تلفن همراه یا گوشی همراه وسیله ایست برای ارسال و دریافت تماس تلفنی از طریق ارتباط رادیویی در پهنای وسیع جغرافیایی. منظور از موبایل یا گوشی همراه یا تلفن سلولی وسیله‌ای است که برای اتصال به شبکهٔ تلفن همراه به کار می‌رود. این وسیله اولین بار توسط شرکت آمریکایی موتورولا در تاریخ ۳ آوریل ۱۹۷۳ با وزنی نزدیک به یک کیلوگرم تولید شد. موبایل نسل‌های گوناگونی دارد و توسط شرکت‌های سازنده گوناگونی تولید می‌شود و به فروش می‌رسد. برخی از شرکت‌های بزرگ تولیدکننده گوشی همراه در دنیا شامل نوکیا، سامسونگ الکترونیکس، ال‌جی الکترونیکس، موتورولا، سونی، اپل و اچ‌تی‌سی هستند.
در تلفن‌های همراه به صورت معمول یک مجموعه نرم‌افزار یا سیستم‌عامل برای کنترل سخت‌افزار به کار می‌رود و برنامه‌های جانبی توسط سیستم‌عامل اجرا می‌شوند. از سیستم‌عامل‌های معروف برای تلفن همراه، می‌توان به اندروید، آی‌اواس و ویندوز فون اشاره کرد.
بررسی بلوک‌های داخلی تلفن همراه
بلوک RF
این بلوک متشکل از قطعاتی است که وظیفه آن‌ها ارتباط دادن گوشی به BTS است؛ در حقیقت بلوک RF فرکانس GSM را از BTS دریافت کرده، سپس اطلاعات روی آن را جدا نموده و به واحدهای دیگر موبایل می‌دهد. به زبان دیگر بلوک RF وظیفهٔ تبدیل فرکانس بالای GSM را به فرکانس کمتری به نام IF بر عهده دارد.
امواج موجود در فضا توسط آنتن موبایل دریافت شده و وارد قطعه‌ای به نام آنتن سوییچ می‌شوند. آنتن سوییچ وظیفه تعیین حالت فرستندگی یا گیرندگی آنتن را به عهده دارد. بسته به این که موبایل سازگار با چند باند GSM باشد، تعداد پایه‌های آنتن سوییچ متفاوت خواهد بود. آنتن سوییچ برای هر باند GSM، آنتن را به یک خروجی به نام RX و یک ورودی به نام TX وصل می‌کند. در حقیقت آنتن سوییچ مانند یک کلید است که با فرمان‌هایی آنتن را مرتباً به خط RX یا به TX متصل می‌کند. در بلوکی که مشاهده کردید، موبایل قابلیت کار با دو باند GSM900 و GSM1800 را دارد؛ بنابراین آنتن سوییچ دو خروجی RX و دو ورودی TX خواهند داشت که در شبکه‌های تلفن ایران از آن جایی که GSM 900 است خط RX و TX باند ۱۸۰۰ بدون استفاده خواهد بود. آنتن سوییچ یکی از قطعات حساس برد موبایل است و خرابی در آن باعث به وجود آمدن عیوبی از قبیل پرش آنتن یا نداشتن دریافت یا ارسال خواهد شد. در مورد سلف و خازن قبل از اتصال آنتن به آنتن سوییچ نیز از آن جایی که امپدانس خروجی آنتن بسیار کم است و از طرفی امپدانس ورودی آنتن زیاد است، باید قبل از اتصال این دو، عمل تطبیق امپدانس توسط قطعه‌ای انجام شود. معمولاً در مدارات، قسمت آنتن موبایل از یک سلف که به صورت موازی بین آنتن و زمین بسته می‌شود استفاده تشکیل می‌شود. این سلف می‌تواند باعث عمل تطبیق امپدانس بین آنتن و آنتن سوییچ شده و مانع از هدایت جریان DC بین این دو واحد گردد تا این دو واحد اثر منفی در عملکرد یکدیگر نداشته باشند. وظیفه فیلتر SAW حذف فرکانس‌های کانال همسایه و فرکانس‌های مزاحم است. خط خروجی RX از آنتن سوئیچ وارد SAW شده و بعد از آن فرکانس‌های مزاحم حذف می‌شود و فقط فرکانس‌های باند GSM در خروجی آن دیده می‌شود. SAW همان‌گونه که فرکانس‌های مزاحم را حذف می‌کند، فرکانس‌های اصلی GSM را هم خیلی ضعیف می‌کند. برای تقویت سیگنال‌های دریافتی
GSM بعد از SAW از یک تقویت کننده به نام LNA استفاده می‌شود.
