Как создают телефоны

Мы настолько привыкли к телефонной связи, что давно уже и не задумываемся: а как же это работает? Тем более, что помимо стационарных телефонов появились мобильные варианты этого устройства. Так что же это такое - телефон?

Устройство и принцип работы проводного телефона

1. В обычной телефонной трубке расположен микрофон.
2. От звуков голоса диафрагма, которая представляет сбой тонкую мембрану, вибрирует. Она передаёт вибрацию на угольную пыль за ней, через которую уже идёт электрический ток. На силу тока влияет и высота голоса, и его тембр.
3. По телефонным проводам электрический ток идёт к другому аппарату.
4. В верхней части телефонной трубки находится электромагнит, который передаёт колебания тока на другую мембрану. Она превращает их в звуковые волны. То есть - в голос вашего собеседника.

Устройство мобильного телефона

А вот сотовый телефон - скорее рация. По крайней мере, принцип его работы ближе именно к этому устройству, поскольку для передачи сигнала служат радиоволны. Принципиальная разница в том, что рации подключены к одной антенне. И только в том случае, если они ловят её сигнал, они могут соединиться.

А как устроен мобильный телефон? Он потому и мобильный, что к конкретной станции не привязан. Он улавливает самый сильный сигнал от ближайшей станции и меняет их по мере того, как вы двигаетесь. Базовые станции же сегодня есть практически в каждом уголке Земли. Каждая из них отвечает за свою зону покрытия. Схематически территория покрытия сильно напоминает пчелиные соты. Потому, собственно, и телефоны называют сотовыми. Существуют ещё спутниковые и радиотелефоны, и аппараты магистральной связи. Но сотовая связь сегодня - самая распространённая. Потому, видимо, и присвоила себе сразу два названия.

Принцип работы мобильного телефона

Работает мобильный телефон следующим образом:

1. Первым делом необходимо вставить сим-карту в телефон.
2. После этого мобильный телефон начинает сканировать все доступные частоты. Их, между прочим, больше 160.
3. Из этой массы аппарат выбирает 6 самых сильных сигналов и записывает их на сим-карту. Это сигналы уже конкретно вашей сети. Кстати, сим-карта сама по себе - непростое устройство. У неё своё программное управление и свой уникальный идентификационный номер, и даже свой, личный цифровой пароль.
4. Когда абонент звонит, телефон передаёт информацию на станцию с самым мощным сигналом, такие станции называются BTS (базовые станции сетей).
5. Информация попадает к оператору-контроллеру локальной зоны (LAC), который, в свою очередь, передает информацию в центр, контролирующий определенную географическую зону (MSC). Там находят свободный канал и соединяют вас с вашим собеседником, только действия происходят в обратном порядке (MSC - LAC - BTS - телефон).
6. А вот разговор - процесс крайне сложный. Голос разбивается на отрезки по 20 миллисекунд.
7. После этого, все переводится в цифровой формат, и специальная система кодирует его.
8. А уже зашифрованные сигналы кодируют ещё раз - убирают все посторонние шумы.
9. Кодированный сигнал, перед воспроизведением у получателя, проходит преобразование в голос в обратном порядке кодирования.
10. Таким образом вы слышите голос нашего собеседника.

История создания телефона

Разобравшись с тем, как сделан телефон, можно вспомнить о том человеке, который его изобрел.

Изобретателем проводного телефона считается Александр Белл, хотя, если быть честными, первенство принадлежит итальянцу Антонио Меуччи. Он первый, ещё в 1860 году, понял, что звуковую вибрацию можно превратить в электрические импульсы. А именно благодаря этому принципу голос можно передавать по проводам. Меуччи был хорошим изобретателем, но плохим бизнесменом. А вот Александр Белл, как раз, прекрасно умел превращать новинки в деньги. Хотя и сам был неплохим изобретателем, что и позволило ему по достоинству оценить новшество итальянца.

За прошедшие 20 лет мобильная связь прошла путь от предмета роскоши до массовой услуги, доступной даже школьникам. Многие из нас, пользуясь мобильным телефоном, даже представляют из чего он состоит. Да в принципе это нам и не к чему, если пользоваться им по его прямому назначению. Но есть среди нас и любознательные, которые всегда хотят знать, что находится внутри. Для них и предназначена данная статья об устройстве сотового телефона.

Современные мобильные телефоны уже превратились в многофункциональные комбайны. Производители оснащают телефоны помимо средства связи функциями радио, плеера, фотоаппарата, диктофона и т.п. Телефон давно стал помощником в повседневных делах и любимой игрушкой. Так, что же он имеет внутри?

