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O que há dentro de um celular

O que há dentro de um celular

O telefone móvel ou telefone celular, como é freqüentemente chamado, é igualmente importante para a rede na operação da rede completa de telecomunicações celulares. Apesar do grande número que são produzidos, eles ainda custam uma quantia significativa para serem fabricados, descontos sendo oferecidos aos usuários como incentivos para usar uma determinada rede. Seu custo é um reflexo da complexidade da eletrônica do telefone móvel. Eles abrangem várias áreas diferentes da eletrônica, desde a radiofrequência (RF) ao processamento de sinais e processamento geral.

O design de um telefone celular é particularmente desafiador. Eles precisam oferecer altos níveis de desempenho, embora possam caber em um espaço muito pequeno e, além disso, o circuito eletrônico precisa consumir muito pouca energia para que a vida entre as cargas possa ser mantida.


Conteúdo do celular

Os telefones celulares contêm uma grande quantidade de circuitos, cada um deles cuidadosamente projetado para otimizar seu desempenho. O telefone celular compreende eletrônicos analógicos, bem como circuitos digitais que variam de processadores a eletrônicos de display e teclado. Um telefone celular normalmente consiste em uma única placa, mas dentro dela existem várias áreas funcionais distintas, mas projetadas para se integrar a um telefone celular completo:

  • Frequência de rádio - receptor e transmissor
  • Processamento de sinal digital
  • Conversão analógica / digital
  • Processador de controle
  • Cartão SIM ou USIM
  • Controle de energia e bateria

Elementos de radiofrequência

A seção de radiofrequência do telefone móvel é uma das áreas cruciais do design do telefone celular. Esta área do telefone móvel contém todos os circuitos transmissores e receptores. Normalmente, técnicas de conversão direta são geralmente usadas no projeto do receptor de telefone celular.

A saída do sinal do receptor é aplicada ao que é denominado demodulador IQ. Aqui, os dados na forma de componentes "Em fase" e "Quadratura" são aplicados ao demodulador IQ e os dados brutos extraídos para processamento posterior pelo telefone.

No lado da transmissão, um dos principais elementos do projeto do circuito é manter o consumo da bateria no mínimo. Para o GSM, isso não é um grande problema. A modulação usada é Gaussian Minimum Shift Keying. Esta forma de sinal não incorpora variações de amplitude e, portanto, não precisa de amplificadores lineares. Esta é uma vantagem distinta porque os amplificadores de RF não lineares são mais eficientes do que os amplificadores de RF linear.

Infelizmente o EDGE usa o chaveamento de fase de oito pontos (8PSK) e isso requer um amplificador de RF linear. Como os amplificadores lineares consomem consideravelmente mais corrente, esta é uma desvantagem distinta. Para superar esse problema, o projeto do telefone móvel é organizado de forma que as informações de fase sejam adicionadas ao sinal em um estágio inicial da cadeia do transmissor e as informações de amplitude sejam adicionadas ao amplificador final.

Conversão Analógico para Digital

Outra área crucial de qualquer projeto de telefone móvel é o circuito que converte os sinais entre os formatos analógico e digital que são usados ​​em diferentes áreas. As seções de radiofrequência do projeto usam técnicas analógicas, enquanto o processamento é totalmente digital.

O circuito de conversão digital / analógico permite que a voz seja convertida de analógico ou digital em um formato digital para o caminho de envio, mas também entre digital e analógico para o caminho de recepção. Ele também fornece funções como fornecer tensões analógicas para orientar o VCO no sintetizador, bem como monitorar a tensão da bateria, especialmente durante o carregamento. Ele também fornece a conversão dos sinais de áudio de e para o microfone e fone de ouvido, para que possam interagir com as funções de processamento de sinal digital.

Outra função que às vezes pode ser incluída nesta área do design do telefone móvel ou no DSP é a dos codecs de voz. Como os dados de voz precisam ser compactados para permitir que sejam contidos na taxa de dados máxima permitida, o sinal precisa ser compactado digitalmente. Isso é feito usando o que é denominado codec.

Existem vários esquemas de codec que podem ser usados, todos eles geralmente suportados pelas estações base. O primeiro a ser usado no GSM era conhecido como LPC-RPE (Linear Prediction Coding - Regular Pulse Excitation). No entanto, outro esquema conhecido como AMR (Adaptive Multi-Rate) agora é amplamente usado, pois permite que a taxa de dados seja reduzida ainda mais quando as condições permitirem, sem prejudicar muito a qualidade da fala. Ao reduzir a taxa de dados de voz, mais capacidade é liberada na rede.

Processamento de sinal digital

Os componentes DSP do design do telefone móvel realizam todo o processamento do sinal. Processos como a filtragem de radiofrequência e condicionamento de sinal nas frequências mais baixas são realizados por este circuito. Além disso, a equalização e a correção dos efeitos de multicaminho são realizadas nesta área do projeto.

Embora esses processadores sejam tradicionalmente famintos por corrente, os processadores de corrente permitem que o processamento do sinal seja realizado de uma maneira muito mais eficiente em termos de energia do que se fossem usados ​​circuitos analógicos.

Processador de controle

O processador de controle está no centro do design do telefone. Ele controla todos os processos que ocorrem no telefone a partir da MMI (interface homem-máquina) que monitora os pressionamentos do teclado e organiza a exibição das informações na tela. Ele também cuida de todos os outros elementos do MMI, incluindo todos os menus que podem ser encontrados no telefone.

Outra função do processador de controle é gerenciar a interface com a estação base da rede móvel. O software necessário para isso é conhecido como pilha de protocolo e permite ao telefone registrar, fazer e receber chamadas, encerrá-las e também lidar com as transferências que são necessárias quando o telefone passa de uma célula para a outra. Além disso, o software formata os dados a serem transmitidos no formato correto com códigos de correção de erros incluídos. Conseqüentemente, a carga neste processador pode ser bastante alta, especialmente quando há interações com a rede.

Os protocolos usados ​​para interagir com a rede estão se tornando cada vez mais complicados com a progressão de 2G para 3G. Junto com o número crescente de aplicativos de aparelhos, a carga no processador está aumentando. Para combater isso, o projeto para esta área do circuito telefônico geralmente usa processadores ARM. Isso permite que altos níveis de processamento sejam alcançados para níveis relativamente baixos de drenagem de corrente.

Uma outra aplicação tratada por esta área do design do telefone móvel é o monitoramento do estado da bateria e o controle do carregamento. Em vista do monitoramento e controle sofisticados necessários para garantir que a bateria seja carregada corretamente e o usuário possa ser informado sobre o nível de carga restante, esta é uma área importante do projeto.

Bateria

O design e a tecnologia das baterias evoluíram consideravelmente nos últimos anos. Isso permitiu que os telefones celulares funcionassem por muito mais tempo. Inicialmente, células de níquel-cádmio foram usadas, mas estas migraram para células de níquel-hidreto metálico e depois para células de íon lítio. Com os telefones se tornando menores e precisando operar por mais tempo com uma única carga, a capacidade da bateria é muito importante e o tempo todo o desempenho dessas células está sendo aprimorado.

Embora os telefones celulares sejam uma das peças mais comuns de equipamentos eletrônicos hoje em dia, eles são complicados por dentro. Uma compreensão dos fundamentos do telefone móvel pode muitas vezes ser útil quando se olha para o modo como uma rede celular e a tecnologia celular em geral funcionam.

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