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Cosa c’è dentro un cellulare? Scopriamolo insieme!

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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5 Commenti

  1. Emanuele Bonanni Emanuele 3 aprile 2013
  2. Emanuele Bonanni Emanuele 3 aprile 2013
  3. Boris L. 6 aprile 2013
  4. Piero Boccadoro 6 aprile 2013
  5. Ennio.Rossi 18 gennaio 2014

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