Аккумуляторы

Приобретая мобильный телефон, человек, как правило, меньше всего задумывается над сроком его безотказной работы. А если и задумывается, то связывает его прежде всего с ненадежностью микросхем, радиоэлементов и механическими повреждениями. Исследования показывают, что первое место по отказам занимают элементы питания. В настоящее время в мобильных телефонах используют никель-кадмиевые (NiCd), никель-металл-гидридные (NiMH), литий-ионные (Li-Ion) и литий-полимерные (Li-Polymer) аккумуляторные батареи. Рассмотрим характеристики аккумуляторов.

Емкость аккумулятора

Емкость аккумулятора – максимальное количество электричества, которое можно получить от одной полной зарядки. Обозначается латинской буквой С и выражается в ампер-часах (А-ч) или миллиампер-часах (мА-ч). Так, например, аккумулятор емкостью 720 мА-ч способен отдавать в нагрузку ток 720 мА в течение оного часа или 360 мА в течение двух часов. При этом, конечно, разрядный ток не должен превышать некоторой максимальной силы для конкретного типа аккумулятора, иначе его пластины быстро выйдут из строя.

Внутреннее сопротивление аккумулятора

Чем оно меньше, тем больший ток способен отдать аккумулятор в нагрузку. Это очень важная характеристика. В режиме приема мобильный телефон потребляет небольшой ток. Однако во время разговора ток резко возрастает. В этом случае аккумуляторы с различным внутренним сопротивлением ведут себя по-разному. Никель-кадмиевые, обладающие наименьшим внутренним сопротивлением, легко отдают требуемый ток. Никель-металл-гидридные обладают самым высоким сопротивлением, поэтому дают просадку напряжения, которая может привести к сбоям либо ваш телефон выдаст сигнал, что аккумулятор разряжен. Так как мобильные телефоны в процессе работы потребляют более или менее стабильный ток, то для их питания применяют литий-ионные либо литий-полимерные аккумуляторы. Никель-металл-гидридные применяют при питании устройств, потребляющих стабильный ток.

Плотность энергии (Energy Density) заряженной батареи

Измеряется в ватт-часах, отнесенных к килограмму массы аккумулятора (встречается и к литру объема). Здесь лидируют литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы (110... 160 Вт/кг), заметно уступают им аккумуляторы 100… 130 Вт/кг. Никель-металл-гидридные аккумуляторы имеют этот показатель 60… 120, никель-кадмиевые - 45… 80 Вт х ч/кг. Из сказанного следует, что наименьшими размерами и весом при одинаковой емкости обладают литий-полимерные и литий-ионные аккумуляторы, несколько большими - никель-металл-гидридные. А литий-полимерным аккумуляторам можно придать практически любую форму.

Время заряда аккумулятора

Это довольно важная характеристика, поскольку при интенсивной эксплуатации аккумуляторы мобильных телефонов приходится заряжать почти ежедневно. Варьируется от 1 часа у никель-кадмиевых (при необходимости их можно зарядить за 15 минут) и 2… 4 часов у никель-металл-гидридных, литий-ионных и литий-полимерных.

Номинальное напряжение одного элемента

У никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов номинальное напряжение составляет 1,25 В, у литий-ионных и литий-полимерных - 3,6 В. Причем у первых двух типов напряжение в процессе разряда практически стабильно, в то время как у литий-ионных аккумуляторов в процессе разряда оно линейно снижается от 4,2 до 2,8 В.

Саморазряд аккумулятора

Саморазряд - уменьшение заряда заряженного, но не подключенного к потребителю энергии аккумулятора в процессе его хранения. Для никель-кадмиевых аккумуляторов это одно из слабых мест. У них потеря заряда достигает 10% в первые сутки после зарядки, а затем по 10% в месяц. Примерно такой же показатель и у никель-металл-гидридных аккумуляторов. Вне конкуренции по этому показателю литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы. У них саморазряд не превышает 2 – 5% в месяц, который происходит в основном из-за наличия схем контроля внутри аккумуляторов. Однако ограниченное время «жизни» этих аккумуляторов не дает полностью использовать это положительное качество.

Срок службы

Это одна из важнейших характеристик аккумуляторов, о которой пользователь задумывается почему-то в последнюю очередь. Для аккумуляторов с различной химией он определяется по-разному. Для одних аккумуляторов критичным является общее число рабочих циклов «заряд - разряд», в то время как для других - общее время их эксплуатации.
Никель-кадмиевые аккумуляторы выдерживают более 1500 циклов «заряд - разряд», и как показывает опыт, после восстановления могут проработать еще столько же. При правильном периодическом обслуживании никель-кадмиевые аккумуляторы служат от 5 до 10 и более лет, вплоть до механического износа их корпуса и внутренних контактов.
Никель-металл-гидридные аккумуляторы выдерживают около 500 циклов «заряд - разряд» и срок их службы редко превышает два года даже при весьма аккуратном их обслуживании.
Литий-ионные аккумуляторы можно заряжать-разряжать от 500 до 1000 раз. Но это число циклов полностью выбрать затруднительно из-за короткого срока службы - не более двух лет (по заявлениям производителей). Практически же литий-ионные аккумуляторы теряют свои эксплуатационные качества уже через год.
У литий-полимерных аккумуляторов число циклов «заряд - разряд» колеблется от 300 до 500, и они также редко служат более года. Кроме того, срок службы зависит и от степени разряда - при частичных разрядах он больше, чем при полных.
Никель-кадмиевые аккумуляторы имеют наименьшее время заряда, допускают наибольший ток нагрузки и обладают наименьшим соотношением цена - срок службы, но в то же время они наиболее критичны к точному соблюдению требований по правильной эксплуатации.

