Мобильник изнутри: особенности строения и специфика использования

Современному человеку сложно представить свою жизнь как минимум без одного коммуникационного устройства – мобильного телефона. И вряд ли счастливых обладателей этого чуда рубежа двух веков хотя бы раз в жизни не посещал сакральный вопрос: «А как же это всё работает? И что там внутри?!» Этот человеческий неугасаемый интерес, пожалуй, касается любого хай-тек-устройства, будь то плеер, ноутбук, КПК или вот хотя бы сотовый телефон. Другое дело, что неквалифицированное вмешательство во внутренний мир любого такого устройства может обойтись его владельцу в кругленькую сумму, тогда как Ferra.ru совершенно бескорыстно готова поведать вам, что же всё-таки кроется за разноцветными пластмассовыми накладками и красочными маркетинговыми кампаниями телефонных вендоров.

А кроется там, спешим вас уверить, не так уж и мало. Несмотря на порядочную миниатюризацию мобильных трубок, которая произошла за последние 10 лет, технология изготовления ещё не дошла в своём качественном развитии до такого уровня, когда стало бы возможно изготовление phone-on-chip. В общем смысле слово «миниатюризация» относительно мобильного «железа» не настолько уж и актуально. Всё дело в том, что концептуально мобильный форм-фактор всех ультрасовременных моделей сводится к описательным чертам вроде «клавиши», «экран», «корпус», которые были актуальны ещё на заре сотовой связи. Самый маленький серийный массовый телефон Panasonic GD55 в конечном итоге так и не нашёл себе последователей на большом рынке – даже для изящных женских рук эта малютка чересчур мала. Тут стремление к совершенству заключается не в уменьшении физических размеров, а скорее в совершенно ином подходе к самому образу мобильного телефона. Отличным примером могут служить известные в широких кругах инновационные практики Nokia с её экстраординарным Nokia SURV1 и космическим Nokia 888.

Пока же на рынке не предвидится бум гибких тонкофонов толщиной в пару миллиметров, и мы обратимся к классическим формам – нашим повседневным «раскладушкам», слайдерам и моноблокам. Итак, всё начинается, конечно же, с внешнего вида, а точнее – с корпуса устройства вкупе с клавиатурой. Что касается долговечности корпуса, то основным моментом тут является способ окраски пластика, если эта деталь всё же пластмассовая. Если краска наносится поверх пластика другого цвета, то можно с полной уверенностью утверждать, что при контакте с более твёрдыми предметами возможно повреждение верхнего слоя. К слову, окраска пластика сегодня почти не используется, разве что некоторые китайские корпусные панели могут изготавливаться по такому принципу. Кстати говоря, на корпус современного телефона приходится порядка 5-20% от конечной стоимости трубки. Совершенно ясно, что оригинальный корпус для телефона ценой порядка $300 не может стоить всего $3-5 (средняя цена китайской noname-панели на рынке), а от использования подобного рода комплектующих удовольствия можно получить крайне мало из-за чрезвычайно низкого качества.

Последнее время производители довольно часто обращаются к необычным материалам для изготовления корпусов. Это касается в первую очередь имиджевых телефонов и так называемых «женских» серий. К примеру, корпус Nokia 8800 выполнен из чистой стали, а экран защищает стекло с сапфировым напылением. Серия Nokia L'Amour (7373, 7380 и 7390) отличается оригинальным сочетанием обычного пластика, тонко выделанной кожи, металлических гравюрных вставок и текстильных fashion-элементов. К слову, финским бизнес-телефонам металл отнюдь не чужд: в Eseries активно применяется лёгкий алюминиевый сплав. Ну и авиационный алюминий Motorola RAZR V3, собственно, вне конкуренции. Список можно долго продолжать.

По некоторым насущным вопросам, которые требуют определённых навыков и наличия соответствующего опыта, мы обратились к специалисту. Просвещает Олег Котелев (Oleg_Kotelev@tut.by), мастер по ремонту GSM-телефонов.

