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说到手机，相信大家都不陌生。 随着科技的发展与社会的进步，人们的物质生活水平也日益提高，人手一部手机已经成为常态，机不离身也已经成为习惯。 手机使用频率如此之高，大家有想过手机由哪些模块构成呢？各个功能模块又是如何工作的呢？今天就让我们细细品聊手机工作原理那些事！  小米 MIX Alpha 手拿一台手机，由外到内大家想的是什么呢？即从结构上看手机由哪些东西组成呢？ 毫无疑问，最先映入眼帘的要么是屏幕，要么是电池后盖。 没错，这个是手机最外面的结构。另外从外观上看应该还有手机中框，中框类似于手机的骨架，撑起整个手机各个结构部分。  手机正反面 再往手机里面看，还有什么呢？ 电池、手机主板、喇叭、听筒、摄像头、马达……，的确，这些都是手机内部的结构模块。 大家想看看拆开手机后盖后里面是什么样子的吗？  手机内部图示 知道了手机各部分的物理结构以后，我们再聊聊手机的具体功能模块。 手机功能模块构成对于一款手机来说，我们可以简单的把手机从功能上分为三个模块： 1.射频模块； 2.基带模块； 3.外围接口模块； 对于射频模块，是手机得以通话的根本。既然说到通话，必然少不了信号的接收，信号的发射，以及信号的处理三个部分。 对于基带模块，是手机的低频部分，低频但是不一定低速，比如手机内存的数据传输速度达到1000MB/S。基带部分最核心的部分就是Soc，它的作用类似于手机的大脑，所有的指令与命令的处理都需要由它来调配和控制。另外还包括手机的电源管理单元以及存储部分，这些都属于基带模块。 对于手机外围接口，是手机的功能拓展部分。包括显示部分，比如Display；包括相机部分，比如Camera拍照录像等；另外还包括触控部分，比如手指触摸的Touch以及指纹等；以及音频部分，比如手机的喇叭、听筒、麦克风、耳机等。 对于他们的关系我们可以采用一张图描述如下：  手机功能模块图示 当然，手机的硬件是主体，如果想要手机正常运行，还需要软件的配合，软件就相当于手机的灵魂一样。合理的软件优化才能发挥出手机最大的性能。 手机的硬件软件是如何协调配合工作的呢？ 我们用一幅图片来描述一下：  手机硬件软件协调配合 讲完了手机的功能模块以后，我们接下来细说手机的工作原理。 手机通话原理既然是手机，必然少不了手机的功能本质，那就是通话！ 那么手机是如何通话的呢？ 为了讲清楚手机如何通话，我们需要搞清楚手机信号是如何接受与发射的，也就是手机射频与天线的工作原理，即射频部分工作原理。 射频部分主要是把基带送过来的低频小功率的信号转变成为适合在空间传送的高频大功率的信号，以及把从天线接收的高频微弱信号转变成为基带能够处理的具有一定幅度的低频信号。 信号接收部分： 我们用一张图表示信号接收的流程：  信号接收通路 更为具体的接收过程，比如目前手机上常用的“超外差二次变频接收机”处理过程，如下图示：  超外差二次变频接收机 信号通过天线把接收到的高频电磁波变成板级的高频信号电压电流，然后再经过低噪音放大与射频滤波处理，紧接着进行混频处理变成中低频，最后经过射频调制解调器的解调以及相应语言处理，然后通过听筒或者喇叭让人耳听到对方通话的声音。 对于手机天线是什么样子的呢？  小米9天线 目前常用的是LDS工艺的天线，通过镭雕注塑工艺做成满足天线性能的天线形式。 信号发射部分： 对于手机发射部分，即手机信号接收的逆过程，我们同样用一张图示表示信号发射的流程：  信号发射通路 更为具体的发射过程，比如目前手机上常用的“带发射变换模块”处理过程，如下图示：  手机发射信号处理流程 人们通过麦克风把要说的话上传，然后再经过语音编码调制，以及模拟数字信号转换，变为系统能处理的基带信号，然后再经过射频调制解调器与混频器模块，把低频信号搬运到便于传输且受干扰较小的高频信号，最后经过功率放大器把信号进行放大处理，由天线发射出去。 手机语音处理原理手机语音是如何处理的呢？ 说到语音处理，我们比较容易想到喇叭、听筒、麦克风等。 没错，喇叭用来外放播放多媒体语音，听筒常用来接打电话，而麦克风则用于通话语音上传与录音使用。 