Характеристика/тип	NiCd	NiMH	Li-Ion	Li-Polymer
Внутреннее сопротивление	низкое	высокое	среднее	среднее
Число циклов «заряд - разряд» до снижения емкости на 80%/срок службы		500	500-1000/1,5 года	300-500/1,5 года
Время быстрого заряда, ч	1	2 - 4	2 - 4	2 – 4
Токи нагрузки относительно емкости (С) - пиковый	20С	5С
Токи нагрузки относительно емкости (С) - наиболее приемлемый	1С	до 0,5С	до 1С	до 1С
Плотность энергии, Вт/кг	45-80	60-120	110-160	100-130
Саморазряд за месяц при комнатной температуре, /%	20	30	10	10
Обслуживание через	30-60 дней	60-90 дней	Не регл.	Не регл.
Напряжение на элементе, В	1.25	1.25	3.6	3.6
Диапазон рабочих температур, ° С	–40…+60	–20…+60	–20…+60	0…+60
Год выхода на рынок	1950	1990	1991	1999

 

Эффект памяти

Это общеизвестная проблема для никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов. Эффект памяти состоит в частичной (временной) потере емкости аккумулятора, если он будет поставлен на зарядку до полного разряда. Аккумулятор как бы помнит точку начала очередного цикла подзарядки и при разрядке активно отдает только полученную во время последней подзарядки емкость. Иными словами, не полностью разряженный аккумулятор помнит свою предыдущую емкость и, будучи снова полностью заряженным, при разряде отдает только такой заряд, какой он отдал в предыдущем цикле разряда. Проявляется в том, что напряжение в цепи нагруженного и, казалось бы, нормально заряженного аккумулятора внезапно, раньше времени, падает. Эффект памяти реально проявляется в том, что в повседневной жизни пользователи редко дожидаются полной разрядки аккумуляторов перед тем, как поставить их на зарядку.
Физическая суть эффекта памяти заключается в том, что при неполном разряде аккумулятора происходит укрупнение частиц рабочего вещества аккумулятора, соответственно общая площадь соприкосновения рабочего вещества с электролитом уменьшается. Вследствие этого всего за несколько месяцев емкость никель-кадмиевого или никель-металл-гидридного аккумулятора может сократиться в несколько раз.
Поэтому весьма важными для этих типов батарей являются периодические обслуживания, которые состоят в полной разрядке, а затем в полной зарядке аккумулятора. Этот процесс принято называть тренировкой аккумулятора. Никель-кадмиевые аккумуляторы требуют ежемесячной тренировки, никель-металл-гидридные - раз в два-три месяца.
При заметном уменьшении емкости никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов их подвергают процедуре восстановления. Она заключается в очень глубоком разряде аккумулятора, дробящем крупные частицы рабочего вещества на более мелкие. Для этого имеется специальное оборудование, к примеру, анализатор аккумуляторных батарей С7000 канадской фирмы CADEX. Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы не обладают эффектом памяти.

Устройство

Каждый аккумулятор имеет два электрода - положительный и отрицательный. Между электродами помещается разделительный слой, препятствующий разноименным электродам внутри аккумулятора соприкасаться друг с другом. Пространство между электродами заполнено электролитом (кислотным либо щелочным). Электроды могут быть выполнены как чередующиеся пластины.
Вначале аккумуляторы имели пробки, позволявшие стравливать выделяющиеся при заряде газы и сменять электролит. Позднее разработчики придумали изготавливать разные по размерам электроды, что позволило весь выделяющийся газ поглощать непрореагировавшей частью внутри аккумулятора. А это дало возможность производить аккумуляторы в герметичном корпусе.
В корпусах многих моделей аккумуляторов имеется встроенная электроника, не допускающая глубокого разряда, чрезмерного заряда или высокой температуры.

Заряд аккумуляторов

На сегодняшний день применяют три основных метода заряда аккумуляторов:
- нормальный или медленный заряд;
- быстрый заряд;
- скоростной заряд.

Отключение аккумулятора по окончании заряда производится с использованием:
- контроля температуры;
- контроля напряжения заряда;
- контроля спада напряжения заряда;
- контроля тока в конце заряда;
- таймера.

Нормальный или медленный заряд. Этот метод хотя и редко, но применяют для заряда никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов. Он дешевый, но приводит к кристаллизации элементов аккумулятора, что снижает емкость и срок службы. Для заряда литий-ионных и литий полимерных аккумуляторов данный метод применять нельзя, так как происходят необратимые изменения внутренней структуры аккумуляторов.
Зарядное устройство представляет собой источник постоянного напряжения, в выходную цепь которого последовательно включен задающий ток резистор. Зарядный ток аккумуляторов принято численно выражать в частях емкости аккумулятора С. Ток нормального заряда составляет приблизительно 0,1С. Таким образом при емкости аккумулятора 720 мА/час величина 0,1С будет составлять 72 мА.

Быстрый заряд. Используется только для заряда никель-кадмиевых аккумуляторов током 0,5С. Окончание заряда определяется достижением напряжения на аккумуляторе определенной величины.

Скоростной заряд. Характеризуется зарядным током 1С и включает в себя все способы отключения аккумулятора по окончании заряда.
Для заряда никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов применяют метод контроля окончания заряда по резкому незначительному снижению напряжения на аккумуляторе. Его называют отрицательным дельта V-зарядом. Его величина составляет 10…30 мВ на элемент.
Метод контроля температуры использует то, что в конце заряда проходит более интенсивный нагрев аккумулятора, и окончание заряда можно контролировать по скорости изменения температуры. При заряде никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов окончание заряда определяется в том случае, если изменение температуры достигнет 1°С/мин. Абсолютным порогом перегрева считается 60 °С.
Губительное действие на аккумулятор оказывает перезаряд, особенно если по окончании заряда его принудительно отключают, а затем снова подключают к зарядному устройству. При каждой такой операции инициируется цикл скоростного заряда при его высоком начальном токе. Частые подключения устройств, имеющих никель-кадмиевые и никель-металл-гидридные аккумуляторы, к внешним источникам питания значительно сокращают срок службы аккумуляторов.
Зарядные устройства литий-ионных аккумуляторов умеют определять степень заряда аккумулятора.
Особенностью заряда литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов является ограничение напряжения заряда. В настоящее время эти аккумуляторы можно заряжать до 4,20 В. Допустимое отклонение составляет 0,05 В.
При заряде литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов током 1С время заряда составляет 2-3 часа. В процессе заряда они не нагреваются. Аккумулятор достигает состояния полного заряда, когда напряжение на нем достигает 4,20 В + 0,05 В, а ток при этом значительно снижается и составляет примерно 3% от начального тока заряда.

