تقنية تصنيع الهواتف الذكية المزودة بشريحتين SIM
في السنوات الأخيرة، أصبحت الهواتف الذكية المزودة بشريحتي اتصال خيارًا شائعًا لدى العديد من المستخدمين. تتيح إمكانية استخدام شريحتي اتصال في آنٍ واحد مرونةً كبيرة، حيث يمكن فصل أرقام الهاتف الشخصية عن أرقام العمل، والاستفادة من باقتي بيانات مختلفتين من شركات اتصالات متعددة، وحتى التغلب على ضعف الإشارة في بعض المناطق. مع ذلك، وراء هذه الميزة التي تبدو بسيطة، تكمن مجموعة معقدة من التقنيات وعمليات التصنيع. تتناول هذه المقالة آلية عمل تقنية شريحتي الاتصال، وكيفية تصميم وتصنيع الهواتف الذكية المزودة بشريحتي اتصال، بدءًا من التصميم وحتى اختبار الجودة.
1. لماذا هناك حاجة إلى شريحة SIM مزدوجة؟
ينبع الاحتياج إلى شريحتي SIM من العادات وظروف السوق. ففي العديد من البلدان، تكون تكاليف الاتصالات والإنترنت أقل تكلفةً عند استخدام مزودَي خدمة: أحدهما للمكالمات والرسائل النصية، والآخر للبيانات. علاوة على ذلك، يحتاج العديد من الموظفين إلى أرقام منفصلة لفصل اتصالاتهم المهنية عن اتصالاتهم الشخصية. أما بالنسبة للمصنّعين، فتُعدّ شريحتا SIM ميزةً تسويقيةً رئيسية، لا سيما في الأسواق الآسيوية والنامية، مما يدفعهم إلى تطوير هذه التقنية باستمرار.
2. أنواع تقنية الشريحة المزدوجة
بشكل عام، هناك عدة طرق لاستخدام شريحتين SIM في الهواتف الذكية الحديثة:
أ) وضع الاستعداد المزدوج لشريحتي SIM (DSDS)
هذا هو النوع الأكثر شيوعًا. تعمل شريحتا SIM في وضع الاستعداد، ولكن عند استخدام إحداهما لإجراء مكالمة، لا تستطيع الأخرى عادةً استقبال المكالمات في الوقت نفسه (إلا في حال توفر ميزات إضافية مثل VoLTE/VoWiFi). يُعدّ DSDS أكثر فعالية من حيث التكلفة وكفاءة استهلاك الطاقة، لأن الجهاز لا يتطلب سوى دائرة راديو أساسية واحدة، مع إدارة دقيقة لعملية التبديل.
ب) شريحتان SIM نشطتان (DSDA)
بفضل تقنية DSDA، يمكن تفعيل شريحتي SIM في آنٍ واحد لإجراء المكالمات. وهذا يعني أن المستخدمين يستطيعون استقبال المكالمات على الشريحة الثانية أثناء إجراء مكالمة على الشريحة الأولى. تتطلب هذه التقنية جهازَي إرسال واستقبال (أو تكوينًا لاسلكيًا أكثر تعقيدًا)، مما يزيد من تكاليف الإنتاج واستهلاك الطاقة والحاجة إلى مساحة على اللوحة الإلكترونية. لذلك، فإن تقنية DSDA أقل شيوعًا في الهواتف الذكية الاستهلاكية، وتوجد عادةً في أسواق متخصصة.
ج) فتحة هجينة (بطاقة SIM + بطاقة microSD)
تستخدم العديد من الهواتف درجًا "هجينًا" يتيح خيار استخدام شريحتي SIM، أو شريحة SIM واحدة وبطاقة microSD. من الناحية التصنيعية، يقلل هذا من متطلبات المساحة الداخلية ويسهل تصميم هياكل أنحف، ولكنه يحد من مرونة المستخدمين الذين يرغبون في استخدام شريحتي SIM وذاكرة قابلة للتوسيع.