但是对于它们的工作还需要音频调制解调器，用来对语音信号进行编码解码与模数以及数模转换等。 对于通话时语音信号包含转换和处理两种，一般分为两路。 其中一路完成声音信号到射频信号的转换：即声音信号经过麦克风转变成模拟的电信号，再经过模数转换变为64Kb/s的PCM数字信号，再经过压缩编码与去除冗余度，变为8Kb/s的数据流。紧接着通过信道编码增加冗余度，保证传输的可靠性，再经过加密后送往射频单元处理，最后由天线发射出去。 另外一路完成射频信号到声音信号的转换，处理过程相反。具体语音处理流程如下图示说明：  手机语音处理流程 手机拍照原理随着智能手机的发展，各大手机厂商对于拍照功能的追求与竞争也越发激烈，摄像头模组也从曾经的单摄变为如今的四摄甚至五摄。摄像头像素也从早期的8M变成现在的64M甚至108M，摄像头越来越多的同时，大家有想过原因吗？ 不同像素摄像头模组 手机是如何拍照的呢？ 要搞清楚手机是如何拍照的，我们需要知道手机摄像头由哪几部分构成。 我们看如下手机摄像头模组的拆解图，让大家更直观的了解摄像头的组成。 手机摄像头拆解图 由上图我们可以看出手机摄像头由Lens镜头、音圈马达、红外滤光片、以及图像传感器等构成，另外有的摄像头还包括数字信号处理器DSP。 知道了摄像头的结构以后，我们再讲解手机拍照显示的原理，如下图示： 手机拍照处理流程 即外部景物通过镜头生成光学图像，再投射到图像传感器表面上，然后把光信号转变成电信号，再经过模数转换后变成图像数字信号，再送到数字信号处理器芯片DSP处理，最后通过手屏幕显示出图像。 对于简化模块如下图所示，让大家更容易理解与接受。 手机拍照过程 手机触控原理说到手机触控，一般指手指触摸部分，包括屏的触摸与指纹的触摸两部分。对于指纹主要是手机的解锁与指纹支付等功能。 对于触控部分是人机交互的接口，老的功能机一般指键盘模块，目前的智能机都是电容式触屏，对于电容式触屏原理是怎样的呢？ 电容屏工作原理 电容式触屏工作原理： 电容式触控原理包括自电容与互电容两种，本文重点介绍自电容工作原理。 要想知道电容式触屏的工作原理，我们需要了解什么是平行板电容器。 什么是平行板电容器呢？ 两个相互平行的导体，由于中间有绝缘介质比如空气，就构成了平行板电容器。 平行板电容器 知道了平行板电容器以后，咱们再讲解电容屏触控原理会简单一些。我们先看如下图示： 自电容触控图解 对于自电容屏可以做到单点触控与手势功能等特点。 对于自电容简单的说就是手指与大地形成一个电容，当手指触碰手机屏幕的时候，会形成一个并联电路。当手没有触碰屏体的时候，电路如下图所示： 手机屏幕原始电容 当手指触摸手机屏幕时，由于手指与大地之间就相当于接了一个Cf的并联电容，如下图示： 手指触摸后电容 根据并联电容的关系，则总的等效电容为：C总 = Cp + Cf 。 由于电路并联，则满足电压关系：U总 = Ucp = Ucf。 以及满足电流关系：I总 = Icp + Icf。 实际上，在手机屏幕的玻璃是表面用ITO(一种透明的导电材料)制作成的横向与纵向电极阵列，这些横向和纵向的电极分别与地构成电容，这个电容就是通常所说的自电容，也就是电极对地的电容，就是上述的电容Cp。当手指触摸到电容屏时，手指的电容将会叠加到屏体电容上，也就是上图中的电容Cf，使屏体电容量增加。 根据屏幕某一区域电容的变化，再计算出电流的变化，我们就可以算出屏幕哪个地方被手指触控了。 屏幕触控点显示 手机屏幕显示原理作为一款手机而言，屏幕就相当于人的眼睛一样，没有屏幕，手机内容是没办法显示出来的。 目前主流的手机屏幕是LCD，以及如今炒得火热的OLED屏幕。 对于LCD屏幕结构是什么样的呢？我们用一张图示说明： LCD结构图解 需要指出的是LCD不能自发光，而需要一个背光模组来发光，这个也是LCD与OLED的根本区别。 当背光模组发出光线时，会经过偏光片，把非偏极光变成偏极光，然后使与电场呈垂直方向的光线通过。紧接着通过电压来改变屏幕内部液晶分子的排在列状况，以达到遮光和透光的目的来显示深浅不一，错落有致的图象，再通过屏幕的彩色滤光片，就可以实现显示颜色各异的彩色图象。 对于OLED屏幕结构是什么样的呢？