آی‌سی RF: به این آی‌سی HAGAR هم گفته می‌شود که اصلی‌ترین قطعه بلوک RF است و وظیفه آن عمل مدولاسیون و دمودلاسیون است. مدولاسیون به سوار کردن اطلاعات روی یک موج گفته می‌شود، در این صورت با توجه به این که موج می‌تواند در فضا منتشر شود اطلاعات ما نیز همراه موج جابجا می‌شود. به موجی که اطلاعات روی آن سوار می‌شود، موج حامل گویند، یکی از وظایف آی سی HAGER انجام این عمل است. عمل مدولاسیون برای اطلاعاتی که از موبایل به BTS ارسال می‌شود انجام می‌گردد. دمودولاسیون به عمل جداسازی اطلاعات از روی فرکانس حامل می‌گویند. این عمل نیز توسط آی سی HAGER انجام شده و روی سیگنال‌های دریافتی از BTS انجام می‌شود.
کریستال: برای مدولاسیون و دمودولاسین، آی سی HAGER نیاز به فرکانس دارد. این فرکانس توسط قطعه‌ای به نام کریستال که معمولاً در کنار آی‌سی RF قرار دارد تولید می‌شود. کریستال مولد فرکانس بسیار دقیقی است که در بسیاری از مدارهای الکترونیکی به عنوان تولید کننده فرکانس یا پالس ساعت از آن استفاده می‌شود. کریستال که اسیلاتور نیز نامیده می‌شود به صورت یک قطعه دو، سه یا چهارپایه است. چند خازن به عنوان فیلتر در داخل اسیلاتور قرار می‌گیرد.
آی سی P.A: قبل از ارسال اطلاعات، از یک آی‌سی تقویت کننده به نام P.A استفاده می‌شود و سیگنالی که از موبایل خارج می‌شود در نهایت توسط این واحد تقویت خواهد شد.P.A سیگنال‌هایی را که باید تقویت کند از آی سی RF دریافت می‌کند. این آی سی جهت تقویت سیگنال‌های TX به تغذیه نیاز دارد که تغذیه آن به صورت مستقیم از باتری گرفته می‌شود.
آی سی VCO: یک گوشی موبایل بایستی بتواند روی فرکانس‌های مختلفی که BTS هر منطقه روی آن تنظیم شده قرار گیرد تا با آن ارتباط پیدا کند. به بیان دیگر آی سی HAGER روی فرکانس‌های مختلفی باید بتواند مدولاسین و دمودلاسین انجام دهد. این عمل مستلزم این است که بتوان فرکانس حامل HAGER 4 را با دقت زیاد تغییر داد، این عمل در موبایل توسط قطعه‌ای به نام VCO انجام می‌شود.
بلوک AF
بلوک AF (واحد صدای دستگاه) وظیفه تبدیل اطلاعات دریافتی از واحد RF به صدا را بر عهده دارد. همچنین صدایی که باید از موبایل به BTS منتقل شود، قبل از ارسال وارد واحد AF می‌شود که پس از یکسری تبدیلات و آماده‌سازی از طریق واحد RF منتقل می‌شود. در حقیقت واحد AF رابط بین کاربر موبایل و واحد RF است. این بلوک از یک طرف به میکروفون و بلنگو و از طرف دیگر به بلوک RF متصل است.
