Как создать свой телефон
Все началось с того, что некоторое время назад я собирал для себя телефон на модуле связи GSM. Современная электроника была размещена в винтажном корпусе с внешней трубкой и дисковым номеронабирателем (помнишь ли ты еще, как ими пользоваться?). Увы, из-за непродуманной схемы звонить с него было неудобно.
Тогда я решил предпринять вторую попытку, но уже с новой концепцией. Хотелось создать компактное устройство, выполняющее функции простого кнопочного телефона и при этом пригодное к практическому использованию. В идеале заряда даже от небольшого аккумулятора должно хватать минимум на неделю. Никаких лишних сервисов, подозрительных приложений и надоедливых уведомлений, только самое необходимое — звонки, SMS и телефонная книжка.
Проект демонстрировался на Chaos Constructions 2019 и, к моему (приятному) удивлению, вызвал интерес у широкой аудитории. Многим было любопытно узнать внутреннее устройство мобильного телефона, поэтому сегодня я подробно расскажу, как можно собрать подобный гаджет самостоятельно.
WARNING
Увы, система сотовой связи по умолчанию позволяет операторам следить за абонентами практически в режиме реального времени и с точностью порядка двадцати метров (за счет триангуляции с нескольких вышек). C учетом российской практики выдачи симок в обмен на паспортные данные, ситуация выглядит печальной. На самом деле уйти из-под надзора телекоммуникационных компаний тоже возможно, но такие способы выходят за рамки этой статьи.
Блок-схема компонентов
Сперва определимся с требованиями к устройству: нам нужно совершать исходящие звонки, принимать входящие, читать и писать SMS (в том числе на кириллице) и управлять контактами в телефонной книге. Это базовая функциональность, которую пользователи ожидают от кнопочных телефонов. Конечно, это далеко не полный список и тут не хватает как минимум встроенных игр (змейки или тетриса), но их легко будет добавить уже на финальном этапе.
Ключевым компонентом устройства станет модуль сотовой связи SIM800C. Он содержит полный радиотракт, аудиотракт и реализует основные функции работы с сетью GSM. Иными словами, это практически готовый мост GSM-UART, который нуждается лишь в управлении через внешний терминал.
Для этого нам потребуется экран, клавиатура и какой-нибудь микроконтроллер для выполнения основной программы. В качестве экрана я использовал дисплейный модуль ST7735 с разрешением 128 на 160 пикселей. К нему у меня уже была готовая библиотека, которая позволяла отрисовывать символы и графические примитивы. По большому счету выбор дисплея некритичен для проекта, и ты можешь использовать любой другой с подходящей диагональю.
Клавиатура с шестнадцатью кнопками реализована на сдвиговых регистрах (пара восьмибитных микросхем 74HC165 (PDF). Также ты можешь использовать их отечественный аналог — микросхемы компании «Интеграл» КР1533ИР9. В любом случае выход таких регистров представляет собой неполноценный SPI, так как даже при отключении они не переходят в высокоимпедансное состояние. Поэтому вместо аппаратной и совмещенной с дисплеем шины SPI для них использовалась программная реализация.
Управлять всем будет микроконтроллер семейства STM32. Так как особого быстродействия не требуется, подойдут даже бюджетные решения. Я остановил свой выбор на F103C8T6 (PDF), его ресурсов тут должно хватить с избытком. Кроме того, именно на таком микроконтроллере выпускается известная модельная линейка отладочных плат BluePill (прекрасное средство для избавления от Arduino-зависимости). Это позволило собрать прототип и протестировать работу компонентов практически с самого старта.
Некоторые микросхемы F103C8T6 имеют 128 Кбайт памяти вместо заявленных по документации 64 Кбайт. Однако это относится к недокументированным возможностям, и рассчитывать на «лишний» банк памяти не стоит.
Позже (и в качестве приятного бонуса) я решил добавить в проект внешнюю постоянную память W25Q32 (PDF) на 32 Мбит. Это позволило не перезаписывать флеш самого микроконтроллера и хранить все контакты отдельно. Кроме того, появилась возможность загружать на телефон картинки, символы и прочие элементы растровой графики.