我们同样用一张图示说明： OLED屏幕图解 通过LCD与OLED图示比较，我们可以看出OLED屏幕比LCD屏幕会薄许多，这也是为什么OLED可以做柔性屏的原因。 另外OLED是通过电子与空穴的传输，并在发光层进行碰撞汇合来发光，因此OLED是自发光模式。 除此之外，OLED由于每个像素都可以发光，因此画质显示会更细腻，色域也更广。不仅如此，在对比度与均匀度上OLED也会比LCD好很多。 正因为OLED相对LCD有这么多优点，因此OLED成本更贵，制作工艺也相对复杂。 手机充电供电原理前面讲的基本是人机直接交互的部分，也就是人可以直观看到听到或者触摸到的功能介绍。 那对于手机看不到的电源充电供电部分是怎么工作的呢？ 说到手机供电，相信大家都能想到电池部分。 没错，手机正常运行的所需要的电压电流都来自于电池。 手机电池 那手机是如何充电的呢？ 手机充电 手机充电时通过手机充电器把220V交流电变成低压直流电，比如5V，9V直流电压。然后再经过数据线，以及手机USB接口，把电压电流传输给手机。 当然，手机主板上会有充电芯片以及电量计芯片，用来对充电电压电流进行调节、控制与记录等，然后转换成合适的电压电流直接输进手机电池，从而实现对电池进行充电。 手机充电通路 手机充电一般包括涓流充电，恒流充电，恒压充电等部分。其中涓流充电是小电流充电，在电池低压时为了手机电池安全而采用的一种充电过程。当达到一定电池电压以后，就开始恒流大电流充电，让充电更加快速。当电池容量快要充满或者说电池电压达到某个值比如4.2V时，手机就进入了恒压充电阶段，此时手机的电流逐渐变小，当电流到达某个值时，充电就结束了，表示充电完成。 手机电池充电过程 知道了手机是如何充电以后，那手机是怎么进行供电输出的呢？ 手机供电单元 手机的所有电来源于电池，而手机有若干个负载与外设构成，这些负载与外设所需要的电压和电流是不一样的。要想这些模块都能正常工作，就需要电源管理单元来进行电压电流的转换与调节。因此电源管理单元相当于的一个电源中转站，用来供给各个负载与外设所需要的电压电流。 讲完了手机是如何充电供以后，那手机是如何进行数据存储与运行的呢？接下来我们再讲解手机的存储部分。 手机存储原理手机的存储包含内存与闪存两部分。我们常说的手机8+128配置中的8GB表示手机的内存，是动态随机存储器，即DRAM，目前常用的是LPDDR4X。由于是动态存储器，特点是掉电以后数据就会丢失，因此需要不定期的刷新LPDDR4X的内部电路。LPDDR4X运行频率达到2133MHZ，数据传输十分快速。在手机运行过程中与系统CPU密切合作，进行数据传输与处理，也会缓存部分应用数据，让CPU得以更高效更快速的访问，提高手机运行效率。 LPDDR4X 对于上述的128GB，即表示手机闪存，常用于存储手机的程序，应用以及各种用户数据。特点是可以多次反复擦除与数据读写，并且掉电后数据依然保存。目前常用的闪存是UFS2.1，对于双通道的UFS2.1读操作的速率达到850MB/S左右，对于双通道写操作的速率达到400MB/S左右。如果采用单通道UFS2.1，则读操作的速率会减半，即400MB/S左右，而写操作则基本差不多。 UFS2.1 最后，我们聊一下手机的传感器的工作原理。 手机传感器种类与工作原理智能手机能之所以够做出各种便捷应用与功能调节，很大程度上得益于手机的传感器配合。 手机传感器有哪些？以及它们有什么作用呢？ 手机传感器 1.光线传感器：用于感受外界环境光的变化，从而实现手机明亮程度的调节，让人眼更加适应屏幕的显示亮度。 2.距离传感器：用于手机通话时，当手机靠近与远离人耳时，防止误触而进行亮灭屏操作。 3.加速度传感器：用于手机横竖屏切换，以及微信计步等功能。 4.陀螺仪：用于记录手机角速度，特别是对于玩游戏时效果更明显。 5.指南针：即罗盘，用于指示东南西北等方位，并用方向指示导航使用。 6.红外传感器：即红外遥控，用于手机控制电视空调等设备，方便用户操作。 7.气压计：用于计算大气压强与距离海平面高度。 以上就是关于手机各个功能模块的工作原理，相信大家读完以后，对于手机又有了新的认识！ |
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