Ferra.ru: На самом ли деле модели с пыле-, влаго-, ударопрочными корпусами отличаются исключительной надёжностью?

О.К.: Возьмём, к примеру, линейку защищённых телефонов Siemens. Эпохальный МЕ45 в оригинальном (заводском) корпусе со всеми заглушками действительно является максимально пыле-, влаго-, ударопрочным телефоном. Что касается серии 65 и 75, то на счёт ударопрочности я могу уверенно сказать, что её фактически нет. Наиболее частая неисправность – повреждение контактов печатной платы при ударе. В большей или меньшей степени отсутствие заявленной «прочности» и «устойчивости» касается и телефонов других производителей.

Ferra.ru: Какие вы можете привести примеры, демонстрирующие нецелесообразность экономии на корпусе в пользу третьесортной продукции?

О.К.: Иногда приходится отговаривать клиентов (в основном владельцев различного рода «раскладушек») от замены корпуса. Как показывает опыт, срок службы «раскладушки» с «неродным» корпусом весьма недолог – из-за плохой подгонки подвижных частей происходит быстрый износ шлейфа.

Ferra.ru: Порекомендуйте, как лучше всего, к примеру, избавляться от царапин.

О.К.: Устранение царапин зависит от их вида и глубины. Некоторые неглубокие, поверхностные повреждения можно устранить, прогрев пластмассу до температуры 150-200 градусов Цельсия строительным феном или другим подходящим устройством. При такой температуре происходит размягчение пластика, и он возвращается в исходное состояние. Царапины на защитном стекле LCD можно устранить мелкодисперсной пастой ГОИ или Displex (стоит порядка $5), это потребует немного времени и терпения. Внимательно читайте инструкцию по применению во избежание порчи телефона.

Перейдём наконец к самому интересному. Что же всё-таки внутри?! В зависимости от модели телефона в аппарате можно обнаружить от одной до трёх разнообразных печатных плат. Чаще всего моноблок строится на базе всего одной платы (за исключением телефонов Siemens, в которых контактная площадка клавиатурного блока размещается на отдельной плате), в «раскладушке» или слайдере плат чаще всего две: одна из них содержит контроллер дисплея (если таковой не встроен в сам процессор) и крепления для самой LCD-панели, а вторая – радиочасть, модуль памяти, процессор и прочее.

К слову, единственный параметр, по которому можно различить печатные платы мобильных телефонов разных производителей, это топология отдельных элементов, тогда как ни сами платы, ни элементы практически ничем не отличаются от аналогичных решений конкурентов. Мы рассмотрим схему размещения компонентов платы на примере Siemens A55.

• Основной процессор (CPU). Управляет всеми остальными компонентами телефона. Именно он формирует то изображение, которое мы видим на LCD-дисплее телефона, производит сканирование клавиатуры на предмет наличия нажатых клавиш, управляет работой высокочастотного тракта телефона и т.п.

• ЭСППЗУ (электрически стираемое перепрограммируемое запоминающее устройство) – основная микросхема памяти телефона. В настоящее время широко используется флэш-память типа NAND и NOR с временем доступа до 7-12 мс. В ПЗУ (ROM), помимо пользовательских данных (мультимедийного контента, записной книги, напоминаний, SMS и т.д.), хранится основная программа (операционная система).
• Контроллер управления питанием (Power IC). Обеспечивает необходимые напряжения для работы телефона (напряжение питания процессора, микросхем памяти и т.д.). Кроме этого, через ключ зарядки контроллер управляет зарядкой батареи телефона. А то, что обычно называется «зарядным устройством для телефона», – есть не что иное, как вторичный источник постоянного (или импульсного) напряжения.
• Процессор, управляющий работой высокочастотной части (RF-CPU). Он занимается формированием GSM-сигнала, обработкой получаемых от базовых станций данных, синхронизирует работу ВЧ-части телефона.
• Усилитель мощности (Power Amplifier). Усиливает сигнал, формируемый ВЧ-частью телефона. Усилитель мощности – один из элементов, определяющий «чувствительность» телефона.

