手机原理

yangjun19831106

手机之所以能相互通信，笔者认为它是由三部分协调工作的结果，这三部分分别为射频部分、逻辑部分和电源部分，要了解手机的工作原理其实只要了解这三部分是如何工作的就可以了，下面笔者就对这三个部分的工作原理进行分别地介绍。
射频部分
通常射频部分，又是由接受信号部分和发送信号部分组成。手机在接受信号时，首先利用天线把接收到的935-960MHz的射频信号，经U400、SW363，将发射信号的接收信号分开，使收发互不干扰。从U400的第四脚输入第五脚输出，进入接收前端回路。U400的工作状态受第三脚电位的控制，而第三脚电位又受到来自CPU的TXON、RXON信号的控制。经过天线开关的射频信号首先经过带通滤波器FL451的滤波，再送入高频放大管Q418进行放大，Q418的输出经FL452滤波后送Q420混频管进行混频。而本机振荡信号由RXVCO产生，并以FL453滤波后送Q420的基极进行混频，取其差额，从Q420的集电极输出153MHz的中频信号，经FL420滤波后得到153MHz纯净的中柴油机信号，现经Q421放大后送U201的31脚，153MHz的中频信号与153MHz的载波信号在32D53内解调产生RXI和RXQ模拟基带信号，经U201的46#和48#送U501的14#和15#。在U501内经A/D转换后送数字信号处理器做进一步的处理。153MHz的载波由U201的41#、42#、43#接外围电路所构成的306MHz振荡电路，形成306MHz卉波信号，经二频后形成153MHz载波。对于发送部分，从501的21#、22#、23#、24#输出的TXIN、TXIP、TXQN、TXQP发射频带信号进入U201的61#、62#、63#、64#。U201的6#、7#、10#外接一个216MHz的VCO，产生216MHz的载波信号，该信号经U201内的分频器分频产生108MHz的发射中频信号。四路调制信号在U201内完成108MHz载波调制从第4脚输出到U300的4#。U300完成发射取样信号与TXVCO相温柔频，取其差额得108MHz信号与4#输入的TXIF鉴相，产生鉴相误差电压，从第8脚输出去控制变容二极管CR300的容量来改变TXVCO的振荡频率，从Q300的C极输出890-915MHz的发射信号经Q301前级放大和Q302推动后进入功放Q302，放大后的信号进入天线U400的第1脚，再从U400的4#送天线发射出去。
逻辑部分
在逻辑部分，接收的RXI、RXQ模拟基带信号在调制解调器U501内部完成D/A转换、解密及自适应均衡后将数字基带信号从U501的6#送入CPU的10#，在CPU内进行信道解码，去掉纠错码源以及取实控制信息以后，恢复的话音数据流经数据线和地址线，传送到语音器U801进行解码。产生的数字话音信号从U801的78#送到PCM解码器U803的8#。数字话音信号在PCM解码器内完成减压以及A/D转换，再通过数字音量定位器，对接收信号、音量进行调整，再由U803的4#，输出模拟音频信号到U900的6#和21#。6#输入的振铃信号，经内部的振铃驱支放大以后，从U900的4#、5#输出去驱动振铃器发间音频信号，从21#输入，经内部的音频放大器以后，从19#、20#输出放大的话音信号去推动听筒发声。 当我们用户在讲话时，话音经听筒的声电转换以后送入电源集成电路U0-的9#，经内部的音频放大以后，从10#输出放大的模拟音频信号。该信号在送到PCM编解码器U803的18#在U803内部完成PCM编码。从13#输出PCM信号送到语音编码器801的89#，在U801内进语音数据线和地址线将话音数据液流磅到中央处理器U701，话音数据流在U701完成信道编码以后，经U701的11#送到调制解庙器U501的4#，信号在U501内进行D/A转换，加密等处理以后，将产生的四路调制信号TXIP、TXIN、TXQP、TXQN送到收发中频电路U201，以产生发射中频ITX、IF信号。
电源部分
至于电源部分，我们一旦给手机装上电池以后，电子Q999打通；同时32D54的48#与电源正极接通，此时我们如果再按一下开机键，U900的24#变为低电平，U900的稳夺输出四路电压分别为R275V、L2.75V、R4.75V、L5.0V。第30#产生复位信号和第27#产生开机申请信号。由32D53和13MHz晶体以及变压二极管共同构成13MHz时钟振荡器产生13MHz时钟，在32D53内部整形和放大以后从第59#输出送缓冲接口电路U703的17#，又从U703的第37#送CPU的50#送开机维持信号到U900的29#，维持正常开机。另外Q202、Q203的集电极电压均为2.75V，供给32D53内部接收或发射电路的电源。U900第3#送出的L5.0V给负电压产生电路供电。版本，SIM卡和PCM编解码器U803也是L5.0V供电。U900第28#送出的R2.75V电压给所有逻辑模块供电。U900第28#送出的2.75V电压供给射频部分。U900第41#送出的R4.75V电压给收发中频电路32D53代电，U900第37#输出的VXW转换电压给Q202和Q203的发射极供电。
由于各个手机的型号和出产厂商不一样，上面介绍的工作原理可能不适用于某些手机，但大致的工作流程应该是一样的。
二、手机制造相关知识
现在的手机已经渐渐脱离了单纯通讯工具的身份，逐渐转变成为一个多媒体和信息的终端设备，未来日常的沟通、娱乐、理财等活动，都是可以透过手机来进行。当大家在每一次看到一部新奇而又拥有高性能、鲜亮的外观设计的手机出现时，各位是否有这样的好奇心，这样的手机到底是怎么设计和制造出来的呢？
所以今天我们尝试用一个技术的客观角度，来简单描述手机设计部门的构造与及部门与部门之间的关系，最后向大家展示手机由制造到面世前的种种测试，好让大家更进一步了解手机，更加珍惜你的爱机，或许你日后不会轻易的更换它了吧！

