Kā izveidot modulāru dizainu viedtālrunī
Modulārais dizains viedtālruņos ir dizaina pieeja, kas ierīci sadala atsevišķos “moduļos” — piemēram, kamerā, akumulatorā, displejā, skaļrunī vai pieslēgvietās —, kurus var nomainīt, uzlabot vai remontēt, neaizstājot visu tālruni. Šī koncepcija ir pievilcīga, jo tā piedāvā ilgāku kalpošanas laiku, vienkāršāku apkopi un potenciālu elektronisko atkritumu samazināšanai. Tomēr modulāra dizaina izveide ir kas vairāk nekā tikai “padarīt komponentus noņemamus”; tas prasa rūpīgus inženiertehniskus lēmumus, lai nodrošinātu, ka ierīce saglabā savu plānumu, izturību, drošību un ērtu lietošanu. Šajā rakstā ir aplūkoti galvenie soļi un principi, kas saistīti ar modulāra dizaina izveidi viedtālruņos.
Sākot no
1. Nosakiet modularitātes mērķi
Pirmais solis ir noteikt reālistisku modularitātes līmeni. Pastāv divas vispārīgas pieejas:
1. Pusmodulārs (apkalpošanai piemērots dizains)
Tālrunis joprojām izskatās kā parasts viedtālrunis, taču svarīgas sastāvdaļas, piemēram, akumulatoru, kameru, uzlādes portu vai ekrānu, tehniķi (vai pat lietotāji) var viegli nomainīt ar vienkāršiem instrumentiem.
2. Pilnībā modulārs (lietotāja apmaināmi moduļi)
Moduļi ir pilnībā noņemami un lietotājs tos var nomainīt bez sarežģītiem instrumentiem, piemēram, nomainot kameras moduli vai pievienojot skaļruņa moduli.
Pilnībā modulāra konstrukcija izklausās ideāli, taču parasti tā ir sarežģītāka, jo tai nepieciešami ātri savienojami savienotāji, izturīga rāmja struktūra un papildu vieta. Daudzi ražotāji galu galā izvēlas daļēji modulāru sistēmu, jo tā piedāvā labāku līdzsvaru starp plānumu, izturību un remonta vienkāršību.
Sākot no
2. Moduļu izgatavošanai piemērotu komponentu kartēšana
Ne visas komponentes ir piemērotas modularizācijai. Izvēlieties komponentes, pamatojoties uz:
– Bojājumu biežums (piemēram, uzlādes ports, akumulators)
– Vēlme uzlabot (kamera, krātuve, tīkla modulis)
– Ietekme uz dizainu (lielie ekrāna moduļi mēdz būt sarežģīti)
– Drošības prasības (akumulatoram un radio nepieciešama papildu aizsardzība)
Bieži sastopamie kandidātu moduļi:
– Akumulators: tas ir visloģiskākais, jo degradācija ir normāla parādība.
– Kamera: bieži vien ir uzlabojumu mērķis.
– USB/uzlādes plate: pakļauta bojājumiem, viegli atdalāma kā maza plate.
– Skaļrunis/mikrofons: viegli nomaināms un neaizņem daudz vietas.
– Siets: var būt modulārs, taču tam ir nepieciešama laba rāmja konstrukcija un blīvējums.
Sākot no
3. Iekšējās arhitektūras izveide: lieldators un “mugurkauls”
Modulārā dizainā ir nepieciešams “mugurkauls”, kas kalpo kā struktūras un savienojamības centrs. Tas parasti sastāv no:
– Vidējais rāmis: vidējais rāmis kā galvenā struktūra, kurā atrodas ekrāns un komponenti.
– Mātesplate: galvenā plate SoC, RAM, atmiņas, modema un barošanas pārvaldības vajadzībām.
– Apakšplate: papildu plate uzlādes portam, antenai, audioiekārtām vai noteiktiem sensoriem.
Bieži izmantotās stratēģijas:
– Novietojiet reti maināmās komponentes (SoC, RAM) uz cietas mātesplates.
– Novietojiet bieži bojātās detaļas uz lētām un viegli noņemamām pamatplatēm.
– Izmantojiet kronšteinus un “lokācijas tapas”, lai nodrošinātu, ka modulis pēc atkārtotas uzstādīšanas vienmēr ir precīzs.
Tās galvenais mērķis ir saglabāt tālruņa strukturālo izturību, vienlaikus atvieglojot piekļuvi moduļiem.
Sākot no
4. Moduļu saskarņu projektēšana: savienotāji, kopnes un barošana
Modulārā dizaina lielākais izaicinājums ir saskarnes starp moduļiem. Jums ir jāatbild uz jautājumu: kā moduļi sazinās un iegūst enerģiju?
a) Savienotājs
Vispārīgās opcijas:
– Plates-plates savienotājs (mezzanine): ciešs, ātrs, stabils; piemērots kamerām un apakšplatēm.
– Elastīgs kabelis (FPC) + ZIF savienotājs: elastīgs un lēts; piemērots displejiem un sensoriem.
– Pogo tapa: ātri uzstādāma un noņemama, taču nepieciešama precīza konstrukcija un aizsardzība pret putekļiem/korozi.