Иногда приходится заряжать полностью разряженные аккумуляторы. В телефоне такой заряд осуществляется автоматически. А если отсутствует зарядное устройство?

При отсутствии специального зарядного устройства заряд аккумуляторов можно осуществить при помощи источника питания с регулируемым на выходе напряжением и максимальным рабочим током 2А и приборами контроля тока и напряжения следующим образом.

 

 

Для литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов.

1. Подключаем к источнику питания аккумулятор и устанавливаем такое напряжение на выходе источника питания, при котором ток равен 20 - 30 мА. По мере заряда зарядный ток постепенно уменьшается. Наша задача состоит в том, чтобы периодически поддерживать этот зарядный ток увеличением выходного напряжения источника питания до тех пор, пока выходное напряжение не достигнет 2,8 В (момент времени t1).

2. После этого увеличиваем таким же образом зарядный ток до величины 50 мА и поддерживаем его до тех пор, когда выходное напряжение достигнет 3,2 В (момент времени t2).

3. Производим дальнейшее увеличение зарядного тока до величины 1С и поддерживаем его до тех пор, когда выходное напряжение достигнет 4,2 В (момент времени t3).

4. Прекращаем увеличение выходного напряжения и начинаем контролировать зарядный ток, который должен постепенно уменьшаться.

5. При достижении зарядным током значения 20 - 30 мА зарядку прекращаем.

Для NiCd и NiMH аккумуляторов.

Повторяем предыдущие пп. 1 и 2, т.к. они одинаковы для всех аккумуляторов. Следующим шагом увеличиваем зарядный ток до величины 1С и поддерживаем его в течение 1 часа, после чего зарядку прекращаем (момент времени t3).

Необходимо отметить, что процесс зарядки можно остановить в любой момент последнего этапа зарядки. В этом случае аккумулятор окажется неполностью заряженным. Если вы захотите впоследствии дозарядить его, то литий-ионный и литий-полимерный аккумуляторы нормально воспримут дозаряд, а NiCd и NiMH перед дозарядом необходимо разрядить до напряжения 0,8 - 0,9 В на элемент, иначе возникнет эффект "памяти".

Для разряда и устранения эффекта "памяти" можно воспользоваться схемой.

В схеме использованы мощные выпрямительные диоды (10А), которые подбираются так, чтобы прямое падение напряжения на них составляло 0,8 - 0,9 В на элемент аккумулятора. Автомобильная "12 - вольтовая" лампочка служит для ограничения начального разрядного тока. Подключив аккумулятор по такой схеме, можно не беспокоиться о степени разряда - ниже напряжения прямого падения аккумулятор не разрядится.

Еще раз напоминаем, что для литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов категорически неприемлем метод заряда малыми токами. При этом внутри аккумулятора происходят необратимые процессы, и срок службы аккумуляторов сокращается. Губителен для них и перезаряд, в т.ч. повышение напряжения при заряде.

Очень нежелательно также заряжать их при температуре ниже 5 °С. При разгерметизации таких аккумуляторов следует опасаться попадания внутреннего их содержимого на кожу и в глаза.

 

Проверку большинства неисправных телефонов необходимо начинать с проверки аккумулятора.

Схемы питания и заряда

Схемы питания

Как уже было сказано, напряжения питания телефона формируется отдельно в те промежутки времени, когда это необходимо для работы. Контроллер питания представляет собой одну или несколько микросхем, которые выдают весь набор напряжений. Такое устройство питания позволяет существенно экономить емкость аккумуляторной батареи.
Существует два основных схемотехнических решения этого принципа. Весь комплекс напряжений питания формируется либо отдельными микросхемами стабилизаторов, либо микросхемой, в которую стабилизаторы входят как компоненты.
Практически во всех телефонах непосредственно (без стабилизаторов) к аккумуляторной батарее подключены микросхемы контроллера питания и усилителя мошности передатчика. В неактивном состоянии они потребляют незначительный ток. При включении телефона они активизируются и потребляют энергию аккумулятора в соответствии с алгоритмом работы телефона.
Включение телефона производится либо отдельной кнопкой, вырабатывающей сигнал для контроллера питания, который в свою очередь активизирует процессор и остальные компоненты схемы, либо кнопкой, которая входит в состав клавиатуры. Во втором случае сигнал включения вырабатывает сам процессор. Казалось бы, как можно послать сигнал микросхеме (процессору), на которую еще не поступило питание. Все дело в том, что выключенный телефон, на самом деле не выключен. До тех пор, пока из него не вынут аккумулятор, процессор телефона работает в т.н. "спящем" режиме на частоте кварцевого генератора внутренних часов и "ожидает" нажатия кнопки включения питания.

Схема заряда.

Заряд аккумуляторов производится методами, описанными выше, и реализуется программно. Для анализа показателей, по которым определяется состояние аккумулятора, величина зарядного тока и момент окончания заряда используются АЦП - аналого-цифровые преобразователи (ADC - Analog Digital Converter). Датчиком температуры, осуществляющим контроль, является терморезистор, находящийся внутри аккумулятора. Приведем обобщенную структурную схему, которая реализует тот или иной алгоритм заряда аккумулятора мобильного телефона.