Фактически мобильный телефон – это компьютер в миниатюре не только по выполняемым функциям, но и по аппаратному наполнению. Рассмотренная схема, конечно, значительно упрощена, потому как кроме упомянутых элементов обычно на печатной плате располагается множество других функциональных элементов.

Возьмём, к примеру, полную элементарную схему QWERTY-смартфона Nokia E61, основанного на процессоре TI OMAP 1710.

Ferra.ru: Олег, расскажите, пожалуйста, поподробнее об особенностях монтажа элементов на печатной плате.

О.К.: Так как количество элементов огромное, используется поверхностный монтаж микросхем. Выводы микросхем расположены под самой микросхемой (BGA - Ball grid array, или телефонный вариант microBGA) и представляют собой шарики из припоя, верхняя часть которых касается площадок микросхемы, нижняя – площадок самой платы. Такой способ монтажа обеспечивает точное позиционирование интегральной микросхемы на плате и устойчивость к деформациям платы (в некоторых пределах, конечно) при большом количестве выводов (для примера, на процессоре Siemens А55 208 выводов).

Ferra.ru: Как и где чаще всего крепятся антенны и какие они бывают?

О.К.: Антенны по видам условно можно разделить на внутренние и внешние. Внешние располагаются в выступах корпуса и представляют собой спиральные проводники. Внутренние антенны обычно располагают на тыльной части корпуса. Внутренние антенны представляют собой площадки специальной формы, обеспечивающие резонанс на нужных частотах. Предвижу вопрос: «Что лучше, наружная или внутренняя антенна?» С полной уверенностью могу утверждать, что они одинаковы по своим характеристикам. А так как GSM – это цифровой вид связи, то дальность определяется временн ы ми параметрами и настройкой высокочастотной части аппарата.

Ferra.ru: Можно ли в телефоне разместить внутреннюю антенну для приёма FM или ТВ-сигнала? Если нет, то почему?

О.К.: Думаю, что на данном этапе развития технологий – нет, так как излучаемый телефоном сигнал имеет широкий спектр частот (гармоник) в различных диапазонах, именно поэтому антенны для встроенных приёмников обычно выполняют в виде проводов для гарнитур.

Ferra.ru: Как влияют различные условия (стены, мощные источники ЭМИ, преграды из плотных материалов типа железа, бетона, свинца и т.д) на силу приёма сигнала?

О.К.: Диапазон работы мобильного телефона – СВЧ, что накладывает соответствующие ограничения. СВЧ-энергия гасится плотными и проводящими материалами, но на неё практически не оказывают влияния мощные электромагнитные помехи.

Эволюцию встроенных мобильных аудиоустройств можно охарактеризовать как относительно несущественную. В конечном итоге от простеньких пьезоэлементов промышленность перешла к старым электромагнитным системам.

Несмотря на то что некоторые производители спешат оборудовать свои решения полноценной акустической стереосистемой, с практической точки зрения такой подход не совсем оправдан. Из-за миниатюрных размеров и ограниченного веса магнитные сердечники так же малы, как и защита внутреннего аудиоусилителя от посторонних наводок, несмотря даже на неплохое экранирование всех излучающих элементов. Вместе с тем для создания полноценного стереоэффекта необходимо значительное расстояние между динамиками и достаточно точное расположение слушателя относительно источника звука, что пока не представляется возможным, потому единственный путь к качественному звуку – это использование стереогарнитуры.

Что касается вибромодуля, то его расположение варьируется от аккумулятора до голосового динамика, но чаще всего он размещается на тыльной части корпуса и плотно прилегает к нему. Сказать точно, какой режим оповещения (звуковой или «вибра») в большей степени энерготребователен, довольно сложно, так как этот параметр зависит от громкости динамика и устройства самого вибромотора в частности.