Сама схема мобильного телефона достаточно стандартная и в комментариях вряд ли нуждается. SIM800C включается при подаче низкого уровня на вывод REST (используется транзистор Q1, соединенный с контактом PA0 микроконтроллера). Дополнительно светодиоды VD2 и VD3 указывают на состояние радиомодуля. VD2 мигает при успешном подключении, тогда как VD3 горит все время, пока SIM800C активен.
Принципиальная схема устройства
Компоненты размещены на двух односторонних печатных платах, преимущественно поверхностным монтажом. Первая плата содержит радиомодуль, микроконтроллер, микросхему внешней памяти и разъемы для подключения антенны и динамика. Вторая плата целиком и полностью отдана под клавиатуру. Собранная конструкция помещается в корпус из оргстекла и закрепляется на стойках М3.
Питается наше устройство от литий-полимерного аккумулятора на 1500 мА · ч. Его емкость примерно в два раза ниже, чем у современных флагманских смартфонов, но и ее хватает примерно на неделю в режиме ожидания (потребление около 6 мА) или на сутки активного пользования (потребление около 40 мА).
Вообще говоря, большая часть использованных электронных компонентов сейчас доступна в виде готовых оценочных плат или модулей. Поэтому, если тебе не хочется возиться с разводкой плат и пайкой микросхем, ты можешь собрать все на беспаечных макетках.
Настраиваем UART
Сегодня существует масса вариантов для программирования микроконтроллеров. Это и различные языки (С/С++, Rust), и самые разнообразные прикладные библиотеки, абстрагирующие разработку от аппаратного уровня (HAL от ST Microelectronics, Arduino Core и другие). Я использовал в проекте каноничный C и открытую libopencm3.
Полный комплект исходных файлов проекта доступен в репозитории на GitHub.
Первым делом следует инициализировать UART1, ведь именно он отвечает за общение с радиомодулем. Параметры стандартные: 115 200 бод и 8N1.
Работа с экраном
Как и любую другую периферию, дисплей перед использованием предстоит инициализировать. Конечно, сегодня подходящий код можно найти и в интернете, но я решил написать реализацию самостоятельно. Это не отнимет много времени, зато позволит лучше узнать возможности микросхемы ST7735. Я ориентировался на документацию (PDF) производителя и брал за основу готовые примеры в псевдокоде.
Продолжение доступно только участникам
Членство в сообществе в течение указанного срока откроет тебе доступ ко ВСЕМ материалам «Хакера», позволит скачивать выпуски в PDF, отключит рекламу на сайте и увеличит личную накопительную скидку! Подробнее
Что твой телефон знает о тебе? Насколько надежно он хранит информацию и кто имеет к ней доступ? К счастью, изготовить и запрограммировать собственный мобильный телефон теперь можно буквально за несколько дней. Что я и сделал, а теперь и тебе покажу, что для этого нужно.
Как создать свой мобильный телефон
Все началось с того, что некоторое время назад я собирал для себя телефон на модуле связи GSM. Современная электроника была размещена в винтажном корпусе с внешней трубкой и дисковым номеронабирателем (помнишь ли ты еще, как ими пользоваться?). Увы, из-за непродуманной схемы звонить с него было неудобно.
Тогда я решил предпринять вторую попытку, но уже с новой концепцией. Хотелось создать компактное устройство, выполняющее функции простого кнопочного телефона и при этом пригодное к практическому использованию. В идеале заряда даже от небольшого аккумулятора должно хватать минимум на неделю. Никаких лишних сервисов, подозрительных приложений и надоедливых уведомлений, только самое необходимое — звонки, SMS и телефонная книжка.
По мнению всех ведущих специалистов с мировым именем, тут десять баллов из десяти по шкале ремонтопригодности
Проект демонстрировался на Chaos Constructions 2019 и, к моему (приятному) удивлению, вызвал интерес у широкой аудитории. Многим было любопытно узнать внутреннее устройство мобильного телефона, поэтому сегодня я подробно расскажу, как можно собрать подобный гаджет самостоятельно.
Увы, система сотовой связи по умолчанию позволяет операторам следить за абонентами практически в режиме реального времени и с точностью порядка двадцати метров (за счет триангуляции с нескольких вышек). C учетом российской практики выдачи симок в обмен на паспортные данные, ситуация выглядит печальной. На самом деле уйти из-под надзора телекоммуникационных компаний тоже возможно, но такие способы выходят за рамки этой статьи.
