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Cosa c'è dentro un cellulare? Scopriamolo insieme!

Telefono

Tutti abbiamo un cellulare in tasca, ormai. Ma ci siamo mai chiesti come è fatto un telefono cellulare? Cosa c'è dentro? Perché funziona? Perché un modello riesce a svolgere alcuni compiti mentre altri risultano più performanti o più capaci? Diamo uno sguardo all'interno di un telefono cellulare e cerchiamo di spiegarne il funzionamento, in modo molto semplice, grazie ad uno schema a blocchi.

Un telefono cellulare è composto, essenzialmente, di due parti che riguardano in sostanza le frequenze operative. Stiamo parlando della "parte" a Radio Frequenza (RF) e di quella in banda base.

RF:
questo breve acronimo si riferisce alla trasmissione alle frequenze radio, ovvero quelle operative delle tecnologie di comunicazione wireless di tutti i tipi, ovviamente includendo le frequenze del GSM, dei radar, delle radio vere e proprie, dei vari sistemi quali GPS, Bluetooth ma anche televisive. La tecnologia a radiofrequenza è decisamente, ormai, parte integrante della nostra vita di tutti i giorni, visto che con queste stesse tecnologie non possiamo semplicemente comunicare ma possiamo tenere sotto controllo a distanza un bambino (monitor radio), aprire un cancello e così via dicendo. Le onde a radiofrequenza sono onde elettromagnetiche ma dimostrano una velocità di propagazione più lenta rispetto a quanto non faccia la luce visibile ed è proprio per questo che non si vedono.

Banda base:
nell'ambito del signal processing, la banda base descrive segnali (ma anche sistemi) le cui frequenze operative si estendono in una banda (per convenzione qui considerata uni-laterale) che va da zero, ad un valore maggiore di zero comunque considerato. Maggiore sarà questo valore, più ampia sarà la larghezza di banda del sistema.
Viene spesso utilizzata questa nozione per indicare sistemi di tipo passa-basso.
Nelle telecomunicazioni si tratta del range di frequenze che viene occupato prima della modulazione.
Ma con questa dicitura si individuano anche componenti e sistemi fisici che fanno parte di un sistema di telecomunicazioni; così, tipicamente, questa dicitura comprende il microprocessore, la sezione di alimentazione e quella di amplificazione del segnale.

Fondamentalmente la banda base è composta, a sua volta, da due sezioni che provvedono al processing del segnale analogico e digitale. I telefoni cellulari hanno, quindi, tre differenti sezioni "operative", dal momento che la banda base deve essere differenziata mentre la sezione ha radiofrequenza resta "un unico" sistema.
Fatta questa premessa, passiamo ad analizzare:

  • Radio Frequency (sezione RF);
  • "Analog Baseband Processor";
  • "Digital Baseband Processor".

La prima delle tre è la "porzione" del telefono cellulare alla quale si fa riferimento anche con il nome di RF Transceiver.
Si tratta di una sezione che trasmettere e ricevere segnali ad una data frequenza per ottenere le comunicazioni e la sincronizzazione del telefono alla rete di comunicazione.
Quanto detto identifica due diversi sistemi, ovvero il trasmettitore ed il ricevitore.
Un telefono cellulare utilizza questi due sistemi per effettuare una comunicazione completa con altri dispositivi simili. Il trasmettitore, come noto, è un circuito (oppure un dispositivo) che viene utilizzato per trasmettere segnali radio attraverso il mezzo trasmissivo (in questo caso, evidentemente, l'aria). Il ricevitore funziona allo stesso modo di una qualunque radio e riceve segnali che vengono diffusi (attraverso l'aria) a specifiche frequenze di funzionamento (che vengono definite dallo standard di comunicazione).
La comunicazione bidirezionale è resa possibile dal fatto che i due trasmettitori ed i due ricevitori effettuano una sincronizzazione tale per cui il primo telefono trasmette mentre il secondo si predispone "all'ascolto" e lo stesso processo, una volta completata questa fase, si ripropone ma a ruoli invertiti.

Il "Baseband Processor", come abbiamo detto, è diviso in due sezioni: A/D e D/A.
La sezione analogica contiene al suo interno diversi sistemi il cui scopo è quello di processare il segnale. Nella sezione di controllo, sia l'input sia l'output vengono condizionati correttamente.
Viene anche prevista una sezione di "power management" progettata per effettuare la gestione ed il controllo del consumo energetico. Tale sistema è, a sua volta, diviso in due sottosistemi con scopi e funzionalità diversi tra loro. Il primo è denominato "Power Distribution and switching section" e, come si può ben intuire dal nome, il suo scopo è quello di provvedere all'alimentazione gestendo la carica posseduta dalla batteria. Il secondo sottosistema è la cosiddetta "Charging Section" che permette la gestione della funzionalità di ricarica.
La sezione di "power distribution" è progettata per fare in modo che a ciascuna sezione dell'intero sistema arrivi proprio il valore di tensione (nonché di corrente) necessario per il corretto funzionamento.
La batteria che alimenta il tutto, generalmente, propone un valore di tensione pari a 3.7 V e pertanto ciascuna sezione conterrà al suo interno dei convertitori DC-DC step down che possano fornire valori di tensione come 2.8 V, 1.8V, 1.6V e così via dicendo.
La sezione che si occupa del caricamento, invece, è basata su circuiti integrati il cui scopo è quello di convertire l'energia proveniente dall'esterno. Il trasformatore, opportunamente dimensionato, fornirà all'ingresso del dispositivo una tensione il cui valore sarà intorno ai 5 V. Questo valore di tensione sarà utilizzato per la carica della batteria.