Мобильный телефон имеет довольно сложное устройство, основообразующим элементом которого является электронная плата, к которой подключаются все остальные комплектующие. Если проводить аналогию с компьютером, то это материнская плата. К ней уже подключаются остальные запчасти для сотовых телефонов такие, как дисплей, антенна и другие составляющие. Подобно ноутбукам, данные платы в сотовых являются индивидуальной вещью для каждой модели. Их форм-фактор и функционал зависят от модели телефонного аппарата.

Детали корпуса

В основном на рынке присутствуют телефоны с тремя видами корпусов: моноблок, "раскладушка", слайдер. Возможны также комбинации и вариации этих трех основных видов. Само собой, что конструкция корпуса влияет и на тип комплектующих внутри. Так, в случае слайдера (или других моделей имеющих подвижные части) внутренние компоненты соединяются при помощи гибких шлейфов. Перетирание таких шлейфов становится одной из главных причин выхода их из строя.

Корпуса-моноблоки включают три основных составляющих: средняя часть, лицевая и задняя панели. Бывает, что задняя панель совмещена с крышкой аккумулятора. В состав "раскладушки" входят верхняя и нижняя части корпуса, а также поворотный механизм. В слайдерах также присутствуют салазки, которые могут иметь различную конструкцию в зависимости от модели.

Практически во всех корпусах клавиатуры имеют идентичную конструкцию и состоят из двух частей. Одна представляет собой клавиши на подложке, а вторая скрыта в корпусе и выполнена в виде подложки с металлическими площадками для замыкания контактов на плате. Клавиатура может быть совмещена с материнской платой, может быть выполнена отдельно от нее.

Аккумулятор

По типу аккумуляторов, которые устанавливаются в сотовых телефонах, их можно разделить на Ni-Mn (никель-металлогидридные), Li-On (литий-ионные), Li-Pol (литий-полимерные). Первый тип на данный момент уже являются устаревшими. Аккумуляторы обоих типов состоят из 2-х частей, самой батареи и электронного блока.

Дисплей

В телефонах присутствуют дисплеи, что называется "всех мастей". Они могут быть черно-белые и цветные и выполняются по различным технологиям. Среди последних можно отметить наиболее распространенные UFB, TFT, STN, OLED и некоторые другие. Все они различаются по качеству выводимого изображения и, соответственно по цене. Если смотреть по конструктивному исполнению, то среди дисплеев можно выделить две основные группы. Первая, это дисплеи, подключаемые к материнской плате на шлейфе, а вторая - это припаиваемые дисплеи.

Прочие запчасти

Кроме того, могут также присутствовать и другие запчасти для мобильных телефонов . Например, это может быть микрофон, динамики, вибромотор, фотокамера и т.п. Назначение таких комплектующих понятно и не требует особых объяснений. Отметим только, что в ряде мобильных телефонов для воспроизведения мелодий и разговора может применяться один динамик, а в других используются разные. Динамики могут фиксироваться на плате или на корпусе. В последнем случае они соединяются с платой при помощи специального разъема. Такая ситуация с микрофоном. Камера, как правило, уже установлена на материнской плате. Важной частью телефона является антенна, которая может быть расположена снаружи или внутри корпуса. Последний вариант наиболее распространенный, хотя модели с внешней антенной также встречаются на рынке.

Ну вот, собственно, и все. Мы рассмотрели все основные части, из которых состоит мобильный телефон. Обзор имеет довольно общее описание, но оно поможет Вам составить представление о том, как устроен современный сотовый телефон.

Как создают телефоны?

Ещё три десятка лет назад мобильный телефон был фантасткой для массового потребителя. А двадцать лет назад - недопустимой роскошью. Сегодня это настолько же обычный предмет, как и зубная щётка. В статье описан процесс создания этого незаменимого, теперь, предмета человеческого быта.

Создание мобильных телефонов

Всё начинается, конечно, не с конвейера. И даже не с кабинета инженеров. Сегодня первые, кто приступают к созданию нового телефона - дизайнеры. До того, как он отправится в массовое производство, телефону предстоит пройти несколько этапов, общих практически для всех фирм-разработчиков.

Приблизительно так выглядит сегодня создание каждого нового мобильного телефона. Само же производство - процесс чрезвычайно сложный и полностью автоматизированный. Дело в том, что сегодня электронные платы мобильного телефона - детали крайне мелкие. И собрать их способен только автомат.

Производители мобильных телефонов

Производителей мобильных телефонов великое множество, и список всё время меняется. Кто-то уходит с рынка, кто-то наоборот - появляется.

Статьи и Лайфхаки

У каждого человека есть один, а порой и несколько мобильных телефонов. И хоть один раз, но каждый задумывался или интересовался, из чего сделан телефон . Интерес понятен, хочется же знать, как и почему работает мобильник и что у него внутри. Кроме того, если вы, к примеру, неплохо бы знать, что делать в случае выхода девайса из строя.

Составляющие телефона

Основных частей несколько. Вот они:

1. Материнская плата. Самый главный элемент телефона. Как и в компьютере, ноутбуке, планшете. Именно на материнской плате расположены все детали, к ней подключается дисплей, аккумулятор. На ней стоят модули оперативной памяти, антенны мобильной связи, модуль GPS, слоты для сим-карт и карты памяти, процессор и все остальные необходимые для работы элементы. Не работающая материнская плата - это не работающий телефон. Проще купить новый аппарат, чем пытаться восстановить поломанную материнскую плату.

2. Дисплей. В смартфонах дисплею отводится две основные роли:
- управляющая;
- информативная.

На дисплей выводится вся информация. С дисплея мы читаем книжки, информацию из интернета, смотрим видео, рассматриваем фотографии. Управление отводится сенсорному слою. Как известно, производство кнопочных девайсов занимает не более 10% от всех выпускающихся мобильных телефонов. Все давно научились управлять, запускать приложения, звонить и отправлять сообщения с помощью сенсора.

Если дисплей не реагирует на нажатия, потёк, треснул, то требуется его замена. В зависимости от давности выпуска модели иногда проще купить с рук точно такую же, чем платить за ремонт и замену дисплея. Особенно, если потребуется заказывать дисплей из-за границы.

3. Аккумулятор. Накопитель энергии для работы всех составляющих смартфона. С него, через контроллёр питания подаётся электрический ток, запускающий работу остальных деталей. Аккумулятор по истечению накопления энергии требует подзарядки от сети. Уровень энергии показывает значок, вынесенный в панель уведомления на экране. Нередко туристам приходится нетрадиционными способами, поэтому за данным индикатором приходится следить.

Дополнительные составляющие

Далее перечислим дополнительные составляющие, наличие которых никак не скажется на работе основных функций телефона. Однако, их наличие приносит массу удовольствий, появляются дополнительные полезные возможности и функции телефона, работа с устройством становится разнообразнее.

Список следующий:
- камера;
- вспышка;
- стереодинамики;
- GPS;
- дополнительные порты (HDMI, разъём для подключения гарнитуры-наушников) и другое.

Если хотите разобраться подробнее из чего сделан телефон, то тогда дорога на узкоспециализированные форумы. Хотя бы по ремонту мобильных телефонов.

Оправдана. Условно, структурную схему мобильного телефона можно разделить на несколько функциональных блоков. Стоит отметить, что их содержание не всегда соответствуют распределению компонентов на печатной плате.

В результате прогресса технологий в области микроэлектроники, происходит повышение степени интеграции элементов и увеличение числа функций, выполняемых интегральными схемами. Несмотря на это, при производстве мобильного телефона, производители используют от 300 до 600 компонентов (пассивных и активных).

Условно, чтобы показать устройство мобильного телефона, в структурной схеме мобильного телефона можно выделить несколько функциональных блоков:

Радиоблок,

Аудиоблок,

Блок логики,

SIM-карта сотового телефона,

Блок питания,

• Вибратор.

Радиоблок.

Радиоблок выполняет функции приема и передачи и управляется блоком логики. Радиоблок имеет важное значение, при его производстве требуется тщательное исполнение, несмотря на это он является не самой сложной частью мобильного телефона. В основном он состоит из фильтров, малошумящих усилителей, управляемых генераторов, схем демодуляции и модуляции.

Радиоблок должен использовать все возможности антенны, размеры которой максимально уменьшены. Как ожидается, со временем антенны мобильных телефонов станут компонентом поверхностного монтажа. К задачам радиоблока также относят высокую эффективность использования энергии, для обеспечения работы мобильного телефона в течение нескольких часов в режиме передачи от батареи средней емкости.

Передающий блок работает только во время связи. Им передаются пакеты данных, при переходе мобильного телефона из одной соты в другую или по запросу сети. Аналогичные процессы происходят и во время звонка (так как перед началом звонка мобильный телефон подтверждает свое нахождение в сети).

Радиоблоки различных моделей мобильных телефонов имеют различные технические характеристики. На территориях с неустойчивой связью некоторые модели мобильных телефонов, обслуживающиеся одним оператором сотовой связи, работают устойчиво, другие нет.

Нередко модели телефонов, имеющих хорошие показатели автономной работы, имеют небольшой радиус действия в «сложный условиях». Устройство многодиапазонных мобильных телефонов допускает компромиссы, определенные их концепцией.

Производители располагают радиоблок на печатной плате как можно ближе к антенне. В отношении радиоблока принимаются строгие меры предосторожности относительно электромагнитной совместимости. Объясняется это тем, что он расположен рядом со схемами, обладающими большой чувствительностью.

Аудиоблок.

В состав аудиоблока (блок обработки сигнала основной полосы) за исключением собственных схем входят также микротелефон, микрофон, а при оснащении мобильного телефона комплектом hands free (громкоговоритель) еще и динамик.

Основной функцией данного блока является декодирование и кодирование сигналов с помощью кодека (декодера-кодера). За исключением функций цифро-аналогового и аналого-цифрового преобразования аудиоблок применяется для декомпрессии и сжатия данных. Это необходимо для получения при низкой скорости передачи данных хорошего звука.

На сегодняшний день этот блок практически всегда выполнен на базе цифрового процессора сигналов DSP. Мощность обработки сигналов оказывается достаточной для внедрения таких функций как распознавание речи.

Между аудио и радиоблоком расположен квадратурный I/Q-модулятор, изменяющий фазы передаваемых битов на 90°, и демодулятор, который выполняет обратное преобразование.

Блок логики.

Микропроцессор является «сердцем» любого мобильного телефона. Им выполняются сложные логические операции, которые запрограммированы в памяти. Все функциональные особенности конкретной модели мобильного телефона заложены в программе микропроцессора.

Кроме дисплея и клавиатуры, которые согласно стандарту GSM определяются как интерфейс «машина-человек», блоком логики управляется зуммер, который выполняет роль звонка, устройство вибрации, блоки радио и аудио, устройство для считывания данных с SIM-карт и устройство для заряда аккумуляторных батарей.

Помимо этих периферийных устройств в состав блока логики входит энергонезависимая защищенная память, в которой находятся «конфиденциальные данные» (IMEI - идентификационный номер мобильного телефона, коды «отпирания»).

SIM-карта сотового телефона.

SIM-карта является ключом аутентификации и идентификации владельца мобильного телефона. Она устанавливается в соединительное устройство, которое связано с блоком логики с помощью схем сопряжения.

SIM-карта является асинхронной чип-картой, соответствующей стандартам GSM 11.11 и ISO 7816.

SIM-карта оснащена мощным микропроцессором, способным с помощью соответствующих команд «общаться» с микропроцессором телефона. На данный момент процессор карты начинает конкурировать с микропроцессором телефона. Помимо управления к доступу данных, SIM-картой осуществляется добавление собственных меню (технология SIM Toolkit) или выполнение приложений (электронный кошелек, навигатор Internet).

В будущем, вне всякого сомнения, мобильные телефоны будут производиться с двойным разъемом (dual-slot). Второе устройство для считывания будет способно работать не только с SIM, но и банковской картой.

Блок питания.

На данный момент в мобильных телефонах используются литиево-ионные (Li-ion), никель-металлогидридные (Ni-MH) и никель-кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторные батареи. Эти батареи обеспечивают достаточный уровень автономной работы.

Основной функцией блока питания является обеспечение различных схем сотового телефона необходимыми для их работы величинами напряжений до разряда аккумуляторной батареи.

Часто блок питания состоит из нескольких стабилизаторов (импульсных или линейных).

Как правило в мобильных телефонах используются аккумуляторные батареи 3,6 В (три каскада по 1,2 В). Она обеспечивает питание каскадов радиоблока (напряжение 3,0 В), другие части радиоблока (2,8 В) и схемы обработки сигналов основной полосы (2,0 В).

SIM-карта и блок логики обычной используют напряжение 3 В или, при использовании повышающего импульсного трансформатора, 5 В.

Другой функцией блока питания является управление аккумуляторной батареей. Для этого используются схемы заряда и схемы, использующиеся для индикации состояния заряда/разряда батареи.

В мобильных телефонах применяются четвертьволновые штыревые антенны. Длина антенн составляет 8 см для GSM 900 и 4 см для GSM 1800, в соответствии с используемыми частотами.

Часто применяются миниатюрные антенны, припаянные к печатной плате мобильного телефона. Так же стоит отметить, что со временем антенны мобильных телефонов превратятся в элементы поверхностного монтажа.

Вибраторы.

Вибраторы, которыми оснащены мобильные телефоны, заменяют звонок в случаях, когда необходимо соблюсти конфиденциальность.

Вибраторы, применяемые в мобильных телефонах, работают на электромагнитном принципе. Входящих в их состав микродвигатель приводит в движение элемент типа эксцентрика. Вращение этого элемента (довольно массивного) вызывает сильную вибрацию, хорошо ощутимую и бесшумную.

Вибраторы потребляют по сравнению со звуковыми устройствами значительно большее количество энергии. Ток потребления при этом составляет прядка 100 мА, что при частом использовании вибратора приведет к быстрому разряду аккумуляторной батареи.