د) مزيج من شريحة eSIM وشريحة SIM الفعلية
أحدث التوجهات هي الجمع بين شريحة SIM فعلية وشريحة eSIM، أو حتى شريحتين eSIM. شريحة eSIM عبارة عن شريحة مدمجة في الجهاز، تسمح بتحميل بيانات تعريف شركات الاتصالات رقميًا. هذا يُبسط تصميم فتحة الشريحة ويُحسّن مقاومة الماء والغبار، ولكنه يتطلب دعمًا من شركات الاتصالات وإعدادات نظام أكثر تعقيدًا.
3. بنية الأجهزة التي تدعم شريحة SIM المزدوجة
لصنع هاتف ذكي ثنائي الشريحة، يقوم المصنعون بدمج عدة مكونات رئيسية:
أ) نظام على شريحة (SoC) والنطاق الأساسي
تُدار وظائف الاتصال الخلوي بواسطة مودم النطاق الأساسي، والذي يُدمج عادةً في أنظمة SoC الحديثة. يتولى هذا المودم تسجيل الشبكة، وإجراء المكالمات، ونقل البيانات، وإدارة هوية شريحتي SIM. في هواتف DSDS، يجب أن يكون المودم وسلسلة الترددات اللاسلكية قادرين على المشاركة الزمنية: أي التبديل بين شريحة SIM 1 وشريحة SIM 2 بفواصل زمنية سريعة جدًا بحيث تبدو كلتاهما في وضع الاستعداد.
ب) وحدة الترددات اللاسلكية الأمامية (RFFE)
تتضمن وحدة الترددات اللاسلكية الأمامية مضخم طاقة، ومضخم منخفض الضوضاء، ومفتاح هوائي، ومزدوج إرسال واستقبال، ومرشحات (بما في ذلك مكونات SAW/BAW)، ووحدة ضبط هوائي. وتزيد شريحة SIM المزدوجة من تعقيد الجهاز لأنه يجب أن يحافظ على أداء الترددات اللاسلكية عبر نطاقات متعددة، ويضمن عزلًا جيدًا للإشارة، ويقلل من التداخل الداخلي.
ج) واجهة شريحة SIM ووحدة تحكم شريحة SIM
تتطلب كل شريحة SIM واجهة كهربائية موحدة (ISO/IEC 7816 لشرائح SIM المادية). في حالة شريحتي SIM، يوجد مساران للواجهة يجب تصميمهما ليكونَا مستقرين، ومقاومين للتشويش، وآمنين. كما يحتاج النظام إلى إدارة الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)، لأن نقاط تلامس شريحة SIM عرضة للكهرباء الساكنة عند إدخال المستخدم للبطاقة.
د) تصميم الهوائي والميكانيكا
تستخدم الهواتف الذكية الحديثة هوائيات متعددة لشبكات الجيل الرابع والخامس، والواي فاي، والبلوتوث، ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، وتقنية الاتصال قريب المدى (NFC). ويزيد دعم شريحتي SIM من صعوبة ضبط الهوائي، إذ يجب على الجهاز الحفاظ على جودة الإشارة عند تفعيل شبكتين في آن واحد، وذلك في هيكل نحيف مصنوع من مواد متنوعة (المعدن، والزجاج، والبولي كربونات)، وعند حمله من قبل المستخدم، مما قد يؤثر على خصائص إشعاع الهوائي.
4. تصميم فتحة شريحة SIM: من الميكانيكا إلى المتانة
تستخدم بطاقات SIM المزدوجة التقليدية درجًا يحمل بطاقتي nano-SIM. يجب تصنيع الدرج بدقة لضمان ما يلي:
1. البطاقة لا تتحرك بسهولة،
2. لا تتلف دبابيس الموصل بسرعة،
3. حافظ على إحكام الربط لدعم خصائص مقاومة الماء (مثل IP67/IP68).
ثم يأخذ المصنّعون في الاعتبار الحشيات المطاطية، وهياكل الإطار، ودقة التصنيع. قد تؤدي دقة التصنيع المتدنية إلى ارتخاء درج الشريحة، أو عدم استقرار اتصال شريحة SIM، أو صعوبة إزالتها. أما بالنسبة لشرائح eSIM، فالتصميم الميكانيكي أكثر انسيابية لأنه لا يتطلب فتحة ثانية، ولكنه يتطلب شريحة eSIM آمنة، وتصميم لوحة دوائر مطبوعة، وبرمجة مُجهزة.
