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2014年底,記者得到了詳細調查iPhone 6所採用的無線通信技術的機會。因為《日經NETWORK》2015年2月刊特輯1《智慧手機的內部》將以iPhone 6為例,介紹LTE智慧手機的工作方式。
筆者在調查過程中發現,蘋果即便是在RF(高頻無線)的安裝方面也不隨波逐流、堅持走自己之路的「頑固不化」得到了充分體現。或許本文可以為研究蘋果的製造思路的讀者提供一些啟示。
智慧手機的基本結構
在介紹iPhone 6的通信機制之前,先來簡單了解一下智慧手機的通信組件結構。圖1以LTE等行動通訊功能為中心,簡化了智慧手機的結構。
主要的構成要素包括應用處理器、基頻處理器、RF收發器、功率放大器、濾波器、雙工器、天線開關和天線(各自的作用請參照圖片)。
所有智慧手機都是採用這樣的基本結構。不過,究竟是為每個功能單獨配置電子元件,還是把多個功能整合為1個模組,具體的做法則如實體現了智慧手機製造商的設計思想。
行動通訊元件佔據了iPhone 6主板的一大半
那麼,iPhone 6具體採用了什麼樣的結構呢?讓我們通過拆解來一探究竟(圖2,圖3)。iPhone 6主板的兩面排滿了電子元件,其中,行動通訊相關元件佔據了相當大的一部分。尤其引人注目的是「PAD」模組。這個模組中整合了多個功率放大器和雙工器等。
功率放大器的作用是放大信號,使信號能夠從終端發送到遙遠的基地台。雙工器則是分離頻率不同的發射送號與接收信號的濾波器。
這些元件要根據行動通訊使用的不同的頻帶和模式分別配置。PAD模組是把這些電子元件大致分為低頻帶、中頻帶、高頻帶幾類分別集成到一起構成的。
圖4梳理出了這些電子元件的連接情況。由圖可知,iPhone 6採用的結構是,由名為天線開關的電子元件在多個PAD模組之間切換。
iPhone在RF器件的安裝上特立獨行
前面介紹了iPhone 6的RF安裝方式,這並不屬於典型的安裝方法。最近的智慧手機常用的是使用「FEMiD」模組的安裝結構(圖5的b)。
FEMiD是「Front-End Module with Integrated Duplexers」的縮寫,整合了天線開關與雙工器等電子元件。這樣的架構在批量生產的Android智慧手機中十分常見,頗得三星電子的青睞。中國的製造商現在也已經開始採用。
在這種架構中,RF前端由FEMiD與功率放大器模組組合而成。其最大的優點是設計簡便,只需要組合兩個部件即可。
但這種方法的缺點是,在某些國家有些部件的頻帶是用不到的,會造成安裝面積和成本上的浪費。而且還存在雙工器和功率放大器位於不同模組的難點。其實,雙工器與功率放大器的匹配是智慧手機RF設計中最難的地方之一。由此可見,這種方法的設計思想是將難點減少到一處,其他部分都可以輕鬆完成。
但iPhone 6的RF結構是利用天線開關整合多個PAD的方式(圖5的c)。因為增加了模組之間的連接位置,所以設計起來比較麻煩。但難以進行匹配的雙工器和功率放大器從一開始就整合到一個模組。模組製造商會在完成匹配後供貨,無需蘋果費心。蘋果或許是因為認識到了自身匹配設計能力的侷限性,所以採用了這種揚長避短的架構。
這種不隨波逐流、採用獨有方式的做法在蘋果產品的設計中十分常見,而將這種「頑固不化」延續到了一般用戶看不到的RF安裝之中,令人不得不佩服。
在2015年,蘋果可能還會推出新款iPhone,估計很多媒體也會通過拆解追根究底,從RF安裝的角度進行考察也許會得到獨特的成果。(記者:高橋健太郎,《日經電腦》)
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