Зарядное устройство телефона – прибор, который вставляется в сетевую розетку – представляет собой простой нестабилизированный источник питания низкого напряжения (6 – 9 В). На пути тока из гнезда зарядки в схему телефона стоят защитный предохранитель и стабилитрон, которые срабатывают при значительном, опасном для схемы телефона, повышении напряжения зарядного устройства. Появление нормального напряжения зарядного устройства является командой начала заряда аккумулятора. Напряжение с выхода регулятора через измерительный резистор поступает на положительную клемму аккумулятора. Измеренные с помощью АЦП значения напряжений на выводах измерительного резистора, поступают в процессор, который в соответствии с тем или иным алгоритмом, вырабатывает управляющий сигнал для формирования соответствующего зарядного тока. При этом заряд индицируется дисплеем телефона.
Отсутствие заряда может быть вызвано неисправностью зарядного устройства, отсутствием контакта в гнезде зарядки, неисправностью схемы заряда в телефоне, а также неисправностью аккумулятора.

Как заставить телефон работать дольше?

1 минута работы подсветки = 1 час в режиме Standby.
10 секунд работы с менюшками = 15 минут в режиме Standby.
1 минута приёма сетевой информации = 30 минут Standby.
Одна регистрация на следующей БС = 1 час в режиме Standby.
Включение телефона с поиском и регистрацией в сети = 2 часа в Standby.

Процессор и память

Мобильный телефон, как и любой компьютер, работает по программе, записанной в микросхемах памяти. Разные производители мобильных телефонов используют процессоры либо собственной разработки, либо сторонних производителей. Если микропроцессор собственный, то, скорее всего, он включает в себя функциональные узлы, которые традиционно не принято отождествлять с микропроцессором. Это может быть обработка звука, управление звонком и т.п.
Некоторые телефоны содержат (к примеру, SonyEricsson) содержат 2 процессора - основной Main CPU (микросхема AVR) и Modem CPU (микросхема ARM). Main CPU служит для большинства функций телефона, включая языковые пакеты. Modem CPU служит для инфракрасной связи (IRDA), Bluetooth и для передачи данных и факсов.
Очень важным элементом в микропроцессорной системе является память. Рассмотрим этот вопрос подробнее, так как в классификации микросхем памяти многие путаются.

Микросхемы памяти по назначению условно можно разделить на следующие две большие группы.

1. ROM (Read Only Memory) - память, предназначенная в конкретной микропроцессорной системе только для чтения (русскоязычное название - ПЗУ - постоянное запоминающее устройство, хотя это название не совсем корректное). Используется для хранения программ.

Эти микросхемы в свою очередь подразделяются на:
- энергозависимые и энергонезависимые - по степени зависимости от электропитания;
- однократно программируемые (PROM - Programmable ROM) и многократно программируемые (EPROM - Erasable Programmable ROM или Electrically Programmable ROM - стираемые программируемые ROM или электрически программируемые ROM) - по количеству циклов записи;
- с ультрафиолетовым, рентгеновским или электрическим (EEPROM - Electronically Erasable PROM и Flash) стиранием, по методу стирания перед записью.

2. RAM (Random Access Memory) - память с произвольным доступом, в конкретной микропроцессорной системе используемая как оперативная. Подразделяется на:
- статическую (SRAM) и динамическую (DRAM) в зависимости от метода хранения информации. Динамическая использует для хранения информации электрическую емкость, энергию которой нужно периодически пополнять - отсюда и название;
- энергозависимую и энергонезависимую - по степени зависимости от электропитания.

В мобильных телефонах применяется Флэш (Flash), EEPROM (в последнее время уже не применяют) и DRAM. Главная отличительная особенность EEPROM и Flash - возможность перепрограммирования при подключении к стандартной системной шине микропроцессорного устройства. Рассмотрим EEPROM и Flash подробнее.

EEPROM - позволяет производить стирание отдельной ячейки при помощи электрического тока. Это относительно длительный процесс. Однако стирание каждой ячейки выполняется автоматически при записи в нее новой информации, т.е. можно изменить данные в любой ячейке, не затрагивая остальные. EEPROM - энергонезависимая память. А недостатком является высокая стоимость.

Флэш-память - особый вид энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой памяти.
Является аналогом жесткого диска, т.к. считывание и запись осуществляются последовательно бит за битом.

Переводы слова flash: короткий кадр (фильма), вспышка, пронестись, мигание, мелькание, отжиг (стекла). Флэш-память получила свое название благодаря тому, как производится стирание и запись данного вида памяти. Название было дано компанией Toshiba во время разработки первых микросхем флэш-памяти (в начале 1980-х) как характеристика скорости стирания микросхемы флэш-памяти in a flash - в мгновение ока.
Флэш-память исторически происходит от ROM памяти и функционирует подобно RAM. Данные флэш хранит в ячейках памяти, похожих на ячейки в DRAM. В отличие от DRAM, при отключении питания данные из флэш-памяти не пропадают.
Замены памяти SRAM и DRAM флэш-памятью не происходит из-за двух особенностей: флэш работает существенно медленнее и имеет ограничение по количеству циклов перезаписи (от 10 000 до 1 000 000 для разных типов).
Основное преимущество флэш-памяти перед жесткими дисками и носителями CD-ROM состоит в том, что флэш-память потребляет значительно (примерно в 10-20 и более раз) меньше энергии во время работы. В устройствах CD-ROM, жестких дисках, кассетах и других механических носителях информации большая часть энергии уходит на приведение в движение механики этих устройств. Кроме того, флэш-память компактнее большинства других механических носителей.
Итак, благодаря низкому энергопотреблению, компактности, долговечности и относительно высокому быстродействию флэш-память идеально подходит для использования в качестве накопителя в мобильных телефонах.
Основное отличие флэш-памяти от EEPROM заключается в том, что стирание содержимого ячеек выполняется либо для всей микросхемы, либо для определенного блока (кластера, кадра или страницы). Стирать можно как блок, так и содержимое всей микросхемы сразу. Таким образом, для того, чтобы изменить один байт, сначала в буфер считывается весь блок, где содержится подлежащий изменению байт, стирается содержимое блока, изменяется значение байта в буфере, после чего производится запись измененного в буфере блока. Такая схема существенно снижает скорость записи небольших объемов данных в произвольные области памяти, однако значительно увеличивает быстродействие при последовательной записи данных большими порциями. Информация, записанная на флэш-память, может храниться длительное время (от 20 до 100 лет) и способна выдерживать значительные механические нагрузки (в 5-10 раз превышающие предельно допустимые для обычных жестких дисков).