Блок-схема компонентов
Сперва определимся с требованиями к устройству: нам нужно совершать исходящие звонки, принимать входящие, читать и писать SMS (в том числе на кириллице) и управлять контактами в телефонной книге. Это базовая функциональность, которую пользователи ожидают от кнопочных телефонов. Конечно, это далеко не полный список и тут не хватает как минимум встроенных игр (змейки или тетриса), но их легко будет добавить уже на финальном этапе.
Ключевым компонентом устройства станет модуль сотовой связи SIM800C. Он содержит полный радиотракт, аудиотракт и реализует основные функции работы с сетью GSM. Иными словами, это практически готовый мост GSM-UART, который нуждается лишь в управлении через внешний терминал.
Для этого нам потребуется экран, клавиатура и какой-нибудь микроконтроллер для выполнения основной программы. В качестве экрана я использовал дисплейный модуль ST7735 с разрешением 128 на 160 пикселей. К нему у меня уже была готовая библиотека, которая позволяла отрисовывать символы и графические примитивы. По большому счету выбор дисплея некритичен для проекта, и ты можешь использовать любой другой с подходящей диагональю.
Клавиатура с шестнадцатью кнопками реализована на сдвиговых регистрах (пара восьмибитных микросхем 74HC165 (PDF). Также ты можешь использовать их отечественный аналог — микросхемы компании «Интеграл» КР1533ИР9. В любом случае выход таких регистров представляет собой неполноценный SPI, так как даже при отключении они не переходят в высокоимпедансное состояние. Поэтому вместо аппаратной и совмещенной с дисплеем шины SPI для них использовалась программная реализация.
Управлять всем будет микроконтроллер семейства STM32. Так как особого быстродействия не требуется, подойдут даже бюджетные решения. Я остановил свой выбор на F103C8T6 (PDF), его ресурсов тут должно хватить с избытком. Кроме того, именно на таком микроконтроллере выпускается известная модельная линейка отладочных плат BluePill (прекрасное средство для избавления от Arduino-зависимости). Это позволило собрать прототип и протестировать работу компонентов практически с самого старта.
Некоторые микросхемы F103C8T6 имеют 128 Кбайт памяти вместо заявленных по документации 64 Кбайт. Однако это относится к недокументированным возможностям, и рассчитывать на «лишний» банк памяти не стоит.
Позже (и в качестве приятного бонуса) я решил добавить в проект внешнюю постоянную память W25Q32 (PDF) на 32 Мбит. Это позволило не перезаписывать флеш самого микроконтроллера и хранить все контакты отдельно. Кроме того, появилась возможность загружать на телефон картинки, символы и прочие элементы растровой графики.
Сама схема мобильного телефона достаточно стандартная и в комментариях вряд ли нуждается. SIM800C включается при подаче низкого уровня на вывод REST (используется транзистор Q1, соединенный с контактом PA0 микроконтроллера). Дополнительно светодиоды VD2 и VD3 указывают на состояние радиомодуля. VD2 мигает при успешном подключении, тогда как VD3 горит все время, пока SIM800C активен.
Принципиальная схема устройства
Компоненты размещены на двух односторонних печатных платах, преимущественно поверхностным монтажом. Первая плата содержит радиомодуль, микроконтроллер, микросхему внешней памяти и разъемы для подключения антенны и динамика. Вторая плата целиком и полностью отдана под клавиатуру. Собранная конструкция помещается в корпус из оргстекла и закрепляется на стойках М3.
Питается наше устройство от литий-полимерного аккумулятора на 1500 мА · ч. Его емкость примерно в два раза ниже, чем у современных флагманских смартфонов, но и ее хватает примерно на неделю в режиме ожидания (потребление около 6 мА) или на сутки активного пользования (потребление около 40 мА).
Вообще говоря, большая часть использованных электронных компонентов сейчас доступна в виде готовых оценочных плат или модулей. Поэтому, если тебе не хочется возиться с разводкой плат и пайкой микросхем, ты можешь собрать все на беспаечных макетках.