5. تكامل البرمجيات: دور نظام التشغيل والبرامج الثابتة
لا تقتصر مشكلة الشريحة المزدوجة على المكونات المادية فقط، بل يجب أن يوفر نظام التشغيل (عادةً أندرويد) إمكانية الإدارة.
– اختيار شريحة SIM الافتراضية للبيانات والمكالمات والرسائل النصية القصيرة،
– إعدادات أولوية الشبكة،
– نقل البيانات عندما تكون الإشارة ضعيفة،
– تقييد استخدام بعض التطبيقات لشرائح SIM محددة،
– دعم تقنية VoLTE/VoWiFi على كل شريحة SIM، حسب المشغل.
على مستوى أدنى، ينظم برنامج المودم الثابت كيفية "تقاسم" شريحتي SIM للوقت في شبكة DSDS. على سبيل المثال، عندما تستخدم شريحة SIM 1 بيانات 4G/5G بنشاط، يجب على المودم تخصيص "فترة زمنية" لشريحة SIM 2 للتسجيل في الشبكة واستقبال المكالمات الواردة. يجب أن يكون هذا الجدولة فعالاً لمنع استهلاك الطاقة المفرط والحفاظ على اتصال بيانات مستقر.
6. عملية تصنيع الهواتف الذكية ثنائية الشريحة
تتبع عملية تصنيع الهاتف الذكي ثنائي الشريحة عملية تصنيع الهواتف الذكية العامة، مع إيلاء اهتمام خاص لمسار الشريحة واختبار الشبكة.
أ) مرحلة البحث والتصميم (R&D)
يُحدد المصنّعون السوق المستهدف، ونوع شريحة SIM المزدوجة (DSDS/DSDA/eSIM)، ونطاقات التردد المدعومة، والتصميم الميكانيكي. ويُجري مهندسو الترددات اللاسلكية والهوائيات عمليات محاكاة لضمان توافق الأداء مع اللوائح ومتطلبات المشغلين.
ب) تصميم لوحة الدوائر المطبوعة ووضع المكونات
صُممت لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) بطبقات متعددة لاستيعاب خطوط الترددات اللاسلكية، وشريحة SIM، والطاقة، والبيانات. يجب حماية خطوط شريحة SIM ووضعها في مكان مناسب لتجنب التداخل الناتج عن الضوضاء من المكونات الأخرى. في حال استخدام فتحتين فعليتين، يُوضع موصل شريحة SIM بحيث يسهل الوصول إليه من الدرج مع الحفاظ على المتانة الميكانيكية.
ج) تقنية التثبيت السطحي (SMT)
تُثبّت المكونات الإلكترونية على لوحة الدوائر المطبوعة باستخدام آلة التجميع والتركيب، ثم تُلحم في فرن إعادة التدفق. الدقة بالغة الأهمية لأن مكونات الترددات اللاسلكية والمرشحات صغيرة الحجم. قد تؤدي الأخطاء البسيطة إلى تدهور حساسية الإشارة أو التسبب في مشاكل توافق النطاق.
د) التجميع الميكانيكي
بمجرد تجهيز لوحة الدوائر المطبوعة، يتم تركيب وحدة الكاميرا والبطارية ومكبر الصوت والمكونات الأخرى. بالنسبة للأجهزة ثنائية الشريحة، يُعدّ حامل وحدة الكاميرا وموصلها عنصرين أساسيين: إذ يجب أن يكونا متينين، ومقاومين للتآكل، ولا يؤثران على إحكام إغلاق الجهاز إذا كان مقاومًا للماء.
هـ) معايرة واختبار الترددات اللاسلكية
يجب أن تخضع الهواتف الذكية لمعايرة الترددات اللاسلكية لضمان مطابقة أجهزة الإرسال والاستقبال الخاصة بها للمعايير. تشمل الاختبارات ما يلي:
– طاقة الإرسال (طاقة الإرسال)،
– حساسية الاستقبال (حساسية RX)،
– جودة المكالمات،
– معدل نقل البيانات،
– الأداء عبر نطاقات متعددة وسيناريوهات شبكية متنوعة،
– اختبار التعايش (على سبيل المثال، 4G/5G مع Wi-Fi/Bluetooth).