جابجایی اطلاعات بین موبایل و BTS به صورت دیجیتال است. دیجیتال، یعنی منطق صفر و یک؛ بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که هر گوشی در یک ثانیه فقط مدت زمان کوتاهی را برای دریافت یا ارسال در اختیار دارد. گوشی در لحظهٔ داشتن کانال می‌تواند اطلاعات را جابجا کند، ولی در لحظه‌ای که فرکانس در اختیار گوشی دیگری است، نمی‌تواند به BTS اطلاعات انتقال دهد و این بدین مفهوم است که دائماً ارتباط بین گوشی و BTS قطع و وصل می‌شود که باعث می‌شود که صدا نیز قطع و وصل شود. برای رفع مشکل اگر صدا به صورت دیجیتال باشد، می‌توان آن را روی حافظه نگهداری کرد و زمان کانالدار بودن موبایل، تمامی اطلاعات حافظه را منتقل کرد؛ بدون این که بخشی از صدا در لحظات قطع و وصل از بین برود.
بلوک MCU
کنترل عملکرد بلوک‌های مختلف در موبایل بر عهده این واحد است. این واحد از قطعات مختلفی مثل آی‌سی پردازشگر و حافظه‌ها تشکیل شده است که توسط یک برنامه سیستم‌عامل می‌تواند کل گوشی را کنترل کند. برنامه سیستم‌عامل توسط طراح گوشی در یکی از حافظه‌های گوشی ذخیره می‌شود. باید توجه داشت که آی‌سی CPU فقط پردازش کننده اطلاعات و عملکرد آن تحت تأثیر برنامه سیستم‌عامل است.
بلوک UI
این بلوک که به آن رابط (کاربر) نیز گفته می‌شود وظیفه راه‌اندازی کلیه اعلام کننده‌ها از قبیل زنگ، موتور لغزاننده و LEDهای وشن کننده صفحه نمایشگر و صفحه کلید در شب را بر عهده دارد. در بعضی از گوشی‌های موبایل بلوک UI به صورت یک آی سی ساخته می‌شود و در بعضی گوشی‌ها قسمت‌های مختلف آن ترانزیستوری است و به صورت مجزا روی برد قرار می‌گیرد.
بلوک منبع تغذیه و شارژینگ
منبع تغذیه موبایل واحدی است که ولتاژ لازم بلوک‌های دیگر را از طریق باتری فراهم می‌کند. واحد منبع تغذیه از رگولاتورهای مختلفی تشکیل شده و داخل یک بسته بندی قرار دارد. این بسته بندی به آی‌سی CCONT موسوم است. واحد شارژینگ نیز مجموعه قطعاتی است که از طریق ولتاژ دریافتی از آداپتور، باتری را شارژ می‌کند. معمولاً این واحد نیز از یک آی‌سی به نام CHAPS تشکیل شده‌است. آی‌سی CCONT و CHAPS با یکدیگر در ارتباط هستند، زیرا آی‌سی CHAPS برای شارژ باتری بایستی از CCONT کنترل شود.COBBA
در بلوک AF از یک آی‌سی به نام COBBA استفاده می‌شود. این آی‌سی مبدل سیگنال‌های آنالوگ به دیجیتال و برعکس است. امواج دریافتی آنتن بعد از این که توسط آی‌سی RF دمودولاسیون شدند با خطوط RX وارد آی‌سی COBBA در واحد AF می‌شوند. این آی‌سی ابتدا سیگنال‌های دریافتی از RF را توسط خطوط ارتباطی PCM به بلوک MCU می‌دهد. در این بلوک اطلاعات از طریق آی‌سی CPU روی حافظه موقت گوشی ریخته می‌شود. سپس آی‌سی COBBA دوباره از طریق همان خطوط ارتباطی، اطلاعات را از روی حافظه موقت خوانده و به سیگنال آنالوگ تبدیل می‌کند که از طریق بلندگو قابل استفاده خواهد شد. به همین طریق برای اطلاعاتی که بایستی از موبایل خارج شود، صدایی که توسط میکروفون دریافت می‌شود، به صورت سیگنال آنالوگ است. این سیگنال بعد از ورود به آی‌سی COBBA، تبدیل به صدای دیجیتال دیجیتال می‌شود. این صدا از طریق خطوط PCM به واحد MCU منتقل می‌شود تا در حافظه موقت نگهداری شود و به محض کانالدار شدن موبایل تمامی اطلاعات قسمت میکروفون از طریق واحد RF به BTS ارسال می‌شود.