Далее обратим внимание на сменную память – карточки.

Гид покупателя - выбираем память

Тестируем карты памяти для всех моделей телефонов

Близятся времена, когда мобильный телефон без съемных карт памяти восприниматься, как компьютер без винчестера. Как определится с выбором объема карты памяти, производителя и формата? Есть ли разница в скорости записи данных на карту и их энергопотреблении? На эти и другие вопросы ответит наше независимое тестирование (Информация на начало 2006 года).

Типы памяти

Если раньше "карточная память" была исключительной прерогативой цифровых фотоаппаратов, то теперь трудно представить себе современных бизнес-телефон без поддержки сменной памяти. Обзавелись соответствующим слотом и все смартфоны, и даже некоторые молодежные мультимедийные аппараты оснащаются MP3-плеером слотом для карт памяти до неприличия высокой емкости. И все бы ничего, вот только карт последнее время появилось великое множество, равно как и производителей, их выпускающих.
В целом из общего обилия наименований можно выделить четыре основных стандарта (CompactFlash, Secure Digital, MultiMedia Card и Memory Stick). Со временем у каждого из форматов появились обновленные версии. Вместо обычных SD-карт производители стали использовать формат miniSD, Multimedia Card в результате обрезания превратилась в RS-MMC, а производители Memory Stick добавили к названию еще два слова, в результате чего появился формат Memory Stick Pro Duo. Помимо этого появились карты памяти, разработанные специально для использования в мобильных телефонах: это Trans-Flash (которыми оснащают свои телефоны компании LG и Samsung. Для новых смартфонов Nokia был создан формат MMC Mobile, отличающийся от RS-MMC пониженным напряжением, что экономит заряд аккумулятора.

Что нужно знать

Итак, что нужно знать, приобретая карту памяти. Во-первых, у каждой карточки, даже в пределах одного формата, имеются свои, подчас совершенно разные, характеристики, начиная с гарантийного срока и заканчивая скоростью записи/чтения и напряжением. Последний параметр отвечает за скорость разряда аккумулятора, а от скорости записи/чтения зависит, насколько быстро будет происходить передача данных в с/на телефон. Впрочем, высокая скорость передачи данных гораздо важнее для цифровых камер, но встроенные в телефон камеры здесь тоже не исключение. Вспомни, сколько раз отсняв кадр или их серию, приходится ждать, пока происходит их сохранение на карту. Так ведь можно упустить не один удачный кадр. Вот здесь как раз и нужна высокая скорость записи. Кроме того, есть и менее важные для пользователя параметры, такие, как температура эксплуатации (ты ведь не собираешься слушать плеер в Антаркдиде), жизненный цикл (он как правило составляет около 1 000 000 часов) и ударопрочность (по этому параметру большинство современных карт памяти находится на примерно одинаковом уровне).

Как мы тестировали

Тест-драйв карты памяти заключается в передаче информации на карту и считывание с нее при помощи кард-ридера с интерфейсом USB 2.0. Тестирование проводилось при помощи утилиты Drive Speed Test, которая оценивает среднюю скорость записи и чтения малых файлов, и на основе этих данных выводит среднюю скорость записи/чтения. Тестирование проводилось при помощи кард-ридера SanDisk ImageMate 12-in-1, а также Transcend Multi-Card Reader.
В качестве материала для теста мы взяли такие распространенные типы карт, как RS-MMC (Transcend, Apacer, Sandisk), MiniSD (Kingston, Delkin Devices, Apacer, Transcend), TransFlash (Sandisk), а также Memory Stick Pro Duo (SanDisk). За основу был взят объем 256Мб, как наиболее распространенный сегодня. Целью было сравнить как скорость работы различных типов карт памяти, так и одного продукта от разных производителей. Напоследок мы решили узнать, насколько изменятся средние скорости записи и чтения при изменении объема карты (на примере карты MMC Mobile от Apacer объемом 256 и 512Мб). Итак, вот, что у нас получилось:

RS-MMC

Данный тип карт памяти является производным форматом от MMC и используется в большинстве телефонов и смартфонов европейских производителей. Обрезанная версия MMC-карт имеет размеры 1,4х1,8х24мм при весе 0,8 г. В нашем распоряжении было два типа данных карт – RS-MMC и MMC Mobile. Последние используются в новых смартфонах компании Nokia (Nokia 6630, 6680, 6681), которые работают при пониженном напряжении. Однако данный тип карт памяти совместим со всеми остальными аппаратами, которые работают с обычными RS-MMC (Siemens M/CX75, Nokia 6230, Samsung SGH P730). Тест показал, что производительность карт MMC-Mobile немного превосходит в отельных показателях обычные RS-MMC, впрочем, пользователь это скорее всего не заметит. Дело в том, что специфика работы мобильного телефона и даже смартфона не требует от карты памяти работы на пределе возможностей. Тут гораздо более важным показателем является процессор телефона, который не пока позволяет раскрыть на все сто потенциал производительности карты памяти. Советуем воздержаться от приобретения карты формата MMC-Mobile, если твой аппарат поддерживает работу с обычной RS-MMC. Последняя стоит значительно дешевле, тогда как особой разницы в работе замечено не было. Но есть и обратная сторона медали: скорее всего в будущем большинство телефонов перейдет на формат MMC-Mobile, поэтому приобретение такой карточки будет «покупкой на вырост».

	MMC-Mobile Transcend 256Мб	RS-MMC SanDisk 256Мб	MMC-Mobile APACER 256 MB	MMC-Mobile APACER 512 Мб
Фактический объем	245 Мб	243 Мб	245 Мб	490 Мб
Средняя скорость записи	1522 кб/с	974 кб/с	896 кб/с	1195 Кб/с
Средняя скорость чтения	6251 кб/с	7511 кб/с	6870 Кб/с	6618 Кб/с
Скорость удаления файлов	20Мб за 0,2 секунды	20Мб за 0,6 секунды	20Мб за 0,2 секунды	20Мб за 1,5 секунды
Спектр рабочих температур	-25 + 85	-25 + 85	-25 + 85	-25 + 85
Рабочее напряжение	1,8-3,3V	2,7-3,6V	1,8-3,3V	1,8-3,3V
Гарантия	5 лет	5 лет	3 года	3 года
Цена	175 грн	170 грн	200 грн	300 грн

 

MiniSD

Карты SD отличаются повышенным уровнем защиты данных. Сбоку здесь имеется специальный рычажок, переключением которого диск защищается от перезаписи. В уменьшенной версии – miniSD, такой возможности, естественно, нет. Как и во всех аналогичных случаях, miniSD комплектуется адаптером, который превращает ее в обычную карту SD.

	MiniSD Apacer 256Мб	MiniSD Kingston 256Мб	MiniSD Transcend 256Мб	MiniSD Delkin Devices 256Мб
Фактический объем	243 Мб	243 Мб	244 Мб	244 Мб
Средняя скорость записи	2642 кб/с	1753 кб/с	2189 кб/с	1163Кб/с
Средняя скорость чтения	5958кб/с	3628кб/с	5666кб/с	6695кб/с
Скорость удаления файлов	20Мб за 0,099 секунды	20Мб за 0,1 секунды	20Мб за 0,2 секунды	20Мб за 0,08 секунды
Спектр рабочих температур	-25 + 85	-25 + 85	-25 + 85	-25 + 85
Рабочее напряжение	2,7-3,6V	2,7-3,6V	2,7-3,6V	2,7-3,6V
Гарантия	3 года	5 лет	5 лет	Пожизненная
Цена	210 грн	230 грн	235 грн	225 грн

 

Memory Stick PRO Duo и TransFlash

Данные типы карт мы решили объединить в один раздел, так как они являются нишевыми разработками конкретных производителей. Так Memory Stick PRO Duo является разработкой компании Sony и используется в телефонах и смартфонах Sony-Ericsson. Карты памяти отличаются размерами 1,6x31x20 мм при весе 2 гр. В комплекте к данным картам идет адаптер, который позволяет использовать карту в качестве обычной MMC. Что касается карт памяти TransFlash, то данной технологии предрекали большое будущее именно на мобильной платформе, благодаря более, чем скромным размерам. Еще бы, ведь эти карты являются на сегодняшний день самыми маленькими и компактными. Размеры составляют 1x11x15мм при весе

	Memory Stick PRO Duo 256 Мб SanDisk	TransFlash 256Мб Sandisk
Фактический объем	238 Мб	241 Мб
Средняя скорость записи	2381 кб/с	2642 кб/с
Средняя скорость чтения	5486 кб/с	5958 кб/с
Скорость удаления файлов	20Мб за 0,11 секунды	20Мб за 0,099 секунды
Спектр рабочих температур	0 + 60	-25 + 85
Рабочее напряжение	2,7-3,6V	2,7-3,6V
Гарантия	5 лет	5 лет
Цена	216 грн	235 грн

 

Что выбрать?

Итак, в ходе теста была выявлен ряд интересных закономерностей. Во-первых, производительность карт памяти различается в зависимости от типа карт и производителя. Однако, выявить четкого лидера нам так и не удалось, что впрочем, закономерно. Дело в том, что в тесте принимала участие продукция наиболее известных брендов, которая по определению не может быть некачественной. Единственный совет: не стоит гнаться за дешевизной, приобретая unnamed-продукцию в сомнительных точках. В остальном выбор зависит исключительно от того, какой тип памяти поддерживает твой телефон, а выбор производителя – от стоимости продукции. Так, например карты памяти SD и их производные miniSD считаются недорогими, но при этом весьма надежные. Что же касается карт памяти TransFlash и MMС-Mobile, то они появились на рынке сравнительно недавно, чем обусловлена их относительно высокая стоимость. Если оценивать производителей, то среди них можно выделить таких, в арсенале которых имеется широкий ассортимент модулей памяти (SanDisc) и тех, кто специализируется на выпуске лишь одного типа карт (Sony).

Благодарим за предоставленную продукцию компанию «ИТКОМ» (Memory Stick PRO Duo 256 Мб SanDisk, TransFlash 256Мб Sandisk, RS-MMC SanDisk 256Мб, Sandisk ImageMate 12-in-1 Reader/Writer).

А также компанию «ЮГ-Контракт» (APACER MMC-Mobile 256Мб, APACER MiniSD 256Мб, Delkin MiniSD 256Мб, Kingston miniSD 256Мб, Transcend miniSD 256Мб, MMC-Mobile Transcend 256Мб, Transcend Multi-card Adapter).

Для твоего телефона:

RS-MMC – Nokia 6230 (c адаптером под ММС), Nokia 6600, Nokia 7610, Nokia 6670, Nokia 3230, Siemens SX1, Siemens CX/M75, Samsung SGH P730)

MMC-Mobile – Nokia 6630, Nokia 6680/6681, Nokia N-Series)

MiniSD – T-Mobile SDA, T-Mobile SDA Music, Motorola MPX200, Motorola MPX220, I-mate Jam.

TransFlash – Samsung D600, LG M4410, Motorola V635, Motorola E398.

Memory Stick PRO Duo – Sony-Ericsson K750i, Sony-Ericsson W800i, Sony-Ericsson P990i.

Приемопередающий тракт

Основная задача любого телефона состоит в том, чтобы передать звук. Как же передается звук при помощи радиоволн? Рассмотрим принцип этого процесса.

