DJI Mini 2ドローンの簡単な分解と分析
4年前に購入したDJI Mini 2ドローンの5.8GHz無線画像伝送信号が非常に弱いことに気づきました。ネット上で調べた結果、これは5.8GHz無線電力増幅器チップの故障が原因である可能性があり、よくある問題らしいです。保証期間が過ぎていたため、自分で分解して交換してみることにしました。
注意：記事内の一部チップ情報の解釈はAI生成コンテンツを含みます！
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分解
ドローン底部の十字ネジを外します。
バッテリーを取り外し、バッテリーコンパートメント内部の両側のシェル留め金を外します。
その後、シェルの上部カバーを取り外せます。中央にはGPSセラミックアンテナが見えます。
GPSアンテナの下にある基板は三相無センサBLDC（ブラシレスDCモータ）ドライバ基板です。基板中央のチップモデルはSPC1168APE48で、SPINTROL製の高集積SoCマイコンで、モータ制御に使用され、周囲のMOSFETを制御してモータを駆動します。
SPC1168は32ビット高性能ARM Cortex-M4コアを搭載し、最大200MHzのソフトウェアプログラマブルクロック周波数、64KB SRAM、128KB組み込みFLASH、豊富な拡張I/Oおよび周辺リソースを備えています。14ビットADC、3つのプログラマブルゲインアンプ、6つの拡張PWMモジュール、3つの汎用32ビットタイマー、UART、I2C、SPIなどの通信インターフェースを統合しており、モータ制御アプリケーションに理想的なプラットフォームです。また、コードセキュリティを向上させるためのマルチリージョンセキュリティ保護技術と、FPGAに似た柔軟なIO技術を採用しており、IOを異なる周辺機器として設定してさまざまなアプリケーション要件をサポートできますが、コストパフォーマンスが非常に高いです。
モータドライバ基板周囲には4組のMOSFETチップ（1組3個）があり、4つのローターのモータに対応しています。MOSFETモデルはAON7934で、アルファ・オメガ・セミコンダクター社（AOS）製のデュアルNチャネルMOSFETです。単一チップに2つのNMOSを組み込み、ハーフブリッジを形成しています。
コアチップ仕様：
- 電気性能：
- ドレイン-ソース電圧（Vds）：30V
- 連続ドレイン電流（Id）：16A/18A（異なるチャネル）
- オン抵抗（Rds（on））：最小10.2mΩ @ 16A, 10V
- 入力容量（Ciss）：485pF
- パッケージングと信頼性： DFN-8（3x3）パッケージを採用し、-55℃~150℃の広い動作温度範囲をサポートしており、複雑な屋外環境でのドローン信頼性要件を満たしています。
バッテリーインターフェースの上部にあるチップはAON6407モデルで、AOS社製のPチャネル電力MOSFETです。
主要仕様と特徴：
- 電気性能： ドレイン-ソース電圧（Vds）-30V、連続ドレイン電流（Id）-85A、オン抵抗（Rds（on））4.5mΩ
- パッケージング設計： PDFN-8（5.8x4.9）パッケージを採用
機能分析：
バッテリー電源回路のパワースイッチングトランジスタとして、AON6407チップはバッテリーインターフェース上で以下の主要機能を担っています：
- 電源オン/オフ制御： バッテリーとドローンの主回路間の電力伝送をスイッチし、起動時の電源供給とシャットダウン時の電源遮断を実現します。
- 効率的な電力伝送： 低オン抵抗（4.5mΩ）によりバッテリー電源供給時の電力損失を削減し、電力利用効率を向上させ、間接的にドローンのバッテリー寿命を延ばします。
- 回路安全保護： 過電流や過電圧などの異常動作状態において、即座に回路を遮断し、バッテリーまたはバックエンドシステムの過負荷による損傷を防ぎ、電源システムの信頼性を確保します。
要するに、これはバッテリーとドローンのコア回路の間の「パワーゲート」であり、効率的な電力伝送を保証するとともに、電源システムに安全バリアを構築しています。
モータドライバ基板の裏面にはMPS（モノリシック・パワーシステムズ）社の4つのMP6530チップが搭載されており、三相ブラシレスDCモータドライバ用のゲートドライバICです。6つのNチャネル電力MOSFETで構成された3つのハーフブリッジを駆動でき、最大60Vの電圧を処理可能です。
バッテリーコンパートメント下部の2つの十字ネジを外してドローンの底カバーを取り外します。
まず大きな黒いアルミニウム合金製ヒートシンクが見えます。その下には下向きカメラと赤外線測距モジュールがあります。
ヒートシンクを取り外すと、シールドといくつかのチップには青い熱伝導グリスが塗布されています。
先述の主基板を取り外すと、その裏面にはType-C充電ポートとTFカードスロットがあります。