Ferra.ru: Как часто в ремонте оказываются телефоны по причине неисправности динамиков?

О.К.: Среди телефонов, которые попадают в нашу мастерскую, довольно часто можно встретить случаи выхода из строя мультимедийного динамика из-за перегрева. Дело в том, что телефон – это не МР3-плеер, и он не предназначен для длительного прослушивания музыки через динамик. Именно потому очень часто в ремонте оказываются молодёжные модели телефонов всех производителей, которые снабжены продвинутым музыкальным функционалом.

Ferra.ru: Часто ли неисправность микрофона является причиной обращения в ремонтный центр?

О.К.: По статистике, всего лишь один случай неисправности из 20 приходится именно на микрофон. Чаще всего неполадка вызвана попаданием мусора или влаги (в том числе слюны) в микрофон.

Ferra.ru: Как часто причиной обращения в ремонт становится вибромодуль? Какие модели чаще всего попадают в сервис с симптомами неработоспособности «вибры»?

О.К.: Вопреки ожиданиям на вибромодуль приходятся единичные случаи. И то по причине слетевшего груза-эксцентрика, который, собственно, и отвечает за вибрацию. Происходит это независимо от производителя и касается в первую очередь «телефонов-утопленников» и «телефонов-ударников». Всё-таки «вибра» – это механический элемент со всеми вытекающими последствиями.

Наиболее широкое распространение на рынке получили экраны следующих типов: CSTN, OLED, TFT.

CSTN (Сolor Super-Twist Nematic) – это технология изготовления цветных пассивных ЖКИ-матриц, которая отличается исключительной дешевизной и простотой в производстве. Дисплеи, основанные на матрицах этого типа, страдают от низкого времени отклика и значительных эффектов послесвечения (когда подсвеченный пиксель влияет на неподсвеченный). Современные матрицы этого типа обладают временем отклика порядка 100 мс (для сравнения: TFT – 8 мс), a угол обзора составляет около 140 градусов. Дисплеи на основе таких матриц сегодня используются в бюджетных моделях и в качестве внешних (вспомогательных) экранов «раскладушек» ввиду своей нетребовательности к энергоресурсам.

TFT – тип жидкокристаллического дисплея, в котором используется активная матрица, управляемая тонкоплёночными транзисторами, отсюда и аббревиатура TFT (Thin Film Transistor – тонкоплёночный транзистор). По сравнению с обычной, пассивной жидкокристаллической матрицей с помощью активной матрицы, управляемой тонкоплёночными транзисторами, удаётся значительно повысить быстродействие дисплея, а также контрастность и чёткость изображения.

OLED (Organic Light Emitting Diode – органический светодиод) – тонкоплёночные светодиоды, в которых в качестве излучающего слоя применяются органические соединения. Основное применение технология OLED находит при создании дисплеев (для мобильных телефонов, портативных плееров, телевизоров и т.д.). Этот тип матриц считается самым прогрессивным и эффективным по весоразмерным характеристикам и из-за отсутствия необходимости в подсветке, благодаря чему значительно снижается энергопотребление.

В целом энергопотребление увеличивается пропорционально увеличению диагонали экрана и повышению уровня яркости. Далеко не все производители сами занимаются производством экранов для своих устройств. Чаще всего этим занимаются мировые лидеры в этой области: Sharp, Samsung, Fujitsu и некоторые другие.

Ferra.ru: Из каких элементов состоит ЖКИ-экран, как он соединяется с системной платой?

О.К.: Обычно он выполняется в виде блока, который содержит собственно сам LCD (матрицу), светодиоды подсветки, оптические фильтры (для равномерного распределения подсветки) и контроллер. Модульность позволяет различным производителям создавать свои модули для одной и той же модели телефона, совместимые по интерфейсу обмена данными (иногда различия компенсируются соответствующим ПО телефона).

Ferra.ru: Правда ли, что в «раскладушках» экранный шлейф – одно из самых «узких» мест? Как обстоят дела со слайдерами и необычными моделями типа Nokia 9500, Nokia E71?