Микрофон преобразует звук в электрический сигнал низкой частоты. Диапазон звуковых частот в телефонии ограничен и составляет 300 … 3400 Гц. Для образования электромагнитных волн, которые передаются в пространство, необходимы гораздо более высокие частоты. Для того чтобы осуществить передачу низкочастотных сигналов, необходимо использовать высокие частоты, уподобив низкочастотный сигнал пассажиру, который садится в поезд высокой частоты. Он садится на станции отправления (передатчик) и выходит на станции назначения (приемник). Таким образом, высокая частота играет вспомогательную роль средства передвижения для сигнала низкой частоты. Такая посадка "пассажира" в "поезд" называется модуляцией. Если бы информация передавалась в ее естественной полосе радиоволнами низких частот, то любые два сигнала стали бы перекрываться и служить помехой друг другу, а используя высокие частоты мы получаем одновременно много каналов связи на разных частотах.

Как же практически осуществляется модуляция? Учитывая тот факт, что система GSM цифровая, низкочастотный полезный сигнал имеет вид импульсов. Принцип модуляции состоит в сложении сигналов, а в простейшем случае - попеременном включении и выключении генератора высокой частоты (несущей) передатчика импульсами низкой частоты (частоты модуляции).

 

 

С точки зрения теории частота такого результирующего сигнала представляет собой сумму частот сигналов:

 

 

Упрощенная структурная схема передатчика изображена на рисунке.

 

 

Выделение приемником полезного сигнала осуществляется на принципе преобразования частоты. Этот метод основан на явлении биений, физическая сущность которого состоит в том, что когда два периодических колебания накладывают одно на другое, результирующее колебание содержит частотную составляющую, равную разности частот обоих колебаний:

 

 

Таким образом, для выделения полезного низкочастотного сигнала fмод из принятого высокочастотного сигнала fпр достаточно сложить его с высокочастотным сигналом, частота которого равна частоте несущей:

 

 

Это называется прямым преобразованием частоты. Упрощенная структурная схема приемника изображена на рисунке.

 

 

Объединив схемы приемника и передатчика, мы получаем упрощенную схему трансивера (приемопередатчика).

 

 

Реальный процесс происходит сложнее, хотя принцип остается неизменным. В настоящее время благодаря достижениям производителей элементной базы мобильных телефонов созданы специальные мультистандартные процессоры для обработки принимаемых сигналов и быстроперестраиваемые трансиверные модули. Причем из соображений снижения себестоимости в одном корпусе микросхемы стараются поместить несколько функциональных узлов. По принципу прямого преобразования приемопередающий тракт начали строить приблизительно с 2000 г.

Детали приемопередающего тракта

Все части приемопередающего тракта располагаются на плате телефона, как правило, в непосредственной близости от антенны. Рассмотрим их подробнее.

Основой приемопередатчика телефона является цифровой сигнальный процессор, который формирует сигналы для последующего усиления и передачи их в эфир, а также декодирует и дешифрирует принимаемые сигналы и управляет генератором несущих частот.

Передатчик – он же усилитель мощности (РА). Это микросхема, представляющая собой мощный транзисторный усилитель, собранный на керамическом основании, и имеющий компоненты для регулировки усиления и цепи для измерения уровня сигнала на его выходе. Вследствие применения керамики, он боится механических нагрузок, в т.ч. ударов, сотрясений и пр.

Антенный переключатель (ASW). Микрохема, собранная из дискретных компонентов - диодов, резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности. На схеме показаны только резисторы, а в реальной конструкции используются также катушки индуктивности и конденсаторы, которые служат для фильтрации высокочастотных сигналов (для непроникновения их в цепи управления).

 

 

В исходном состоянии на всех управляющих входах схемы низкий уровень сигнала - логический ноль. При этом все диоды находятся в закрытом состоянии, т.е. не проводят электрический ток и имеют высокое сопротивление. Как только на один из управляющих входов поступает сигнал логической единицы - высокий уровень, соответствующий диод открывается, и постоянный ток управляющего сигнала протекает через диод и катушку индуктивности в цепи антенны. При этом высокочастотный сигнал свободно проходит через открытый (имеющий уже низкое сопротивление) диод либо из антенны на прием, либо из усилителя мощности в антенну. Катушка индуктивности в цепи антенны для высокочастотного сигнала имеет высокое сопротивление.

Входные цепи приемника. Во входных цепях используются малошумящие транзисторные усилители (не всегда) и полосовые ПАВ фильтры - приборы, основаные на возбуждении, передаче и приеме поверхностных акустических волн, которые распространяются в материале (ниобат лития и др.). Меняя геометрические размеры возбуждающей и приемной антенн, можно получить разный коэффициент передачи прибора.

Работа телефона зимой

Работа телефона при низкой температуре обусловлена влиянием таковой на каждую микросхему и компонент телефона. Например, фирма Nokia гарантирует работу некоторых своих телефонов в диапазоне температур от -10оС до +50 ^оС. Это значит, что даже самое слабое звено схемы телефона должно вписываться в этот температурный диапазон. Однако, известно, что далеко не все телефоны, продающиеся под маркой фирмы, произведены на заводах фирмы. А нелегальные производители экономят на всем, в т.ч. и на комплектующих, используя и те, которые не прошли строгий температурный контроль. Выводы сделать несложно.

SIM-карта

Прочтя предыдущую часть, вы поняли, что мобильный телефон - это микрокомпьютер. Но самое интересное в том, что в нем находится еще один микрокомпьютер. Да, это SIM-карта.

Возникновение SIM-карт

SIM-карты являются неотъемлемыми частями сотовых телефонов GSM, хотя телефоны других стандартов вполне обходятся без них. Зачем же потребовались SIM-карты?

Для того чтобы мобильный телефон мог обслуживаться в сотовой сети, он должен быть для нее «своим», т.е. иметь индивидуальное «имя», по которому сеть будет к нему обращаться. «Своими» в сотовой сети телефоны становились после регистрации. А «именами», начиная с самых первых систем сотовой связи, служили уникальные заводские номера аппаратов и их электронные аналоги - Electronic Serial Number (ESN). Этот номер мобильный телефон сообщал сотовой сети для выполнения звонка. Вызов передавался также с использованием его ESN.