TFカードスロットの下部にあるシールドを取り外します（この位置の基板反対面は下向きカメラモジュール）。内部にはテキサスインスツルメンツ（TI）社のOPT3101チップがあります。
コア属性と機能：
- 技術タイプ： 飛行時間（ToF）原理に基づく長距離近接・測距センサアナログフロントエンド（AFE）。
- 性能ハイライト：
- 測距範囲：15メートル以内で非曖昧、3mm分解能の16ビット距離出力をサポート；
- 環境適応性：優れた環境光抑制機能を備え、130klxの直射日光下でも動作可能；
- 集積度：内蔵ADC、タイミングシーケンサ、デジタル処理エンジン、照明ドライバを備え、3つの送信チャネルをサポート。
装置内での役割：
コア ToFセンシングコンポーネントとして、主に以下を実現します：
- 精密測距： ドローンなどのリアルタイム距離測定を提供し、飛行制御と障害物回避の判断を支援；
- 環境認識： 多領域センシングにより周囲の障害物の距離と方向を識別し、装置のインテリジェントな相互作用と安全性を向上；
- 干渉耐性動作： 物体の反射率の影響を受けず、複雑な照明環境で安定した深度データを出力。
中央のシールド内部にはmuRata社のチップモデルSS1029009が搭載されており、ドローンの画像伝送信号の変調・復調を担当していると推測されます。
最大のシールド内部にはMIMXRT1064、TC58NVG1S3H、NT5CB128M16JR-FLの3つの大きなチップがあります。
1. i.MX RT1064 (MIMXRT1064)
- ブランドとポジショニング: NXPのi.MX RTシリーズに属する高性能クロスオーバープロセッサ。
- コアパラメータ:
- コア：Cortex-M7、最大周波数600MHz。
- ストレージ：外部DDRおよびFlashの拡張をサポートし、高速データ処理能力を備える。
- 機能と役割: DJI Mini 2のメイン制御チップとして、飛行制御、センサーデータ融合、画像前処理などのコアタスクを担当し、ドローンの「頭脳」となる。
2. TC58NVG1S3H（Toshiba Flash Chip）
- ブランドとポジショニング: 東芝製SLC NANDフラッシュチップ。
- コアパラメータ:
- 容量：2Gbit（256MByte）、産業グレードのストレージデバイス。
- 特徴：高速読み書きをサポートし、電源遮断時のデータ保護機能を備える。
- 機能と役割: ドローンのファームウェアプログラム、飛行情報ログ、キャリブレーションパラメータなどの重要データを保存し、システム起動および機能設定の安定性を確保する。
3. NT5CB128M16JR-FL（Nanya DDR Memory）
- ブランドとポジショニング: ナンヤ製DDR3メモリチップ。
- コアパラメータ:
- 容量：128M×16bit（2Gbit=256MByte）、動作電圧1.5V。
- データレート：最大2133 MT/s（DDR3-2133相当）、クロック周波数1066 MHz。
- 性能：メイン制御チップの高帯域幅要求に応える高速データスループットをサポート。
- 機能と役割: ランニングメモリとしてi.MX RT1064にデータキャッシュ領域を提供し、飛行制御アルゴリズムやリアルタイム画像処理のスムーズな動作を保証する。
下方カメラモジュールのシールド内部にはS1 V10R03、4205、4550の3つの主要チップが存在する。
1. S1 V10R03チップ
- タイプ: DJIのOcuSyncシステムS1シリーズに属するカスタム画像伝送通信チップ（コードネーム「スパロー1」）。
- 機能: ドローン画像伝送システムのコアとして、無線信号の変調・復調・データ伝送・暗号化を担当し、低遅延・高安定画像伝送を実現する重要なコンポーネント。RF通信部分のみを処理し、動画エンコードなどのタスクは他のチップと協調して実行される。したがって、Miniシリーズなどのエントリーモデルでは「モデム」に近い役割を果たす。
- パラメータ特性: 最大20MHzの帯域幅をサポートし、カスタムアーキテクチャを採用。DJIドローンの無線リンクに最適化されており、DJIエコシステム製品でのみ使用されるため、技術的「モアット」の一つとなる。
2. 4205チップ
- タイプ: 2.4GHz RFパワーアンプ（QPF4206と同じシリーズのチップと推定されるが、基板上のマーキングが簡略化されている）。
- 機能: 2.4GHz帯の無線信号を増幅し、この帯域での画像伝送距離および干渉耐性を向上させる。DJI Mini 2の2.4GHz帯は長距離通信（オープン環境での長距離伝送など）に使用されるため、この帯域の性能を保証する上で重要な役割を果たす。
- パラメータ特性: 2.4GHz帯で動作し、効率的なパワーアンプ能力を備える。送信信号強度を規格上限まで引き上げると同時に、消費電力を抑えてドローンのバッテリー駆動時間に適応する。
3. 4550チップ
- タイプ: 5.8GHz RFパワーアンプ（型番QPF4550）。