Настраиваем UART
Сегодня существует масса вариантов для программирования микроконтроллеров. Это и различные языки (С/С++, Rust), и самые разнообразные прикладные библиотеки, абстрагирующие разработку от аппаратного уровня (HAL от ST Microelectronics, Arduino Core и другие). Я использовал в проекте каноничный C и открытую libopencm3.
Полный комплект исходных файлов проекта доступен в репозитории на GitHub.
Первым делом следует инициализировать UART1, ведь именно он отвечает за общение с радиомодулем. Параметры стандартные: 115 200 бод и 8N1.
Большинство из нас владеют мобильными, как и я. И после нескольких успешных проектов я задумался над тем, что создание мобильника своими руками будет хорошим вызовом. Я прекрасно осознавал, что у меня не получится воссоздать весь функционал современного телефона, но осуществление звонков и, возможно, отправка смс, вполне меня устраивала.
Шаг 1: Планирование
В качестве вдохновения я использовал проекты, найденные в интернете:
Модуль сотового GSM
Adafruit FONA
Модуль работает на частотах 850/900/1800/1900MHz, позволяя ловить радио в диапазоне FM и много другое. Радио не было важным для меня, но, возможно, в будущем я добавлю этот функционал. Важными функциями являются осуществление звонков, получение и отправка СМС и этого вполне достаточно.
В качестве бонуса, купленный модуль обладает антенной. На другом конце платы есть модуль для сим-карт, что также делает жизнь проще (не придётся производить мелкую и затратную по времени пайку).
Экран
В одной из инструкций использовался экран Nokia, в то же время я не очень хотел использовать LED-экран, таким образом, я решил использовать экран от Nokia, но LCD.
После некоторых изысканий, я обнаружил, что экраны Nokia испытывают проблемы из-за слишком высокого напряжения. На Sparkfun я выяснил, что при напряжении 5 вольт, нужно использовать резисторы. Напряжение источника питания должно быть 3,3V.
Нужно использовать резистор на 10 кОм между пинами SCLK (CLK), DN (DIN), D/C (DC), и RST. А с пином SCE (CS) нужно использовать резистор на 1 кОм. Для подсветки рекомендуется минимум 330 Ом. Для одних и тех же пинов могут использоваться разные обозначения: SCLK=CLK; DN=DIN; D/C=DC; SCE=CS.
Для экрана нужно 3.3 Вольта, поэтому необходимо использовать конвертер DC-DC. Все пины соединяются с Ардуино, который работает от 5 Вольт. Для того чтобы увеличить срок жизни экрана, между пинами нужно включить резисторы (смотрите схему: “Hand1_R4 – R8”).
Кнопки
Расположение кнопок схоже с расположением на множестве старых телефонов. Эта схема очень разумна.
Клавиатура состоит из 16 кнопок. Для использования всех 16 кнопок понадобится большой микроконтроллер или слегка более продвинутая клавиатура.
С использованием технологии разделения напряжения, клавиатуру можно подключить, используя лишь один аналоговый пин.
Создание клавиатуры с использованием разделителя напряжения достаточно просто и может быть очень легко рассчитано. Разделитель напряжения можно найти на схеме. Принцип очень прост, но фактические значения raw_data (напряжения), которые должны соответствовать нажатию разных кнопок слегка отличаются от теоритических вычислений.
В теории можно использовать лишь вычисления, но я обнаружил, что более точно будет замерить напряжение на готовой системе, а затем доработать скрипт. Это означает, что нужно донастраивать скрипт каждый раз, когда меняется система.
Рассчитанные и измеренные значения raw_data показаны на приложенной таблице. Как можно заметить, выходит довольно большое отклонение, особенно на уровне низкого напряжения. Используемые резисторы имели погрешность до 5%, что и привело к такому результату.
Мозг телефона планировалось собрать с использованием Arduino Pro-Micro. Плата дешевая, но достаточно мощная для наших нужд. У этой платы есть много преимуществ, и она может быть напрямую соединена с компьютером посредством USB. Это облегчает обновление кода и зарядку батареи (так как в ней есть готовый порт micro-USB).
Но в реальной жизни не всё так просто и она оказалась несовместимой с SIM800L. Я не знаю почему, но она не работала, хотя физически всё было соединено. Мне пришлось заменить Pro-Micro обычным Arduino UNO и всё заработало как надо.