Компания Ericsson, создавшая первую сотовую сеть стандарта NMT-450 в Саудовской Аравии, поставляла все оборудование - от коммутатора до мобильных телефонов, номера которых были известны еще при производстве. Все операции по их «прописке» в сети выполнялись на заводе. В дальнейшем ситуация усложнилась. Число производителей сотовых телефонов возросло, и каждый из них стал использовать свои собственные заводские номера аппаратов. Это затруднило их регистрацию, и, кроме того, при «прописке» телефона и при любой замене его всегда надо было привозить к сотовому оператору. А в процессе регистрации участвовали люди, ошибки которых, в свою очередь, влияли на процесс регистрации.

Эта проблема была решена разработчиками GSM. Они придумали разделить функции идентификации телефонов и абонентов.

Для идентификации телефонов в стандарте GSM используется специальный 15-значный уникальный номер Международного идентификатора мобильного оборудования - International Mobile Equipment Identifier (IMEI), присваиваемый каждому аппарату при производстве (он также пишется на упаковочной коробке и на самом телефоне - под аккумулятором). Подробнее о нем можно прочитать в Программирование.

Параметры же абонента были вынесены в специальный сменный модуль - Subscriber Identity Module (SIM), вставляемый в телефон. Цоколевку и расположение контактов можно посмотреть в Программирование.

По замыслу разработчиков GSM, код оборудования IMEI используется лишь для проверки «легальности» телефонов - сотовая сеть отказывает в обслуживании «незаконным» (например, украденным) аппаратам, чьи номера значатся в специальном «стоп-листе» (существуют три списка - «черный», «серый» и «белый»). Поскольку обмен номерами всех «подозрительных» телефонов может производиться непосредственно между сотовыми сетями, то для разрешения обслуживания легальных телефонов нет необходимости в какой-либо их регистрации в сети, и абонент может самостоятельно менять телефоны по своему усмотрению. Надо отметить, что и сама проверка кода IMEI в сетях GSM не является обязательной и поддерживается далеко не всеми операторами. Именно поэтому и существует подпольный рынок торговли ворованными телефонами GSM. Размах такой торговли приводит к тому, что, возможно, вскоре обмен кодами IMEI «потерянных» сотовых телефонов между сетями будет полностью отлажен и проверки легальности телефонов станут выполняться повсеместно.

Что касается SIM-карт, то они содержат все данные, необходимые для однозначной идентификации самого абонента. При этом SIM-карты программируются заранее и продаются в виде готового товара. Любой может самостоятельно вставить ее в свой сотовый телефон или переставить в другой. Визит в сотовую компанию для проведения каких-либо технических манипуляций с телефоном или SIM-картой - совершенно не нужен.

Типы и возможности SIM-карт

В SIM-карте реализованы все функции, связанные как с идентификацией абонента, так и с проверкой подлинности карты (аутентификацией) и шифрацией переговоров. Все чисто «связные» операции (прием и передача сигналов, их модуляция и детектирование, воспроизведение звуков и отображение символов на дисплее и т. п.) выполняются в телефоне, а все, что касается персональных данных - в SIM-карте. Телефон GSM без SIM-карты обеспечивает только возможность выполнения звонков «SOS» по международному коду 112 в аварийные службы: полиция, пожарная, медицинская помощь и т. п. - это требование было заложено в стандарт.

Выполнение в SIM-карте обработки информации привело к тому, что в карте разместился микрокомпьютер со своей операционной системой, 8-разрядным процессором, узлами ввода и вывода информации, ROM, RAM и EEPROM. Именно в EEPROM (в настоящее время до 64 Кбайт) размещается вся прикладная информация - как пользовательская, так и служебная. Это записные книжки, списки последних сделанных и принятых вызовов и т. п.

Не очень давно создана технология SIM Application Toolkit (STK). Она базируется на использовании для обмена информацией SMS-сообщений и представляет собой программные приложения, записываемые на SIM-карте в виде наборов исполняемых процедур и команд. Такие программы позволяют телефону автоматически выполнять различные последовательности действий. Это может быть звонок по определенному номеру, отправка короткого сообщения по определенному номеру и с определенным содержанием, отправка электронной почты или факса и т. п. Все эти процедуры, естественно, могут выполняться и вручную, но автоматизация процесса существенно упрощает и ускоряет пользование такими услугами. В их число могут входить: доступ к информационно-справочным службам (прогноз погоды, курс обмена валют, последние новости, обстановка на дорогах и т. п.), управление подключением и отключением используемых услуг сотовой сети, доступ в Интернет, оплата различных услуг с мобильного телефона, игры и т. д.

С позиций пользователя новая технология проявляется в том, что на дисплее телефона с установленной STK-картой, помимо стандартного для данного аппарата набора пунктов меню, появляется еще один пункт - SIM-меню (или SIM Service), содержащий перечень дополнительных возможностей. Их набор определяется оператором мобильной сети GSM и может изменяться (даже оперативно!) без необходимости замены телефона или SIM-карты. Процесс пользования такими услугами проходит приблизительно в следующем порядке. В зависимости от выбираемых абонентом видов дополнительного сервиса с помощью SIM-карты, поддерживающей технологию STK, автоматически формируются и отправляются соответствующие SMS-запросы. Вся необходимая информация о результатах проведенных операций возвращается на телефон абонента также в виде SMS. STK-карты емкостью 32-64 Кбит, например, оснащаются даже специальным SIM-браузером, обеспечивающим доступ в Интернет с мобильного телефона без необходимости устанавливать дорогостоящее диал-ап соединение. Информация при этом также передается посредством SMS, что позволяет просматривать не только WAP-страницы, но и не очень сложные страницы HTML. Другими словами, современная SIM-карта - это многофункциональное и высокотехнологичное устройство.