PCM
PCM یکی از روش‌های انتقال اطلاعات بین دو واحد است. این واحد خطوط ارتباطی بین آی‌سی COBBA و CPU بوده و در نقشه‌ها از آن به عنوان خطوط PCM نام برده می‌شود. این انتقال به صورت کد شده انجام می‌شود که انواع آن RX و TX است.
۱- خطوط PCM TX مربوط به مسیر جابجایی اطلاعات دیجیتال میکروفون به حافظه.
۲- خطوط PCM RX مربوط به مسیر انتقال اطلاعات دیجیتال دریافتی به حافظه.
خطوط PCM TX و PCM RX در نقشه‌های گوشی‌ها بین آی سی COBBA و آی‌سی CPU
بررسی بلوک‌های داخلی تلفن همراه
بلوک RF
این بلوک متشکل از قطعاتی است که وظیفه آن‌ها ارتباط دادن گوشی به BTS است؛ در حقیقت بلوک RF فرکانس GSM را از BTS دریافت کرده، سپس اطلاعات روی آن را جدا نموده و به واحدهای دیگر موبایل می‌دهد. به زبان دیگر بلوک RF وظیفهٔ تبدیل فرکانس بالای GSM را به فرکانس کمتری به نام IF بر عهده دارد.
امواج موجود در فضا توسط آنتن موبایل دریافت شده و وارد قطعه‌ای به نام آنتن سوییچ می‌شوند. آنتن سوییچ وظیفه تعیین حالت فرستندگی یا گیرندگی آنتن را به عهده دارد. بسته به این که موبایل سازگار با چند باند GSM باشد، تعداد پایه‌های آنتن سوییچ متفاوت خواهد بود. آنتن سوییچ برای هر باند GSM، آنتن را به یک خروجی به نام RX و یک ورودی به نام TX وصل می‌کند. در حقیقت آنتن سوییچ مانند یک کلید است که با فرمان‌هایی آنتن را مرتباً به خط RX یا به TX متصل می‌کند. در بلوکی که مشاهده کردید، موبایل قابلیت کار با دو باند GSM900 و GSM1800 را دارد؛ بنابراین آنتن سوییچ دو خروجی RX و دو ورودی TX خواهند داشت که در شبکه‌های تلفن ایران از آن جایی که GSM 900 است خط RX و TX باند ۱۸۰۰ بدون استفاده خواهد بود. آنتن سوییچ یکی از قطعات حساس برد موبایل است و خرابی در آن باعث به وجود آمدن عیوبی از قبیل پرش آنتن یا نداشتن دریافت یا ارسال خواهد شد. در مورد سلف و خازن قبل از اتصال آنتن به آنتن سوییچ نیز از آن جایی که امپدانس خروجی آنتن بسیار کم است و از طرفی امپدانس ورودی آنتن زیاد است، باید قبل از اتصال این دو، عمل تطبیق امپدانس توسط قطعه‌ای انجام شود. معمولاً در مدارات، قسمت آنتن موبایل از یک سلف که به صورت موازی بین آنتن و زمین بسته می‌شود استفاده تشکیل می‌شود. این سلف می‌تواند باعث عمل تطبیق امپدانس بین آنتن و آنتن سوییچ شده و مانع از هدایت جریان DC بین این دو واحد گردد تا این دو واحد اثر منفی در عملکرد یکدیگر نداشته باشند. وظیفه فیلتر SAW حذف فرکانس‌های کانال همسایه و فرکانس‌های مزاحم است. خط خروجی RX از آنتن سوئیچ وارد SAW شده و بعد از آن فرکانس‌های مزاحم حذف می‌شود و فقط فرکانس‌های باند GSM در خروجی آن دیده می‌شود. SAW همان‌گونه که فرکانس‌های مزاحم را حذف می‌کند، فرکانس‌های اصلی GSM را هم خیلی ضعیف می‌کند. برای تقویت سیگنال‌های دریافتی
GSM بعد از SAW از یک تقویت کننده به نام LNA استفاده می‌شود.