О.К.: Это действительно так. В такого вида телефонах основное механическое воздействие приходится на механизмы крепления отдельных частей и интерфейсный шлейф, соединяющий основную печатную плату с видеоконтроллером, плату и сам LCD. Вместе с тем срок службы шлейфа зависит от того, как качественно выполнены и подогнаны друг к другу подвижные части корпуса. Даже малейшая шероховатость на месте сгиба может значительно повлиять на срок службы. Современные модели «раскладушек» мировых брендов отличаются достаточно высоким качеством исполнения корпуса. Это же касается упомянутых неординарных по форм-фактору финских представителей, равно как и телефонов других производителей.

Ferra.ru: Как сильно на время автономной работы в целом влияет использование цветного экрана?

О.К.: Для старых моделей этот параметр был не так важен, как для новых, имеющих цветной экран. Так, например, для Siemens C45 ток подсветки составляет 8-11 мА. Для цветного (CSTN-дисплей) Nokia 1600 - 40 мА. Результаты очевидны.

Пожалуй, придётся немало постараться, чтобы найти сегодня телефон без встроенной фото- и видеокамеры, которая хоть как-нибудь, пускай с ужасными замыливаниями и низким разрешением, да снимает что-то похожее на расплывчатое определение из многочисленных промобуклетов – «мультимедийный контент».

CCD (Сharge-Сoupled Device) – прибор с зарядовой связью (ПЗС) – это прямоугольная матрица светочувствительных элементов на одном полупроводниковом кристалле. Они производятся методами, похожими на применяемые при производстве обычных микросхем, однако процесс производства всё же технологически сложен. Поэтому производство матриц этого типа обходится весьма дорого, причём стоимость быстро растёт с увеличением разрешения, а значит, и размера матрицы.

CMOS (Complementary-symmetry/metal-oxide semiconductor, комплементарные структуры из металла-окисла-полупроводника) – cтруктура, основанная на полевых транзисторах, имеющих очень высокое сопротивление в закрытом состоянии, причём каждый ключ содержит два таких транзистора, находящихся во взаимодополняющих состояниях (отсюда следует комплементарность). Когда один заперт – другой открыт, то есть фактически ключ потребляет электроэнергию только в момент смены состояния. В режиме stand-by ключ потребляет очень и очень мало. Это доминирующая полупроводниковая технология на сегодняшний день, потому как характеризуется низкой себестоимостью и низким энергопотреблением. Бытует миф о том, что фотосенсоры, изготовленные по этой технологии, характеризуются очень высоким шумовым эффектом, тогда как это не совсем так на самом деле, а Canon и Sony выпускают несколько цифро-зеркальных камер высшего звена с CMOS-сенсорами.

Как известно, на сегодняшний день в подавляющем большинстве телефонов используются CMOS-сенсоры, и это, конечно же, оправданно по целому ряду причин. Другое дело, что в современных камерофонах за редким исключением стоимость фотомодуля не ставится выше самой идеи фото (вспомнить хотя бы Nokia Nseries и N93), что в конечном итоге значительно влияет на качество снимков. Тем не менее уже сегодня встречаются аппараты с CCD-фотомодулями, что не может не радовать. Примером может служить Samsung SPH-V7800 с 5-мегапиксельной CCD-матрицей и 3-оптическим зумом. Монтируется фотомодуль чаще всего прямо на печатной плате, иногда на корпусе телефона может быть предусмотрен защитный механизм для объектива камеры (как, к примеру, в SE K750 или Siemens M65).

Что касается энергопотребления, то основные ресурсы обычно уходят не на саму работу фотосенсора, а на постпроцессинг снимка встроенными средствами, то есть преобразование в какой-либо формат и сохранение в память. Вспышка в камерофонах представлена чаще всего простеньким светодиодом с буквально мизерным ведущим числом по сравнению с современными фотоаппаратами класса «мыльница». Ахиллесовой пятой всех бюджетных и мейнстрим-телефонов с камерой является отсутствие функции автофокусировки, что в конечном итоге более всего сказывается на качестве снимков. Ну а рекламные саги про мегапиксели в контексте «более 2 Mpix» вообще неуместны в мобильной сфере.