Схема соединения Ардуино прикреплена выше. Также UNO использовался для окончательного дизайна соединения пинов, кроме D14-D16 (которые я всё равно не использовал)
Как говорилось выше, я использовал экран Nokia 5110.
Пин 7 экрана управляет подсветкой. Подав на него напряжение 3.3V можно включить подсветку. Я купил на Ибэй несколько экранов от разных производителей и один из них отличался. Этот экран требовал заземления пина для того, чтобы подсветка заработала. У экрана уже были резисторы, поэтому отпала нужда в последовательных резисторах (Hand1_R3). На макетной плате такое было легко доработать, но я обнаружил эту особенность после заказа печатной платы, поэтому данный факт был слегка раздражающим.
Для печатной платы я не использовал сколь бы то ни было сложной системы зарядки батареи. Я использовал обычную батарейку 18650 LiPo и соединил её напрямую с SIM800L.
Ардуино УНО питался от USB кабеля.
3.3 Вольта на экран подавались напрямую с УНО, поэтому не было нужды в дополнительных элементах.
Большинство софта я написал сам, поэтому он был не очень хорошего качества, медленный и без сильного функционала. Но каждый из вас может улучшить его.
Для клавиатуры я нашел неплохой код от OtakuSanel. Я сильно модифицировал его код, но основа осталась та же, если сырые значения верны, то для проверки клавиатуры можно использовать приложенный файл (T-keyBoardTest1.ino).
Простую программу для коммуникации с SIM800L можно найти на adafruit (FONAtest в примерах). Вам может потребоваться лишь настроить пины. Также потребуется скачать библиотеки из Adafruit FONA. На этом шаге экран не нужен и вся коммуникация проходит через последовательный порт.
Простая программа для осуществления звонков также прилагается ниже (T-mobile_OnlyCalling.ino). Код был доработан для меня, так что он не слишком лёгкий для понимания.
Шаг 7: Мобильник на макетной плате
Первую систему тестирования я разработал для клавиатуры, затем для модуля SIM800L, а затем для всего этого и экрана. Перед заказом печатной платы я хотел быть уверенным, что я могу получить доступ ко всем модулям, и что компоненты подходят друг к другу. В предыдущих случаях я старался пропустить шаг с макетной платой и сразу купить печатную плату, но такие платы часто имели ошибки в проектировании.
Шаг 8: Прототип печатной платы
После того, как макетная плата была собрана и работала без ошибок, я сразу сделал дизайн для печатной платы. Несколько вещей, которые я не полностью испытал и не предполагал о них вначале, сделали результат не таким продуманным, как я надеялся, но в итоге я смог заставить свой мобильник работать. Далее я рассмотрю все трудности, возникшие после сборки печатной платы.
Микроконтроллер
Как говорилось выше, я собирался использовать в качестве контроллера Pro-Micro. В моих предыдущих проектах Pro-Micro и UNO были полностью совместимы, и с их заменой не было никаких проблем. Поэтому я не делал никаких специальных тестов с Pro-Micro перед тем, как заказал плату.
Я решил, что просто использую UNO вместо Pro-Micro, и тогда не будет никаких проблем, тем не менее, мне пришлось спаять много проводов от слотов (расчитаных для Pro-Micro) к плате UNO.
Питание
Контроллер был не единственной проблемой.
Я планировал увеличить напряжение (с 3.7-4V до 5.0V) при помощи чипа RT9261A. Этот чип сам по себе не может держать большую силу тока. Поэтому он управляет небольшим переключателем BJT-NPN. Напряжение NPN фильтруется через резистор и конденсатор. Значения находятся непосредственно в таблице данных.
Для питания экрана мне требовалось 3.3V. Это осуществлялось при помощи DC-DC конвертера PAM2305 (“Hand1_VoltReg1”). Опять же, это очень простое устройство и оно требует для работы только наличия индуктора (“Hand1_L2”). Конденсатор “Hand1_C3” нужен для стабилизации напряжения.