آی‌سی RF: به این آی‌سی HAGAR هم گفته می‌شود که اصلی‌ترین قطعه بلوک RF است و وظیفه آن عمل مدولاسیون و دمودلاسیون است. مدولاسیون به سوار کردن اطلاعات روی یک موج گفته می‌شود، در این صورت با توجه به این که موج می‌تواند در فضا منتشر شود اطلاعات ما نیز همراه موج جابجا می‌شود. به موجی که اطلاعات روی آن سوار می‌شود، موج حامل گویند، یکی از وظایف آی سی HAGER انجام این عمل است. عمل مدولاسیون برای اطلاعاتی که از موبایل به BTS ارسال می‌شود انجام می‌گردد. دمودولاسیون به عمل جداسازی اطلاعات از روی فرکانس حامل می‌گویند. این عمل نیز توسط آی سی HAGER انجام شده و روی سیگنال‌های دریافتی از BTS انجام می‌شود.
کریستال: برای مدولاسیون و دمودولاسین، آی سی HAGER نیاز به فرکانس دارد. این فرکانس توسط قطعه‌ای به نام کریستال که معمولاً در کنار آی‌سی RF قرار دارد تولید می‌شود. کریستال مولد فرکانس بسیار دقیقی است که در بسیاری از مدارهای الکترونیکی به عنوان تولید کننده فرکانس یا پالس ساعت از آن استفاده می‌شود. کریستال که اسیلاتور نیز نامیده می‌شود به صورت یک قطعه دو، سه یا چهارپایه است. چند خازن به عنوان فیلتر در داخل اسیلاتور قرار می‌گیرد.
آی سی P.A: قبل از ارسال اطلاعات، از یک آی‌سی تقویت کننده به نام P.A استفاده می‌شود و سیگنالی که از موبایل خارج می‌شود در نهایت توسط این واحد تقویت خواهد شد.P.A سیگنال‌هایی را که باید تقویت کند از آی سی RF دریافت می‌کند. این آی سی جهت تقویت سیگنال‌های TX به تغذیه نیاز دارد که تغذیه آن به صورت مستقیم از باتری گرفته می‌شود.
آی سی VCO: یک گوشی موبایل بایستی بتواند روی فرکانس‌های مختلفی که BTS هر منطقه روی آن تنظیم شده قرار گیرد تا با آن ارتباط پیدا کند. به بیان دیگر آی سی HAGER روی فرکانس‌های مختلفی باید بتواند مدولاسین و دمودلاسین انجام دهد. این عمل مستلزم این است که بتوان فرکانس حامل HAGER 4 را با دقت زیاد تغییر داد، این عمل در موبایل توسط قطعه‌ای به نام VCO انجام می‌شود.
بلوک AF
بلوک AF (واحد صدای دستگاه) وظیفه تبدیل اطلاعات دریافتی از واحد RF به صدا را بر عهده دارد. همچنین صدایی که باید از موبایل به BTS منتقل شود، قبل از ارسال وارد واحد AF می‌شود که پس از یکسری تبدیلات و آماده‌سازی از طریق واحد RF منتقل می‌شود. در حقیقت واحد AF رابط بین کاربر موبایل و واحد RF است. این بلوک از یک طرف به میکروفون و بلنگو و از طرف دیگر به بلوک RF متصل است.
جابجایی اطلاعات بین موبایل و BTS به صورت دیجیتال است. دیجیتال، یعنی منطق صفر و یک؛ بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که هر گوشی در یک ثانیه فقط مدت زمان کوتاهی را برای دریافت یا ارسال در اختیار دارد. گوشی در لحظهٔ داشتن کانال می‌تواند اطلاعات را جابجا کند، ولی در لحظه‌ای که فرکانس در اختیار گوشی دیگری است، نمی‌تواند به BTS اطلاعات انتقال دهد و این بدین مفهوم است که دائماً ارتباط بین گوشی و BTS قطع و وصل می‌شود که باعث می‌شود که صدا نیز قطع و وصل شود. برای رفع مشکل اگر صدا به صورت دیجیتال باشد، می‌توان آن را روی حافظه نگهداری کرد و زمان کانالدار بودن موبایل، تمامی اطلاعات حافظه را منتقل کرد؛ بدون این که بخشی از صدا در لحظات قطع و وصل از بین برود.
بلوک MCU
کنترل عملکرد بلوک‌های مختلف در موبایل بر عهده این واحد است. این واحد از قطعات مختلفی مثل آی‌سی پردازشگر و حافظه‌ها تشکیل شده است که توسط یک برنامه سیستم‌عامل می‌تواند کل گوشی را کنترل کند. برنامه سیستم‌عامل توسط طراح گوشی در یکی از حافظه‌های گوشی ذخیره می‌شود. باید توجه داشت که آی‌سی CPU فقط پردازش کننده اطلاعات و عملکرد آن تحت تأثیر برنامه سیستم‌عامل است.
بلوک UI
این بلوک که به آن رابط (کاربر) نیز گفته می‌شود وظیفه راه‌اندازی کلیه اعلام کننده‌ها از قبیل زنگ، موتور لغزاننده و LEDهای وشن کننده صفحه نمایشگر و صفحه کلید در شب را بر عهده دارد. در بعضی از گوشی‌های موبایل بلوک UI به صورت یک آی سی ساخته می‌شود و در بعضی گوشی‌ها قسمت‌های مختلف آن ترانزیستوری است و به صورت مجزا روی برد قرار می‌گیرد.
بلوک منبع تغذیه و شارژینگ
منبع تغذیه موبایل واحدی است که ولتاژ لازم بلوک‌های دیگر را از طریق باتری فراهم می‌کند. واحد منبع تغذیه از رگولاتورهای مختلفی تشکیل شده و داخل یک بسته بندی قرار دارد. این بسته بندی به آی‌سی CCONT موسوم است. واحد شارژینگ نیز مجموعه قطعاتی است که از طریق ولتاژ دریافتی از آداپتور، باتری را شارژ می‌کند. معمولاً این واحد نیز از یک آی‌سی به نام CHAPS تشکیل شده‌است. آی‌سی CCONT و CHAPS با یکدیگر در ارتباط هستند، زیرا آی‌سی CHAPS برای شارژ باتری بایستی از CCONT کنترل شود.COBBA
در بلوک AF از یک آی‌سی به نام COBBA استفاده می‌شود. این آی‌سی مبدل سیگنال‌های آنالوگ به دیجیتال و برعکس است. امواج دریافتی آنتن بعد از این که توسط آی‌سی RF دمودولاسیون شدند با خطوط RX وارد آی‌سی COBBA در واحد AF می‌شوند. این آی‌سی ابتدا سیگنال‌های دریافتی از RF را توسط خطوط ارتباطی PCM به بلوک MCU می‌دهد. در این بلوک اطلاعات از طریق آی‌سی CPU روی حافظه موقت گوشی ریخته می‌شود. سپس آی‌سی COBBA دوباره از طریق همان خطوط ارتباطی، اطلاعات را از روی حافظه موقت خوانده و به سیگنال آنالوگ تبدیل می‌کند که از طریق بلندگو قابل استفاده خواهد شد. به همین طریق برای اطلاعاتی که بایستی از موبایل خارج شود، صدایی که توسط میکروفون دریافت می‌شود، به صورت سیگنال آنالوگ است. این سیگنال بعد از ورود به آی‌سی COBBA، تبدیل به صدای دیجیتال دیجیتال می‌شود. این صدا از طریق خطوط PCM به واحد MCU منتقل می‌شود تا در حافظه موقت نگهداری شود و به محض کانالدار شدن موبایل تمامی اطلاعات قسمت میکروفون از طریق واحد RF به BTS ارسال می‌شود.
PCM
PCM یکی از روش‌های انتقال اطلاعات بین دو واحد است. این واحد خطوط ارتباطی بین آی‌سی COBBA و CPU بوده و در نقشه‌ها از آن به عنوان خطوط PCM نام برده می‌شود. این انتقال به صورت کد شده انجام می‌شود که انواع آن RX و TX است.
۱- خطوط PCM TX مربوط به مسیر جابجایی اطلاعات دیجیتال میکروفون به حافظه.
۲- خطوط PCM RX مربوط به مسیر انتقال اطلاعات دیجیتال دریافتی به حافظه.
خطوط PCM TX و PCM RX در نقشه‌های گوشی‌ها بین آی سی COBBA و آی‌سی CPU