Предмет Радиотехника Мобильный телефон стандарта GSM

Предмет «Радиотехника»

Мобильный телефон стандарта GSM представляет собой промышленное изделие высокой сложности, объединяющее в своем очень небольшом по размеру корпусе множество самых современных электронных аппаратов (рис. 3. 1)

На рис. 3. 2. представлена примерная структурная схема телефона, условно разделенного на некоторое число функциональных блоков, которые не всегда соответствуют реальному распределению компонентов по печатным платам.

Внешний вид печатной платы приведен на рис. 3. 3 и 3. 4. Прогресс технологий в области микроэлектроники приводит к повышению степени интеграции элементов и увеличению числа функций, выполняемых каждой ИС. На сегодняшний день для создания тлф высокого уровня производителям все еще требуется от 300 до 600 компонентов (активных и пассивных).

Он является не самой сложной частью тлф. Этот блок совмещает функции передачи и приема, которые в значительной степени управляются блоком логики, и состоит в основном из малошумящих усилителей, фильтров, управляемых генераторов, а также схем модуляции и демодуляции.

Радиоблок должен максимально использовать возможности антенны, которая уменьшена до минимального размера и в скором времени превратится в компонент поверхностного монтажа на основной печатной плате. От него также требуется высокая эффективность использования энергии, чтобы обеспечить мобильному тлф работу в режиме передачи в течение нескольких часов при питании от батареи средней емкости.

Передающий блок функционирует только во время телефонной связи: он передает короткие пакеты данных, когда мобильный переходит из одной соты в другую или когда по запросу сети периодически сообщает свое место положение. То же самое происходит перед тем, как тлф зазвонит (поскольку сначала от подтверждает свое присутствие в сети), или при получении SMS-сообщения (когда он подтверждает, что сообщение получено.

Технические характеристики радиоблоков различных моделей различны. На территориях, имеющих недостаточное покрытие, некоторые тлф могут работать устойчиво, а другие нет, даже если они обслуживаются одним оператором.

На основной печатной плате радиоблок располагается как можно ближе к антенне и является объектом, в отношении которого предпринимаются строжайшие меры предосторожности с точки зрения электромагнитной совместимости. Это объясняется тем, что он находится всего в нескольких сантиметрах от схем, обладающих высокой чувствительностью, в то время как хорошо известно, что работающий мобильный тлф GSM может вызвать помехи в радиусе нескольких метров.

В состав аудиоблока, или блка обраболтки сигнала основной полосы, помимо схем, обеспечивающих его работу, входят микрофон и микротелефон, а если тлф оснащен комплектом типа hands free, то еще и динамик. Одной из основных функций данного блока является кодирование и декодирование сигнала при помощи кодека (иначе КОдера -ДЕКодера).

Т. о. к функциям АЦП и ЦАП добавляются сжатие и декомпрессия данных, необходимые для получения хорошего качества звука при низкой скорости передачи данных. Аудиоблок выполняется на базе цифрового процессора сигналов DSP, хорошо адаптированного к таким действиям в режиме реального времени.

Большая мощность обработки сигнала позволяет внедрить такие «продвинутые» функции, как встроенный блок hands free или даже распознавание голоса. Между аудио- и радиоблоками расположен квадратурный I/Q модулятор, который преобразует передаваемые биты в изменение фазы на 90º, и соответствующий демодулятор, выполняющий преобразование.

Разделение функций между блоками обработки сигнала «основной полосы» и «логикой» более размыто, поскольку последний оснащен микропроцессором, к семейству которого теоретически можно причислить и цифровой процессор сигналов. Поэтому за неимением одного единого процессора, осуществляющего все функции, вполне можно доверить несколько чисто логических задач процессору сигналов, если у него остается некоторое время, или наоборот, передать на выполнение небольшую часть обработки сигналов основному микропроцессору.

Основной микропроцессор, который является настоящим «сердцем» мобильного тлф, выполняет сложные логические операции, запрограммированные в памяти, которую можно обновлять дистанционно. Именно в программе микропроцессора заложены все функциональные особенности аппарата, начиная с системы меню.