Кнопки
Кнопки работали хорошо в версии с макетной платой. Я надеялся, что то же самое будет и с печатной платой, но всё оказалось не так просто. Во-первых, из-за того, что соединения были другими, напряжение тоже поменялось. Мне пришлось перенастраивать эти значения в скрипте.
Я перенастроил сырые значения, в то время как UNO был подключен к компьютеру. С подключенным кабелем всё работало хорошо. После отключения кабеля кнопки тут же перестали работать. Почему? Я задал себе такой же вопрос.
Фильтр
На других схожих проектах на микрофоне и динамике всегда находились фильтры. Понимая, для чего могут быть полезны фильтры, я не слишком задумывался и просто скопировал всё как есть. Оба фильтра почти одинаковые.
Как оказалось, дизайн без фильтров работает достаточно хорошо, и для начала можно было не беспокоиться об этом.
Для измерения напряжения на кнопках есть еще один набросок, на этот раз значения отображаются на экране 5110 Nokia.
Шаг 9: итоги
Несмотря на то, что мой дизайн содержал несколько ошибок и подводных камней, мне удалось модифицировать всё таким образом, чтобы телефон заработал.
Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.
В свое время ответом на этот пользовательский запрос должны были стать модульные смартфоны. Наибольшую известность получила инициатива Motorola и Google под кодовым названием Project Ara, но были и другие стартапы, строящиеся на идее модульности.
Пользователям самим предлагалось собирать смартфон из специальных модулей, которые вставлялись в соответствующие слоты. Таким образом, выбирая требуемые комплектующие, можно было собрать устройство под свое видение прекрасного. К сожалению, идея не взлетела и громких анонсов в этой сфере не случилось.
Тем не менее, давайте попробуем представить, как бы мог выглядеть идеальный смартфон. Есть надежда, что кто-то из производителей обратит внимание на интерес к данной теме и, возможно, со временем мы получим серийное устройство, в котором не к чему будет придраться. Заодно поможем новичкам разобраться в основных принципах комплектации современных смартфонов.
Дисплей и общие габариты
Как бы там ни было, реалии таковы, что индустрия движется в сторону увеличения диагонали дисплея.
Так, еще недавно большими считались смартфоны с 6-дюймовыми экранами, теперь флагманские модели популярных производителей приближаются к отметке 7 дюймов. Например, Samsung Galaxy S20 Ultra получил 6,9-дюймовый экран, а iPhone 12 Pro Max – 6,7-дюймовый. Даже смартфоны среднего сегмента прибавляют в размерах, достаточно взглянуть хотя бы на Motorola G9 Plus и ZTE Blade V2020 Smart, экраны которых имеют диагональ 6,81 и 6,82 дюйма соответственно.
Перейдем к качеству. Для начала сразу оговоримся, что на рынке существуют две принципиально разные технологии построения экранных матриц – OLED и IPS. Вдаваться в подробности их конструкций не будем, сосредоточимся на плюсах и минусах данных технологий. OLED экраны обладают повышенной контрастностью, быстрым откликом, лучшей энергоэффективностью, позволяют устанавливать подэкранные селфи-камеры и датчики отпечатков пальцев. Также на основе OLED панелей можно создавать гибкие и полностью безрамочные дисплеи, так как здесь не требуется наличия сторонней подсветки пикселей. Именно такие экраны используются во всех современных флагманах.
Минусов здесь тоже хватает. Некоторые пользователи жалуются на усталость от невидимого мерцания OLED дисплеев (так называемая ШИМ-модуляция, используемая для регулировки яркости), некоторым не нравятся перенасыщенные, по их мнению, цвета, кто-то боится выгорания экрана. Выгоранием называют потерю работоспособности некоторых пикселей после длительного свечения, вследствие чего небольшие области на экране уже не могут изменять свой цвет. Справедливости ради надо сказать, что со всеми этими недостатками производители научились бороться. Мерцание устраняется включением функции DC Dimming, она есть практически на всех смартфонах китайских производителей, но отсутствует у Samsung, так как при ее активации страдает цветопередача. Насыщенность цвета можно менять в настройках гаммы, а выгорание предотвращают программные и аппаратные уловки разработчиков.