一、手机的设计流程
用一个较简单的阐释，一般的手机设计公司是需要最基本有六个部门：ID、MD、HW、SW、PM、Sourcing、QA。
1、ID(Industry Design)工业设计
包括手机的外观、材质、手感、颜色配搭，主要界面的实现与及色彩等方面的设计。

例如摩托罗拉“明”翻盖的半透明，诺基亚7610的圆弧形外观，索爱W550的阳光橙等。这些给用户的特别感受和体验都是属于手机工业设计的范畴，一部手机是否能成为畅销的产品，手机的工业设计显得特别重要！
2、MD(Mechanical Design)结构设计
手机的前壳、后壳、手机的摄像镜头位置的选择，固定的方式，电池如何连接，手机的厚薄程度。如果是滑盖手机，如何让手机滑上去，怎样实现自动往上弹，SIM卡怎样插和拔的安排，这些都是手机结构设计的范畴。繁琐的部件需要MD的工作人员对材质以及工艺都非常熟识。

摩托罗拉V3以 13.9mm的厚度掀起了手机市场的热潮，V3手机以超薄为卖点，因为它的手机外壳材质选择十分关键，所以V3的外壳是由技术超前的航空级铝合金材质打造而成。可以这样说，特殊外壳材质的选择成就了V3的成功。
另外有个别用户反应在使用某些超薄滑盖手机的时候，在接听电话时总能感觉到手机前壳的左右摇动，这就是手机结构设计出了问题，由于手机的壳体太薄，通话时的扬声器振动很容易让手机的机身产生了共振。
3、HW(Hardware) 硬件设计
硬件主要设计电路以及天线，而HW是要和MD保持经常性的沟通。
比如MD要求做薄，于是电路也要薄才行得通。同时HW也会要求MD放置天线的区域比较大，和电池的距离也要足够远，HW还会要求ID在天线附近不要放置有金属配件等等。可想而知一部内置天线的设计手机，其制造成本是会较一部外置天线设计的手机贵上20-25%，其主要因素就是天线的设计，物料的要求与及电路的设计和制造成本平均都是要求较高一些。

通常结构设计师(MD)与工业设计师(ID)都会有争论，MD说ID都是画家，画一些大家做不出来的东西，而ID会说MD笨，不按他们的设计做，所以手机卖得不好。所以，一款新的手机在动手设计前，各个部门都会对ID部门的设计创意进行评审，一个好的ID一定要是一个可以实现的创意，并且客户的体验感觉要很好才行。当年摩托罗拉V70的ID就是一个很好的实现创意例子，后期市场的反应也不错，而西门子的Xelibri的创意虽然也很好，也可实现，但可惜的是最终客户的使用感觉并不好，所以一个真正好的创意，不但要好看，可实现，而且还要好用。

另外HW也会与ID吵架，ID喜欢用金属装饰，但是金属会影响了天线的设计以及容易产生静电的问题，因此HW会很恼火，ID/MD会开发新材料，才能应付ID的要求。诺基亚8800就是一个好例子，既有金属感，又不影响天线的接收能力。
4、SW(Software)软件设计
相对来说，SW是更容易为大家所理解，由于计算机的普及，让我们最大程度地接触了各种各样的软件，手机操作界面的模式，大家经常看到的手机九官格操作菜单的实现，这都是SW设计的范畴。

SW要充分考虑到界面的可操作性，是否人性化，是否美观的因素。SW的测试非常复杂，名目繁多，SW的测试不仅只是在寻找Bug，一致性的测试、兼容性的测试等都是非常重要的项目，在目前“内容为主”的信息时代，软件才是手机的最终幕后支柱，硬件的驱动是软件来实现，软件和硬件的工程师之间的冲突相信是不会比其它部门少，这种关系的绕来绕去，所以便需要有PM(Project Management)项目管理来协调了。
5、PM(Project Management)项目管理
大规模公司的PM都分得非常细致，比如TPM (Technologly Of Project Management)，即专门管技术的PM，而普通的PM，只管理项目的进度各协调工作，PM这个部门通常存在于那些自己设计，自己生产，自己销售手机的公司，AM（Account Manager）的职位恐怕大家都不陌生，作为客户经理，对公司内部是代表客户提出要求，对外则代表公司的整体形象，在两者之间起着不可或缺的桥梁作用。

6、Sourcing资源开发部
资源开发部的员工要不停地去挖掘新的资源，如新材质、新的手机组件、测试器材等，当手机开始试产时，他们要保证生产线上所需要的所有生产物料齐备。

手机进行小批量试生产，考察的不仅是软/硬件的成熟度，还包括考察生产工艺和生产的测试技术，有些手机在进行到这个阶段时，却通过不了这一关的话，最后是以失败告终。于是这款新设计的手机便不会出现在市场上了，而投入的开发资金和人力却付之流水，是一个极大的损失。
7、QA(Quality Assurance)质量监督
QA部门负担起整个流程质量保证的工作，督促开发过程是否符合预定的流程，保证项目的可生产性，有很多新设计的手机，就因为碰上了不可生产的某种因素而放弃了。

生产一部手机不是在实验室内做实验那么简单，一旦生产就是成千上万部，要保证每一部产品的优质绝非一件简单容易的事。生产一部手机的样品和生产10万部手机完全是两码子事。
举例：中国的菜馆出的都是样品，麦当劳做的是产品，所以麦当劳可以做得很大，而且到目前为止，中国的菜馆暂时还没有做到像麦当劳的规模是事实，所以手机设计公司才会建立起很多流程来防止出现设计研制出来的手机却不能投入生产的情况。
不仅如此，一款手机的成功上市，能够卖个满堂红，仍然是需要与大众手机用户有亲密的接触，并且经过用户的反馈以及快速的改善才能成功。
二、鲜为人知的手机测试项目
1、压力测试
用自动测试软件连续对手机拨打1000个电话，检查手机是否会发生故障。倘若出了问题，有关的软件就需要重新编写了。所以有时候手机上会出现不同的软件版本存在的情况，其实告诉大家一个秘密，手机的版本越多，这可以证明该手机在推出发售前，未经过充分的测试工作便发售了。


2、抗摔性测试
抗摔性测试是由专门的Pprt可靠性实验室来进行，0.5m的微跌落测试要做300次/面(手机有六个面)。而2m的跌落测试每个面需各做一次，还仿真人把手机抛到桌面，而手机所用的电池，也要经过最少4m的高度，单独的向着地面撞击跌落100次而不能有破裂的情况出现。

3、高/低温测试
让手机处于不同温度环境下测试手机的适应性，低温一般在零下20摄氏度，高温则在80摄氏度左右。


4、高湿度测试
用一个专门的柜子来作滴水测试，仿真人出汗的情况(水内渗入一定比例的盐分)，约需进行30个小时。


5、百格测试(又称界豆腐测试)
用H4硬度的铅笔在手机外壳上画100格子，看看手机的外壳是否会掉下油漆，有些要求更严格的手机，会在手机的外壳上再涂抹上一些“名牌”的化妆品，看看是否因有不同的化学成分而将手机的油漆产生异味或者掉漆的可能。

6、翻盖可靠性测试
对翻盖手机进行翻盖10万次，检查手机壳体的损耗情况，是用一部翻盖的仿真机来进行，它可以设置翻盖的力度、角度等

7、扭矩测试
直机用夹具夹住两头，一个往左拧，一个往右拧。扭矩测试主要是考验手机壳体和手机内面大型器件的强度。


8、静电测试
在北方地区，天气较为干燥，手摸金属的东西容易产生静电，会引致击穿手机的电路，有些设计不好的手机就是这么样突然损坏了。进行这种测试的工具，是一个被称为“静电枪”的铜板，静电枪会调较到10-15KV的高压低电流的状况，对手机的所有金属接触点进行放电的击试，时间约为300ms-2s左右，并在一间有湿度控制的房间内进行，而有关的充电器(火牛)也会有同样的测试，合格才能出厂发售。

9、按键寿命测试
借助机器以给设定的力量对键盘击打10万次，假使用户每按键100次，就是1000天，相当于用户使用手机三年左右的时间。
10、沙尘测试
将手机放入特定的箱子内，细小的沙子被吹风机鼓吹起来，经过约三小时后，打开手机并察看手机内部是否有沙子进入。如果有，那么手机的密闭性设计不够好，其结构设计有待重新调整。
此外，手机的测试还包含了更多更离奇的测项目，比如把手机放在铁板上打电话加以测试，由于此时磁场发生了变化，什么情况都会发生，例如寻找不到SIM卡等。

用铁丝在手机底部连接器内拨来拨去，主要是要考虑到手袋内有锁匙的情况下，是否会令手机出现短路的问题。
还有故意把充电器/电池反接测试，看看手机的保护电路设计是否能正常运作，靠近日光灯打电话的测试，人体吸收电磁波比例的测试，以及靠近心脏起博器打电话的测试等等，上述所提及的各种测试都是不可少的。

阳光无线

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