Помимо клавиатуры и дисплея блок логики управляет зуммером, выполняющим роль звонка, устройством вибрации, блоками аудио и радио (синтезатором частот), устройством для считывания SIM-карт и даже устройством для заряда батарей. Добавим к этому списку энергозависимую защищенную память, в которой записаны «конфиденциальные» данные, такие как коды «отпирания» или идентификационный номер (IMEI) мобильного тлф.

Подключение к определенным контактом универсального соединительного разъема тлф позволяет технически специалистам вести «диалог» с микропроцессом при помощи соответствующего терминала и осуществлять т. о. множество операций, обычно недоступных конечному пользователю.

SIM-карта – настоящий ключ идентификации и аутентификации владельца мобильного тлф. Она устанавливается в специальное соединительное устройство, связанное с блоком логики при помощи соответствующих схем сопряжения. SIM-карта (рис. 3. 5) – это асинхронная чипкарта, соответствующая одновременно спецификациям и стандарта ISO 7816, и стандарта GSM 11.

SIM-карта работает согласно протоколу Т=0, а ее классом ISO является класс A 0 h. Если SIM-карту вынуть из тлф, то ее можно вставить в любое устройство для считывания чип-карт, использующих данный протокол. При этом надо будет склеить кусочки карты с помощью клейкой ленты, если тлф использует карту микроформата, полученную из карты размера ISO, предварительно разрезанную в соответствии с рис. 3. 6.

Вставить рис. со стр. 68

SIM-карта содержит мощный микропроцессор, способный при помощи соответствующих команд вести диалог с микропроцессором тлф, и память с более чем значительным объемом 8 -32 Кб. Не менее важна и мощность операционной системы карты (содержащейся в ней логики).

Последующие поколения мобильных тлф будут относиться к типу dual-slot (с двойным разъемом). При этом второй считывающие устройство будет позволять наряду с SIM-картой работать, например, с банковскими картами.

Используются никель-кадмиевые, никельметаллогидридные или литиево-ионные аккумуляторные батареи. Основная роль БП – обеспечить различные схемы тлф требуемыми для их работы точными величинами напряжений до полного истощения батареи. Поэтому БП содержит несколько стабилизаторов напряжения: линейных – с низким падением напряжения, импульсных.

Тлф оснащен аккумуляторной батареей 3, 6 В (т. е. тремя элементами по 1, 2 В), при помощи которой обеспечивается питание мощных каскадов радиоблока напряжением 3 В, остальной части радиоблока – 2, 8 В и схем обработки сигналов основной полосы – 2 В. Блок логики и SIM-карту питают 3 В или, в случае использования импульсного повышающего трансформатора – 5 В.

Другая функция БП состоит в управлении аккумуляторной батареей. Чаще всего это оказываются схемы заряда, а также схемы, необходимые для постоянной индикации состояния разряда/заряда батареи.

В тлф применяется четвертьволновая «штыревая» антенна. Для используемых частот длина антенны составляет ≈ 8 см для GSM 900 и 4 см для GSM 1800, что соответствует варианту на рис. 3. 9. На рис 3. 10 показана антенна, которая представляет собой четвертьволновой провод в форме пружины, заформованный в пластик или каучук.

Все чаще применяются сверхминиатюрные антенны. Которые припаиваются непосредственно к печатной плате.

Заменяют звонок в тех случаях, когда требуется известная конфиденциальность. Многие вибраторы работают на электромеханическом принципе. Микродвигатель постоянного тока заставляет вращаться с довольно высокой скоростью элемент типа эксцентрика, в большинстве случаев имеющий форму рис. 3. 13. Внешний вид микродвигателя и эксцентрика вибратора на рис. 3. 14

Рис. 3. 14 Внешний вид микродвигателя и эксцентрика вибратора

Вращение подобной, явно несбалансированной и довольно массивной детали, естественно, порождает сильную вибрацию, бесшумную, но хорошо ощутимую.