IPS является противоположностью OLED: не мерцает (у хороших производителей), не выгорает, но потребляет больше энергии, требует подсветки (а значит, всеми ненавидимых рамок) и в среднем демонстрирует более низкие показатели контрастности. Данные типы экранов постепенно уступают место конкуренту, но все еще встречаются во всех сегментах. Например, IPS матрицей комплектуются популярные модели Xiaomi Redmi Note 8 и 9, Apple iPhone 11 и iPhone SE (2020) (но топовая версия iPhone 11 Pro Max комплектуется уже OLED дисплеем), а также прошлогодний флагманский смартфон ASUS ZenFone 6.
Сделать выбор в пользу какой-либо технологии невероятно трудно (может быть, потому, что автор данного материала сам страдает чувствительностью к ШИМ), поэтому примем, что у идеального смартфона может быть сразу две версии: с OLED и IPS дисплеями.
Осталось добавить, что в последнее время получили популярность экраны с повышенной частотой обновления изображения. Стандартные дисплеи могут обновляться с частотой 60 Гц (то есть 60 раз в секунду), продвинутые варианты – с частотой 90, 120 и 144 Гц. Компания Sharp даже анонсировала смартфон Aquos Zero 2, дисплей которого поддерживает 240 Гц.
Чем выше данный показатель, тем более плавно происходит смена изображения на экране, особенно это может быть заметно при быстром скроллинге или в динамичных играх (правда, тогда и «железо» смартфона должно справляться с отрисовкой повышенной частоты кадров). Мы мелочиться не будем, думаю, 240 Гц – это то, что нужно для смартфона мечты.
Чипсет и производительность
Не менее важной составляющей смартфона является его процессор, обеспечивающий вычислительную производительность. При недостаточной мощности ЦП и графического ускорителя можно забыть о плавной работе устройства, многозадачности и играх. При выборе процессора для идеального смартфона будем ориентироваться на существующие на рынке флагманские решения.
Из этого правила есть три исключения: Samsung, Apple и Huawei. Samsung можно причислить к этому списку с натяжкой, так как компания использует чипсеты Snapdragon наравне с собственным решением Exynos в зависимости от региона продаж. Сам же Exynos постоянно подвергается нападкам критиков из-за недостаточной, по их мнению, производительности и низкой энергоэффективности. Huawei продвигает свою линейку процессоров под общим названием Hisilicon Kirin с флагманом Kirin 9000, а топовым решением от Apple на сегодня является чип Apple A14 Bionic.
Все три чипа достаточно мощные, Kirin 9000 и A14 производятся по 5 нм техпроцессу, Snapdragon 865 – по 7 нм. При этом Kirin 9000 и Snapdragon 865 имеют восемь ядер с максимальной тактовой частотой 3.13 и 2,84 ГГц соответственно, а A14 – шесть ядер и 2,99 ГГц на пике. Графические ускорители чипсетов – Adreno 650 из состава Snapdragon 865, Mali-G78 MP24 у Kirin 9000 и Apple GPU у A14 – находятся примерно на одном уровне производительности, и он достаточно высок для любых задач.
Ориентируясь на вышесказанное, примем, что идеальный смартфон должен иметь 5 нм восьмиядерный процессор с максимальной тактовой частотой около 3 ГГц и графический ускоритель, способный тянуть любые приложения, в том числе игровые, с высокой частотой кадров (в идеале 240 кадров в секунду). При этом он должен быть достаточно энергоэффективным, чтобы не допускать быстрого разряда аккумулятора, и холодным, чтобы избегать нагрева и связанного с этим падения производительности из-за троттлинга.
Кроме производительности, чипсет отвечает еще за множество сопутствующих функций и связь. Поэтому обязательным требованием к нему будет поддержка высокого разрешения экрана и его частоты обновления, запись 8K видео и работа со всевозможными навигационными системами и кодеками. С точки зрения связи чипсет должен поддерживать 5G и 4G всех стандартов и бэндов, LTE, скоростной Wi-Fi 6 и Bluetooth 5.2.
