說到手機，相信大家都不陌生。
隨著科技的發展與社會的進步，人們的物質生活水平也日益提高，人手一部手機已經成為常態，機不離身也已經成為習慣。
手機使用頻率如此之高，大家有想過手機由哪些模塊構成呢？各個功能模塊又是如何工作的呢？今天就讓我們細細品聊手機工作原理那些事！
小米 MIX Alpha
手拿一臺手機，由外到內大家想的是什麼呢？即從結構上看手機由哪些東西組成呢？
毫無疑問，最先映入眼簾的要麼是屏幕，要麼是電池後蓋。
沒錯，這個是手機最外面的結構。另外從外觀上看應該還有手機中框，中框類似於手機的骨架，撐起整個手機各個結構部分。
手機正反面
再往手機裡面看，還有什麼呢？
電池、手機主板、喇叭、聽筒、攝像頭、馬達……，的確，這些都是手機內部的結構模塊。
大家想看看拆開手機後蓋后里面是什麼樣子的嗎？
手機內部圖示
知道了手機各部分的物理結構以後，我們再聊聊手機的具體功能模塊。
手機功能模塊構成
對於一款手機來說，我們可以簡單的把手機從功能上分為三個模塊：
1.射頻模塊；
2.基帶模塊；
3.外圍接口模塊；
對於射頻模塊，是手機得以通話的根本。既然說到通話，必然少不了信號的接收，信號的發射，以及信號的處理三個部分。
對於基帶模塊，是手機的低頻部分，低頻但是不一定低速，比如手機內存的數據傳輸速度達到1000MB/S。基帶部分最核心的部分就是Soc，它的作用類似於手機的大腦，所有的指令與命令的處理都需要由它來調配和控制。另外還包括手機的電源管理單元以及存儲部分，這些都屬於基帶模塊。
對於手機外圍接口，是手機的功能拓展部分。包括顯示部分，比如Display；包括相機部分，比如Camera拍照錄像等；另外還包括觸控部分，比如手指觸摸的Touch以及指紋等；以及音頻部分，比如手機的喇叭、聽筒、麥克風、耳機等。
對於他們的關係我們可以採用一張圖描述如下：
手機功能模塊圖示
當然，手機的硬件是主體，如果想要手機正常運行，還需要軟件的配合，軟件就相當於手機的靈魂一樣。合理的軟件優化才能發揮出手機最大的性能。
手機的硬件軟件是如何協調配合工作的呢？
我們用一幅圖片來描述一下：
手機硬件軟件協調配合
講完了手機的功能模塊以後，我們接下來細說手機的工作原理。
手機通話原理
既然是手機，必然少不了手機的功能本質，那就是通話！
那麼手機是如何通話的呢？
為了講清楚手機如何通話，我們需要搞清楚手機信號是如何接受與發射的，也就是手機射頻與天線的工作原理，即射頻部分工作原理。
射頻部分主要是把基帶送過來的低頻小功率的信號轉變成為適合在空間傳送的高頻大功率的信號，以及把從天線接收的高頻微弱信號轉變成為基帶能夠處理的具有一定幅度的低頻信號。
信號接收部分：
我們用一張圖表示信號接收的流程：
信號接收通路
更為具體的接收過程，比如目前手機上常用的“超外差二次變頻接收機”處理過程，如下圖示：
超外差二次變頻接收機
信號通過天線把接收到的高頻電磁波變成板級的高頻信號電壓電流，然後再經過低噪音放大與射頻濾波處理，緊接著進行混頻處理變成中低頻，最後經過射頻調制解調器的解調以及相應語言處理，然後通過聽筒或者喇叭讓人耳聽到對方通話的聲音。
對於手機天線是什麼樣子的呢？
小米9天線
目前常用的是LDS工藝的天線，通過鐳雕注塑工藝做成滿足天線性能的天線形式。
信號發射部分：
對於手機發射部分，即手機信號接收的逆過程，我們同樣用一張圖示表示信號發射的流程：
信號發射通路
更為具體的發射過程，比如目前手機上常用的“帶發射變換模塊”處理過程，如下圖示：
手機發射信號處理流程
人們通過麥克風把要說的話上傳，然後再經過語音編碼調製，以及模擬數字信號轉換，變為系統能處理的基帶信號，然後再經過射頻調制解調器與混頻器模塊，把低頻信號搬運到便於傳輸且受干擾較小的高頻信號，最後經過功率放大器把信號進行放大處理，由天線發射出去。
手機語音處理原理
手機語音是如何處理的呢？
說到語音處理，我們比較容易想到喇叭、聽筒、麥克風等。
沒錯，喇叭用來外放播放多媒體語音，聽筒常用來接打電話，而麥克風則用於通話語音上傳與錄音使用。
但是對於它們的工作還需要音頻調制解調器，用來對語音信號進行編碼解碼與模數以及數模轉換等。
對於通話時語音信號包含轉換和處理兩種，一般分為兩路。
其中一路完成聲音信號到射頻信號的轉換：即聲音信號經過麥克風轉變成模擬的電信號，再經過模數轉換變為64Kb/s的PCM數字信號，再經過壓縮編碼與去除冗餘度，變為8Kb/s的數據流。緊接著通過信道編碼增加冗餘度，保證傳輸的可靠性，再經過加密後送往射頻單元處理，最後由天線發射出去。
另外一路完成射頻信號到聲音信號的轉換，處理過程相反。具體語音處理流程如下圖示說明：
手機語音處理流程
手機拍照原理
隨著智能手機的發展，各大手機廠商對於拍照功能的追求與競爭也越發激烈，攝像頭模組也從曾經的單攝變為如今的四攝甚至五攝。攝像頭像素也從早期的8M變成現在的64M甚至108M，攝像頭越來越多的同時，大家有想過原因嗎？
不同像素攝像頭模組
手機是如何拍照的呢？
要搞清楚手機是如何拍照的，我們需要知道手機攝像頭由哪幾部分構成。
我們看如下手機攝像頭模組的拆解圖，讓大家更直觀的瞭解攝像頭的組成。
手機攝像頭拆解圖
由上圖我們可以看出手機攝像頭由Lens鏡頭、音圈馬達、紅外濾光片、以及圖像傳感器等構成，另外有的攝像頭還包括數字信號處理器DSP。
知道了攝像頭的結構以後，我們再講解手機拍照顯示的原理，如下圖示：
手機拍照處理流程
即外部景物通過鏡頭生成光學圖像，再投射到圖像傳感器表面上，然後把光信號轉變成電信號，再經過模數轉換後變成圖像數字信號，再送到數字信號處理器芯片DSP處理，最後通過手屏幕顯示出圖像。
對於簡化模塊如下圖所示，讓大家更容易理解與接受。
手機拍照過程
手機觸控原理
說到手機觸控，一般指手指觸摸部分，包括屏的觸摸與指紋的觸摸兩部分。對於指紋主要是手機的解鎖與指紋支付等功能。
對於觸控部分是人機交互的接口，老的功能機一般指鍵盤模塊，目前的智能機都是電容式觸屏，對於電容式觸屏原理是怎樣的呢？
電容屏工作原理
電容式觸屏工作原理：
電容式觸控原理包括自電容與互電容兩種，本文重點介紹自電容工作原理。
要想知道電容式觸屏的工作原理，我們需要了解什麼是平行板電容器。
什麼是平行板電容器呢？
兩個相互平行的導體，由於中間有絕緣介質比如空氣，就構成了平行板電容器。
平行板電容器
知道了平行板電容器以後，咱們再講解電容屏觸控原理會簡單一些。我們先看如下圖示：
自電容觸控圖解
對於自電容屏可以做到單點觸控與手勢功能等特點。
對於自電容簡單的說就是手指與大地形成一個電容，當手指觸碰手機屏幕的時候，會形成一個並聯電路。當手沒有觸碰屏體的時候，電路如下圖所示：
手機屏幕原始電容
當手指觸摸手機屏幕時，由於手指與大地之間就相當於接了一個Cf的並聯電容，如下圖示：
手指觸摸後電容
根據並聯電容的關係，則總的等效電容為：C總 = Cp + Cf 。
由於電路並聯，則滿足電壓關係：U總 = Ucp = Ucf。
以及滿足電流關係：I總 = Icp + Icf。
實際上，在手機屏幕的玻璃是表面用ITO(一種透明的導電材料)製作成的橫向與縱向電極陣列，這些橫向和縱向的電極分別與地構成電容，這個電容就是通常所說的自電容，也就是電極對地的電容，就是上述的電容Cp。當手指觸摸到電容屏時，手指的電容將會疊加到屏體電容上，也就是上圖中的電容Cf，使屏體電容量增加。
根據屏幕某一區域電容的變化，再計算出電流的變化，我們就可以算出屏幕哪個地方被手指觸控了。
屏幕觸控點顯示
手機屏幕顯示原理
作為一款手機而言，屏幕就相當於人的眼睛一樣，沒有屏幕，手機內容是沒辦法顯示出來的。
目前主流的手機屏幕是LCD，以及如今炒得火熱的OLED屏幕。
對於LCD屏幕結構是什麼樣的呢？我們用一張圖示說明：
LCD結構圖解
需要指出的是LCD不能自發光，而需要一個背光模組來發光，這個也是LCD與OLED的根本區別。
當背光模組發出光線時，會經過偏光片，把非偏極光變成偏極光，然後使與電場呈垂直方向的光線通過。緊接著通過電壓來改變屏幕內部液晶分子的排在列狀況，以達到遮光和透光的目的來顯示深淺不一，錯落有致的圖象，再通過屏幕的彩色濾光片，就可以實現顯示顏色各異的彩色圖象。
對於OLED屏幕結構是什麼樣的呢？我們同樣用一張圖示說明：
OLED屏幕圖解
通過LCD與OLED圖示比較，我們可以看出OLED屏幕比LCD屏幕會薄許多，這也是為什麼OLED可以做柔性屏的原因。
另外OLED是通過電子與空穴的傳輸，並在發光層進行碰撞匯合來發光，因此OLED是自發光模式。
除此之外，OLED由於每個像素都可以發光，因此畫質顯示會更細膩，色域也更廣。不僅如此，在對比度與均勻度上OLED也會比LCD好很多。
正因為OLED相對LCD有這麼多優點，因此OLED成本更貴，製作工藝也相對複雜。
手機充電供電原理
前面講的基本是人機直接交互的部分，也就是人可以直觀看到聽到或者觸摸到的功能介紹。
那對於手機看不到的電源充電供電部分是怎麼工作的呢？
說到手機供電，相信大家都能想到電池部分。
沒錯，手機正常運行的所需要的電壓電流都來自於電池。
手機電池
那手機是如何充電的呢？
手機充電
手機充電時通過手機充電器把220V交流電變成低壓直流電，比如5V，9V直流電壓。然後再經過數據線，以及手機USB接口，把電壓電流傳輸給手機。
當然，手機主板上會有充電芯片以及電量計芯片，用來對充電電壓電流進行調節、控制與記錄等，然後轉換成合適的電壓電流直接輸進手機電池，從而實現對電池進行充電。
手機充電通路
手機充電一般包括涓流充電，恆流充電，恆壓充電等部分。其中涓流充電是小電流充電，在電池低壓時為了手機電池安全而採用的一種充電過程。當達到一定電池電壓以後，就開始恆流大電流充電，讓充電更加快速。當電池容量快要充滿或者說電池電壓達到某個值比如4.2V時，手機就進入了恆壓充電階段，此時手機的電流逐漸變小，當電流到達某個值時，充電就結束了，表示充電完成。
手機電池充電過程
知道了手機是如何充電以後，那手機是怎麼進行供電輸出的呢？
手機供電單元
手機的所有電來源於電池，而手機有若干個負載與外設構成，這些負載與外設所需要的電壓和電流是不一樣的。要想這些模塊都能正常工作，就需要電源管理單元來進行電壓電流的轉換與調節。因此電源管理單元相當於的一個電源中轉站，用來供給各個負載與外設所需要的電壓電流。
講完了手機是如何充電供以後，那手機是如何進行數據存儲與運行的呢？接下來我們再講解手機的存儲部分。
手機存儲原理
手機的存儲包含內存與閃存兩部分。我們常說的手機8+128配置中的8GB表示手機的內存，是動態隨機存儲器，即DRAM，目前常用的是LPDDR4X。由於是動態存儲器，特點是掉電以後數據就會丟失，因此需要不定期的刷新LPDDR4X的內部電路。LPDDR4X運行頻率達到2133MHZ，數據傳輸十分快速。在手機運行過程中與系統CPU密切合作，進行數據傳輸與處理，也會緩存部分應用數據，讓CPU得以更高效更快速的訪問，提高手機運行效率。
LPDDR4X
對於上述的128GB，即表示手機閃存，常用於存儲手機的程序，應用以及各種用戶數據。特點是可以多次反覆擦除與數據讀寫，並且掉電後數據依然保存。目前常用的閃存是UFS2.1，對於雙通道的UFS2.1讀操作的速率達到850MB/S左右，對於雙通道寫操作的速率達到400MB/S左右。如果採用單通道UFS2.1，則讀操作的速率會減半，即400MB/S左右，而寫操作則基本差不多。
UFS2.1
最後，我們聊一下手機的傳感器的工作原理。
手機傳感器種類與工作原理
智能手機能之所以夠做出各種便捷應用與功能調節，很大程度上得益於手機的傳感器配合。
手機傳感器有哪些？以及它們有什麼作用呢？
手機傳感器
1.光線傳感器：用於感受外界環境光的變化，從而實現手機明亮程度的調節，讓人眼更加適應屏幕的顯示亮度。
2.距離傳感器：用於手機通話時，當手機靠近與遠離人耳時，防止誤觸而進行亮滅屏操作。
3.加速度傳感器：用於手機橫豎屏切換，以及微信計步等功能。
4.陀螺儀：用於記錄手機角速度，特別是對於玩遊戲時效果更明顯。
5.指南針：即羅盤，用於指示東南西北等方位，並用方向指示導航使用。
6.紅外傳感器：即紅外遙控，用於手機控制電視空調等設備，方便用戶操作。
7.氣壓計： 用於計算大氣壓強與距離海平面高度。
以上就是關於手機各個功能模塊的工作原理，相信大家讀完以後，對於手機又有了新的認識！
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