بالنسبة لشريحة SIM المزدوجة، يتحقق الاختبار أيضًا من سيناريوهات مثل: المكالمات الواردة على شريحة SIM 2 بينما تستخدم شريحة SIM 1 البيانات، وتبديل الشبكة (التسليم)، والاستقرار عندما تكون كلتا شريحتي SIM على مشغلين مختلفين.
7. الاعتماد والامتثال التنظيمي
يجب أن تستوفي جميع الأجهزة معايير الاتصالات والسلامة. يقيس اختبار معدل الامتصاص النوعي (SAR) مستوى امتصاص طاقة الترددات اللاسلكية من قِبل جسم الإنسان. تتطلب الأجهزة ثنائية الشريحة ذات النطاقات المتعددة تحسينًا لضمان أمانها واستيفائها للمعايير. علاوة على ذلك، يجب أن تكون الأجهزة متوافقة مع شركات اتصالات محددة، بما في ذلك دعم تقنية VoLTE/IMS، الأمر الذي غالبًا ما يتطلب اختبارات إضافية.
8. التحديات الرئيسية لتقنية الشريحة المزدوجة
إن صنع هاتف ذكي بشريحتين يعني مواجهة تنازلات في التصميم:
– طاقة البطارية: يمكن أن يؤدي وجود شريحتين SIM في وضع الاستعداد إلى زيادة استهلاك الطاقة، خاصة إذا كانت كلتا الشبكتين نشطتين في منطقة ذات إشارة ضعيفة.
– التداخل اللاسلكي والتعقيد: كلما زاد عدد النطاقات، زادت تعقيد المرشحات والتبديل.
– المساحة الداخلية: تشغل فتحة شريحة SIM الإضافية والخطوط المرتبطة بها مساحة تتنافس مع البطارية أو نظام الكاميرا.
– تجربة المستخدم: يجب أن يجعل نظام التشغيل إعداد شريحة SIM المزدوجة سهل الفهم، وغير مربك عند اختيار الأرقام للمكالمات/البيانات.
9. مستقبل الشريحة المزدوجة: الشريحة الإلكترونية (eSIM) والشريحة الذكية (iSIM)
في المستقبل، ستصبح شرائح eSIM أكثر شيوعًا. بل هناك مفهوم شريحة iSIM (الشريحة المدمجة) التي تدمج وظائف الشريحة مباشرةً في معالج النظام على شريحة (SoC)، مما يجعل التصميم أكثر إحكامًا وربما أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة. إذا انتشر استخدام شركات الاتصالات لهذه التقنية على نطاق واسع، فقد تُزود الهواتف الذكية بدون منفذ فعلي للشريحة، مما يُحسّن متانة الجهاز ويُبسط عملية الإنتاج. مع ذلك، يتطلب هذا التحول جاهزية النظام البيئي: دعم شركات الاتصالات، وعملية تفعيل سهلة، وسياسات مُيسّرة للمستخدم.
استنتاج
تُعدّ التقنية الكامنة وراء تصميم الهواتف الذكية ثنائية الشريحة مزيجًا معقدًا من تصميم الأجهزة، وتحسين الترددات اللاسلكية، والهندسة الميكانيكية، وبرمجيات المودم، وتكامل نظام التشغيل. ويكمن وراء القدرة على استخدام رقمين في آنٍ واحد تحديات كبيرة تتعلق باستهلاك الطاقة، واستقرار الشبكة، وقيود المساحة في الأجهزة الرقيقة بشكل متزايد. ويُشير تطوير شريحتي eSIM وiSIM إلى الطريق نحو المستقبل: ستبقى الشريحة المزدوجة ذات أهمية، ولكن بشكل رقمي ومتكامل بشكل متزايد. بالنسبة للمستخدمين، تتمثل النتيجة النهائية في سهولة إدارة الاتصالات بمرونة أكبر - وهي ميزة بسيطة انبثقت من تقنية معقدة.