Камера
Первые мобильные телефоны обходились вообще без камеры, но со временем, еще при доминировании кнопочных устройств, разработчики стали устанавливать в них фотообъективы. Качество снимков с этих камер было предельно низким, тем не менее, тренд был задан, и сейчас фотовозможности – чуть ли не ключевой параметр, на который пользователи обращают внимание при покупке смартфона. По сравнению с родоначальниками мобильной фотографии современные смартфоны демонстрируют запредельное качество съемки. Сейчас доступны высокие показатели светочувствительности матриц и разрешения снимков (64 и даже 108 МП), оптический зум (вплоть до x5), электронная и оптическая (OIS) стабилизация, улучшение снимков с помощью ИИ и многое другое.
Кроме того, постепенно стали стандартом модули основной камеры на 3-4 объектива. Как правило, основную камеру дополняют широкоугольный, телефото- или макрообъектив.
Также интересно выглядит относительно новая технология определения глубины снимка с помощью лазерного сенсора LiDAR, который установлен в iPhone 12 Pro и 12 Pro Max. С его помощью улучшается работа автофокуса, повышается качество портретных снимков даже при плохом свете, кроме того, LiDAR будет незаменим при работе с дополненной реальностью, а также в специализированных приложениях. Например, воспользовавшись LiDAR, можно сделать трехмерную модель помещения, просто отсканировав его со смартфона. При выборе камеры для идеального смартфона будем ориентироваться на все вышеуказанные особенности.
Фронтальные камеры также постепенно подтягиваются к основным по качеству и возможностям. Если раньше они располагались на рамках корпуса или в вырезах в дисплеях, то теперь производители все чаще стараются их скрывать. Делают они это тремя способами: устанавливают всплывающий модуль (используется в смартфонах Xiaomi Mi 9T, OnePlus 7 Pro, Honor 9X и других), поворотный модуль с основной камерой (ASUS ZenFone 6 и 7) или подэкранную камеру (ZTE Axon 20 5G). Несмотря на то, что технология подэкранной камеры еще сыровата, именно ее доработанный вариант хотелось бы включить в финальную спецификацию (для смартфона с OLED дисплеем). Для версии устройства с IPS матрицей будет предпочтительна всплывающая камера.
Память
На первый взгляд, с памятью ситуация простая – чем больше, тем лучше. В топовых версиях современных флагманов, например, в Samsung Galaxy S20 Ultra, устанавливается 16 ГБ оперативной памяти и файловый накопитель на 512 ГБ. Иногда производители второго эшелона хотят выделиться и могут поставить накопитель на 1 ТБ. Именно такое количество памяти установлено в смартфоне Smartisan R1. На это исключение из правил и будем ориентироваться. Стоит отметить, что в погоне за количеством производители могут пойти на ухудшение качественных характеристик. Часто экономить пытаются на скорости чтения и записи информации в ячейки памяти. К счастью, в индустрии есть стандарты для ориентира: LPDDR5 для ОЗУ и UFS 3.1 для постоянной памяти. Имея модули памяти этих стандартов, можно быть уверенным, что у нас быстрые и качественные решения.
Аккумулятор
Оснащение и особенности
Финальная спецификация почти готова, осталось пройтись по общему оснащению и дополнительным функциям. Необходимым считаю наличие тройного слота на две SIM-карты и карту памяти, модуля NFC (судя по комментариям, это первое, на что обращают внимание при выборе смартфона), разъема 3,5 мм для проводных наушников, ИК-порта для управления бытовой техникой, поддержку быстрой зарядки мощностью 100 Вт, беспроводной зарядки и FM-радио (куда же без него в 2020 году!). Также будет полезным наличие защиты от воды и пыли на уровне IP68. Хотя этот параметр может конфликтовать с установкой разъема 3,5 мм, но что стоит разработчикам идеального устройства предусмотреть какой-нибудь клапан или простую заглушку. Думаю, даже не стоит упоминать о всевозможных датчиках приближения и освещенности, гироскопе, акселерометре, функции разблокировки по лицу. Их наличие уже обязательно в любом флагмане. Для придания большей прочности устройству рамка может быть выполнена из нержавеющей стали, тыльная панель – из какой-нибудь крепкой керамики.
Итак, подведем итоги. Технические характеристики идеального смартфона могут выглядеть так:
Свое мнение постарался изложить максимально простым языком, поэтому некоторые технические нюансы не были упомянуты намеренно. Возможно, в статье было что-то упущено, просим в комментариях добавить, что еще необходимо идеальному смартфону.
Читайте также: