GND 碰一下,reset 之後,推動指點桿就有反應了。
FPC 排線的間距只有 1mm,自己勉強可以焊接,但一不小心線就會把銅箔給帶起來,整個模組就毀了,用轉接板會比較好,只是轉接板就比主控電路還要大。最大的問題是固定螺絲是 M1 螺絲,很難買到,也不好施工。
後來找到下面這種模組,它的力量感測器看起來可以拆開,像上面的模組一樣用長長的FPC連接。
後來試的結果成功了,FPC的長度超過15CM還可以正常運作。並且和以前的模組不同,上下顛倒,更方便改裝。另外,它的固定螺絲是 M2螺絲,用以前拆下來的 Trackpoint 模組的固定螺絲就可以了。
不過這個模組的桿子蠻容易掉的,帽座多拆幾次,桿子就掉了。還好,不得已用AB膠把桿子連帽座一起整個黏回去,功能還正常,也還算牢固。
總結經驗是電路和力量感測器之間要用排線連接,4條線的變化要一致,才不會影響模組的運作,若用分開的4條線,滑鼠會飄移。
力量感測器 (Force Sensor)
後來買的模組,力量感測器的桿子很容易掉。重新黏又黏歪了,為了拆黏歪的桿子,用熱風機吹,結果連感測器的板子也鬆脫了。鬆脫之後,某部分電路斷掉,功能不正常,乾脆把它拆開,看看內部的結構,以後使用的時候比較清楚。
力量感測器的 4個pin,其中一個接到 GND,一個接到 TPM754 的 PIN 17 (XYDB,或標為 +V),剩餘的2支腳分別為 X 和 Y。將 GND 與 XYDB 互換,小紅點的移動方向應該就會反過來。直覺上 X 和 Y互換,應該兩個軸會互換,但實際測試,互換後移動的軌跡有點怪怪的。
在將小紅點固定在機械鍵盤時,只有 Filco 的鍵盤,沒有 LED,軸體是正裝的。其他有燈的鍵盤,都會把軸體反裝。配合軸體的方向,改變小紅點的移動方向,安裝上會比較方便。
整理後的接線示意圖如下。
對照的電路圖如下。