- 機能: 5.8GHz帯の無線信号を増幅する。この帯域は帯域幅が広く高解像度動画の伝送に適するが、貫通性が弱い。Mini 2の高解像度画像伝送の短距離・低干渉環境（都市部での近距離撮影など）における送信出力を強化し、伝送の安定性を確保する。
- パラメータ特性: 5.8GHz帯域に特化して最適化され、高効率なパワーアンプ能力を備える。高帯域伝送時の信号品質を維持し、「低遅延画像伝送」を実現するMini 2のコアハードウェアの一つ。
この3つのチップが協働してDJI Mini 2の無線通信システムを構築する：S1が信号の「符号化と伝送管理」を担当し、4205と4550がそれぞれ2.4GHzおよび5.8GHz帯の信号強度を増幅。最終的に長距離・低遅延の画像伝送体験を実現する。
カメラインターフェース横のシールド内部にはH22-AO-RHとNT5CB128M16JR-FLの2つの主要チップが存在する。
1. Ambarella H22-A0-RH（ビデオ処理チップ）
- ブランドとポジショニング: Ambarellaは世界をリードするビデオ処理チップメーカーであり、H22シリーズはコンシューマードローン向けの高性能ビジョン処理ソリューション。
- コアアーキテクチャとプロセス:
- CPU: クアッドコアARM Cortex-A53、最大周波数1GHz。マルチタスクおよび基本的な演算処理をサポート。
- プロセス技術: 14nmプロセスを採用し、性能と消費電力をバランスさせ、携帯機器の長時間運用に適応。
- GPU: 独立GPUモデルは未記載だが、4K動画のエンコード・デコードをサポートする高性能ビデオDSPを内蔵。
- ビデオ処理能力:
- エンコード形式: H.265（HEVC）およびH.264（AVC）エンコードをサポート。2つの動画ストリームを同時に生成可能（例：4K60fpsメイン動画 + モバイル解像度プレビュー）。
- 解像度とフレームレート:
- メイン動画ストリーム：4K@60fps（HEVC/AVC）。
- サブストリーム：モバイル解像度（例：1080p）のWiFiライブストリーミングをリアルタイムでサポート。
- 画像強化技術:
- 3D電子画像安定化（EIS）：4K@30fpsをサポートし、専用ハードウェアで画像を安定化。
- マルチエクスポージャーHDR：4K@30fpsをサポートし、ダイナミックレンジを拡大。
- ディストーション補正およびシャッタ補正：画像品質を最適化。
2. ナンヤNT5CB128M16JR-FL（DDRメモリチップ）
- ブランドとポジショニング: ナンヤテクノロジーは著名なメモリメーカーであり、このモデルはDDR3シリーズに属する。
- コアパラメータ:
- 容量：128M×16bit（即ち2Gbit=256MByte）、動作電圧1.5V。
- 性能：Ambarella H22チップの画像キャッシュおよびアルゴリズム動作に必要な高帯域幅を提供。
- 機能と役割: ランニングメモリとしてビデオ処理チップに一時データ保存領域を提供し、4K動画エンコードおよびリアルタイム画像処理のスムーズな動作を保証する。
この2つのチップがドローンのビジョン処理コアユニットを構成する：Ambarella H22が「処理」を担当し、高解像度動画およびインテリジェントアルゴリズムを実行。ナンヤメモリが「一時保管庫」を提供し、両者が協働でDJIドローンの4K高解像度画像伝送およびインテリジェントビジョン機能を実現する。
Type-Cインターフェースの右側にはSMB2352という比較的大きなチップが存在する。
SMB2352はQualcommが発表した高効率バックブースト充電管理ICで、主にモバイルバッテリー、ドローン、ポータブルコンピューターなどの2セルバッテリー用途に使用されます。主な技術仕様は以下の通りです：
- 入力電圧範囲：3.3V〜16.5V（USB Type-C入力に対応）
- 出力電圧範囲：バックブースト調整に対応し、システムに3.3V〜20Vの電源供給が可能
- 最大充電電流：バッテリー端で最大6A（調整可能）
- 最大入力電流：5A（調整可能な電流制限）
- 入力電力：最大45W
- 効率：典型値は90%以上
- パッケージング：MQFN-57、サイズ5.5mm × 5.5mm × 0.6mm
- 通信および制御：I²Cインターフェースに対応、充電パラメーターおよび保護閾値などのプログラマブル設定
- 保護機能：入力過電圧保護（OVP）、入力過電流保護（OCP）、バッテリー過温度保護（OTP）を内蔵
- プロトコル対応：
- USB BC 1.2
- Qualcomm Quick Charge 2.0/3.0/4.0
- USB Power Delivery（PD）3.0（PD PHY内蔵）
- Type-C 1.3仕様
このチップは高出力密度および高効率充電ソリューションに適しており、外部コントローラーで動作モードを柔軟に調整可能です。
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