Ferra.ru: Как считают профи, использование CCD-сенсоров и трансфокаторов обосновано с технической точки зрения или же это всего лишь очередной маркетинговый ход?

О.К.: В первую очередь следует помнить про «прожорливость» CCD-сенсора. Даже с CMOS далеко не все камерофоны характеризуются достаточным временем работы от одного заряда аккумулятора в режиме постоянной съёмки, а если к этому добавить широкие коммуникационные возможности (Wi-Fi, Bluetooth), то навряд ли даже BP-6L на 1500 мА*ч справится с такой трудоёмкой задачей. Вариообъектив сегодня – вопрос спорный. Если посмотреть на размеры аппаратов с такой функцией, то, пожалуй, у всякого возникнет желание купить телефон и камкодер в виде двух отдельных гаджетов. Резюме: сегодня технологии ещё не достигли такого уровня, когда CCD и оптический зум были бы уместны в мобильных телефонах.

Ferra.ru: Надёжно ли защищают фотомодуль от повреждения различные шторки и заглушки?

О.К.: Механическая защита объектива вполне достаточна для предотвращения физических повреждений. В моей ремонтной практике случаи выхода из строя фотомодуля единичны.

Остаётся лишь упомянуть процесс «кормления» наших мобильных питомцев. Зарядка мобильного телефона управляется процессором на основании замеров напряжения и температуры аккумуляторной батареи. Обычно управление осуществляется через ключ зарядки, который выполнен на полевом транзисторе или сборке. Использование неисправных зарядных устройств – наиболее частая причина выхода из строя как цепи зарядки, так и телефона в целом.

О.К.: Часто встречающаяся неисправность – поставили разрядившийся телефон на зарядку на ночь, а утром он не включился. Как показывает практика, около 70% подобного рода ситуаций происходит из-за слишком севшего аккумулятора, как бы это странно ни звучало. Дело в том, что при напряжении на аккумуляторе менее 3,2 В (для Siemens, например) не запустится зарядка телефона. Решение простое – подзарядить отдельно батарею от источника питания. Но не советую делать это самому, если вы не уверены в своих познаниях в электронике, так как при этом можно загубить не только аккумулятор и телефон, но и нанести вред своему здоровью. Тем более что такая процедура в СЦ и мастерских стоит недорого (а иногда выполняется совершенно бесплатно). Ну а лучше всего вовремя ставить телефон на зарядку.

Вердикт Ferra.ru

Народная мудрость «Восток – штука тонкая» полностью применима и к мобильным телефонам, причём география обозначена довольно точно. За чередой повседневных звонков, бесконечных SMS и попутного мобильного сёрфинга порой без внимания остаётся что-то очень важное – к примеру, внутренняя сторона дела. А иногда очень важно бывает знать ответ на вопрос «Как же это всё работает?!», чтобы решить кроссворд, блеснуть перед коллегами глубокими познаниями, утолить интерес крохи-сына и т.д. Важно знать, что почти все телефоны похожи друг на друга так, как похожи между собой автомобили с четырьмя колёсами, тогда как внутренняя или внешняя отделка вместе с выбором двигателя и формы кузова всецело лежит на плечах производителя. Это говорит о том, что миру не грозит тотальная унификация средств связи – и уже завтра мы можем стать свидетелями появления на свет серийных образцов того, что ещё сегодня зовётся концептом. И даже в такой торжественный момент Ferra.ru всегда готова дать ответ на насущный вопрос: «Как же, чёрт возьми, это всё работает?!» Причём на вышеизложенном мы не остановимся, ожидайте в ближайшее время продолжение темы препарирования «начинки» мобильников. Оставайтесь с нами!