La sezione "audio codecs" e quella in cui le "proprietà" dell'audio, sia digitale sia analogico, vengono "processate". Stiamo parlando, evidentemente, di tutti i sistemi quali microfono, altoparlante, headset ma anche suonerie e circuiti che permettono e gestiscono la vibrazione.

"Baseband Processor" è il nome assegnato alla sezione in cui vengono processate tutte le applicazioni. La gestione dei dati in ingresso e di uscita, lo switching ed i comandi che gestiscono le applicazioni o l'accesso alla memoria e l'esecuzione di istruzioni sono tutte operazioni che vengono eseguite da questa "sezione".
Essa è costituita, ovviamente, dalla Central Processing Unit (al secolo meglio nota come CPU) il cui scopo è quello di interpretare ed eseguire la maggior parte dei comandi che provengono dall'interfaccia utente.
Questo sistema non è da solo ma il suo lavoro è coadiuvato anche da circuiti di memorizzazione di tipo Flash ma anche RAM e ROM. Sempre più spesso, poi, come sappiamo, questi supporti sono espandibili ed aggiornabili.

In ultimo, vale la pena di specificare quali sono le interfacce di cui il dispositivo cellulare può essere dotato e che completano questa sezione:

  • Blutooth;
  • Wi-fi;
  • videocamera;
  • Display;
  • connessione dati USB;
  • gestione della SIM-Card.

Buona parte dei dispositivi cellulari disponibili sul mercato sono progettati per svolgere i compiti più disparati ma il metodo, lo schema di principio ed il "flusso" delle operazioni è sempre lo stesso. I modelli possono differire per lo specifico circuito integrato utilizzato oppure parti di esso ma il tipo di circuiteria non può cambiare ed è per questo che questo breve elenco rappresenta un'ottima roadmap per tutti coloro che dovessero essere interessati a studiare una loro soluzione.

 

Leggi anche: Progetto Openmoko: come realizzare smartphone opensource

Liberamente ispirato a: EFY's Electronics Design Community

 

 

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ritratto di Emanuele

Da Facebook

Andrea De Rossi:

Buonasera, ho letto il vostro capitolo sui valori SAR del telefonino. Volevo capire una cosa che nessuno spiega mai... solitamente ci danno due valori sar quello testa e quello corpo... quale dei due dobbiamo fare piu riferimento? e perche in molti casi quello del corpo è maggiore di quello della testa? non dovrebbe essere l opposto stando la massa differente?

La risposta di PIERO:

Innanzitutto vorrei davvero ringraziare Andrea De Rossi per questa domanda!
Ma non perché fatta al blog oppure ad Emanuele, bensì perché fatta!

Io credo che nel momento stesso in cui una persona pone una domanda, ha già compiuto il primo e più importante passo verso la risoluzione del suo dubbio, ovvero aprirsi a qualcosa di nuovo.

Ad ogni modo, voglio provare a risponderti io qui a questa domanda così importante.
I valori notevoli sono due per il semplice fatto che il corpo umano non è un pezzo unico costituito da un unico materiale di spessore omogeneo.
Il nostro corpo è costituito da una grande moltitudine di stratificazioni di materiali differenti, che contengono elementi diversi, e con differenti densità e concentrazioni.
Siamo ricoperti da uno strato di cute (a sua volta stratificata!) all'interno della quale viene protetta la fibra muscolare (non sempre uguale a se stessa dal punto di vista della struttura cellulare e non uniformemente distribuita nel corpo). Andando più a fondo ci sono una serie pressoché illimitata di vasi di diverse dimensioni, spessori, resistenza che convogliano altrettanto variegati fluidi.
Talune regioni del nostro corpo sono più "popolate" da lipidi mentre altre, al contrario, ne sono completamente private.
Dal punto di vista elettromagnetico quello che interessa è la capacità di ciascuna delle sostanze di cui siamo composti di rispondere ad uno stimolo di natura elettromagnetica, in questo caso una stimolazione impulsiva.
Questo vuol dire che sia la diversificazione degli strati, anche a seconda delle regioni del corpo, sia la nostra specifica corporatura, che rende un essere umano differente dagli altri nella sostanza, impongono un'analisi differente.
A parità di distanza del dispositivo cellulare dal corpo umano, non certamente identicamentre distribuito sarà il campo elettromagnetico.
La pelle che circonda la nostra testa è certamente meno spessa di quella che abbiamo sotto i piedi, anche e soprattutto per via delle diverse sollecitazioni meccaniche alla quale essa è sottoposta.
Le fibre muscolari che circondano il collo sono diverse da quelle che racchiudono il femore.
Ed ovviamente anche la concentrazione di acqua è differente.
Così come differente è lo spessore delle ossa craniche, specie nella regione del "cuneo" (sito vicino all'orecchio) rispetto ad una falange.
Se provi a mettere queste cose tutte insieme scopri che esistono due grandezze fondamentali da analizzare che sono la "permeabilità" e la conducibilità" elettromagnetiche.
Queste due grandezze variano molto con la frequenza ed a seconda di ciascuno degli elementi analizzati, è possibile che i valori siano differenti anche a parità di frequenza.
Da questo ne discende che la loro concentrazione locale influirà diversamente sulla "quantità" di campo elettromagnetico alla quale la specifica regione risulta esposta.
Spero che vorrai perdonarmi se cerco di essere molto semplice e mi rendo conto che finisco per sembrare semplicistico ma vorrei essere il più chiaro possibile.
I due valori distinti discendono proprio da questa diversificazione.
La maggior concentrazione di ossa o strati "densi" comporta da un lato una maggior schermatura ma dall'altro il miglior isolamento, che è sinonimo di accumulo…
La questione più importante che tu poni è: "a quale dei due dobbiamo fare più riferimento?"
In realtà la risposta a questa domanda dipende dall'utilizzo.
Non voglio rovinarti la lettura di tutti gli argomenti che potresti trovare interessanti sul blog ma posso certamente dirti che la massa non è l'unica grandezza che devi tenere in considerazione, che la caratterizzazione è ben lungi dall'essere perfetta (e solo su questo punto ci sarebbe da lavorare parecchio per spiegarne i motivi) e che è molto importante tenere sotto controllo entrambi questi parametri.

Per farla breve, ti consiglio caldamente di tenere sempre sotto controllo quale dei due valori risulta essere il più alto perché proteggersi dal più alto valore tra i due certamente ti garantisce una maggior sicurezza.
Dopodiché devi tenere sempre presente che se utilizzi il cellulare ad una distanza dal tuo corpo sufficientemente grande (diciamo che consideriamo valida la distanza permessa dall'auricolare con filo), puoi ritenerti sufficientemente poco esposto
Man mano che la distanza, viceversa, aumenta, il tuo valore di riferimento può certamente considerarsi comparabile con quello più alto.

Spero di non essere stato tanto semplice da sconfinare nel banale
E comunque ti invito a farti un giro nell'archivio degli articoli che abbiamo pubblicato in maniera tale da farci sapere che cosa ne pensi
Se l'argomento ti interessa, così come dovrebbe interessare tutti gli utilizzatori dei telefoni cellulari, sono sicuro che ne troverai di interessanti.

ritratto di Emanuele

Un problema sempre più evidente

Vorrei far notare che l'articolo NON tratta il telefonino dal profilo delle emissioni ma dal lato puramente tecnico e quindi il fatto che, una visione tecnica del prodotto susciti queste domande vuol dire che il problema c'è ed è evidentemente diffuso: servono risposte e prese di posizione dagli organi competenti!

ritratto di Boris L.

Sì, in effetti mi sono

Sì, in effetti mi sono accorto anche io che non c'entra niente con l'argomento dell'articolo però effettivamente sembra molto interessante che qualcuno sollevi dubbi di questa natura specie quando non c'entra niente…
Avete in mente di approfondire questo argomento?
Avete già pubblicato qualcosa su questo tema in passato, se non mi sbaglio… Non sarebbe stato più utile dare un'indicazione più chiara a questo utente?
Lo vedremo frequentare il blog?
A quali "organi competenti" state pensando, nello specifico?

ritratto di Piero Boccadoro

Avevo tutta l'intenzione di

Avevo tutta l'intenzione di riportare io stesso questo commento ma non l'ho fatto unicamente per ragioni di tempo.
La domanda di questo ragazzo mi sembra sia davvero interessante sia per noi sia per tutti gli altri lettori.
Confido di riuscire ad occuparmi di questo specifico aspetto molto presto in maniera tale da approfondire la questione (che merita ben altro che un semplice commento su Facebook…).
Ad ogni modo vorrei sapere da voi lettori se per caso questa stessa domanda ve la siete mai posta anche voi…
Non ve n'eravate mai accorti?
La risposta a questa domanda potrebbe essere molto utile per testare il grado di criticità con il quale tutti noi ci avviciniamo a questo tipo di dispositivi…
A scanso di equivoci, ci tengo a precisare che non voglio essere polemico, solo capire!

ritratto di Ennio.Rossi

Valori Sar dei telefoni cellulari

È da poco che mi interesso di questo problema, però ritengo che ci dovrebbe essere un sito preposto a questa tematica. Temo che questo problema avrà delle forti ripercussioni in futuro, specie per le nuove generazioni.

 

 

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