Bieži lietotāja noņemamiem moduļiem vienkāršāk ir izmantot Pogo tapas vai speciāli savienotājus. Tomēr kritiski svarīgiem moduļiem, piemēram, displejiem un kamerām, plates-plates savienotāji bieži vien ir stabilāki.
b) Komunikācijas protokols
– Kameras parasti izmanto MIPI CSI.
– Ekrānā tiek izmantota MIPI DSI tehnoloģija.
– Sensora modulis var izmantot I2C/SPI.
– Audio var izmantot analogās vai digitālās līnijas (piemēram, I2S).
Piezīme: Palielinoties modularitātei, ātrgaitas līniju, piemēram, MIPI, maršrutēšana kļūst sarežģītāka, jo ir nepieciešama kontrolēta pretestība un zems trokšņu līmenis.
c) Enerģijas pārvaldība
Modulim ir nepieciešams:
– Pārslodzes aizsardzība
– ESD aizsardzība
– Noteikt instalētos/noņemtos moduļus (ja iespējams, karstās nomaiņas noteikšana)
Drošības labad akumulatora modulim jābūt aprīkotam ar iekšējo aizsardzību (BMS) un bloķēšanas sistēmu, kas novērš apgrieztu uzstādīšanu vai īssavienojumu.
Sākot no
5. Bloķēšanas sistēma: skrūve, klipsis, magnēts vai bīdāmā slēdzene
Lai moduli varētu viegli nomainīt, bet tas nebūtu vaļīgs, izvēlieties pareizo bloķēšanas mehānismu:
– Standarta skrūves: izturīgākās un lētākās; piemērotas daļēji modulārām sistēmām.
– Plastmasas klipši: ātri atveras, bet var nolietoties/salūzt, ja tos bieži atver un aizver.
– Bīdāmā slēdzene: ērta lietotājiem, taču prasa vietu un precīzu dizainu.
– Magnēts + izlīdzināšanas tapas: ātri, bet dārgi un, ja nav labi projektēti, var samazināt izturību.
Daudzos dizainos galvenajām sastāvdaļām ir skrūves, bet aizmugurējam vāciņam — skavas. Iekšējiem moduļiem skrūves un metāla kronšteini joprojām ir drošākais risinājums.
Sākot no
6. Termiskā konstrukcija: moduļi nedrīkst traucēt dzesēšanu
Mūsdienu viedtālruņi rada siltumu no SoC, 5G modema un ātrās uzlādes. Modulārā konstrukcijā:
– Pārliecinieties, vai no SoC līdz rāmim/grafīta loksnei ir termisks ceļš.
– Noņemamie moduļi nedrīkst traucēt galvenā radiatora darbību.
– Izmantojiet termoaplikatoru vai grafīta plēvi, kas saglabā efektivitāti pat pēc ierīces izjaukšanas.
Ja kameras modulis ir nomaināms, pārliecinieties, ka atkārtota uzstādīšana nemaina mehāniskos spriegumus, kas varētu ietekmēt fokusu vai izlīdzinājumu.
Sākot no
7. Fiziskā izturība un aizsardzība: putekļu, ūdens un kritiena tests
Modularitāte bieži vien ir pretrunā ar ūdens un putekļu izturību, jo, jo vairāk spraugu, jo grūtāk tās ir noslēgt. Iespējamie risinājumi:
– Aizmugurējā vāka un rāmja savienojuma vietā izmantojiet gumijas blīvi.
– Moduļa konstrukcija ar lūpu blīvējumu vai blīvēšanas putām.
– Samaziniet ārējo atveru skaitu; piemēram, saglabājiet vienu portu un tikai iekšējos moduļus saglabājiet modulārus.
Izturības pārbaudei veiciet:
– Kritiena tests no dažādiem leņķiem
– Vērpes tests (rāmja sagriešanās tests)
– Atkārtota montāžas pārbaude (izjaukšana un salikšana simtiem reižu)
– Putekļu un ūdens šļakatu iekļūšanas pārbaude
Labais modulārais dizains joprojām šķiet stabils kā parasts tālrunis, turot to rokās.
Sākot no
8. Programmatūra un programmatūra: moduļu noteikšana un saderība
Nomaināmiem moduļiem nepieciešams programmatūras atbalsts:
– Sistēmai jāspēj noteikt moduļus (piemēram, kameras tipu, sensorus) sāknēšanas laikā.
– Draiveriem ir jāatbalsta aparatūras variācijas.
– Ja ir pieejams jaunināšanas modulis, ir nepieciešams aparatūras abstrakcijas mehānisms, lai saglabātu kameras lietojumprogrammas saderību.
Identifikācija, kuras pamatā ir:
– Maza EEPROM atmiņa modulī
– rezistora ID
– I2C ierīces ID
Jo vairāk moduļu variāciju, jo labāka ir programmatūras validācija un kvalitātes testēšana.
Sākot no
9. Remontam paredzēts dizains: modularitātes patiesi noderīga izmantošana
Lai modulārais dizains būtu noderīgs reālajā pasaulē, izveidojiet ierīces, kas:
– Izmantojiet standarta skrūves (piemēram, Phillips/Torx) un minimālu skrūvju veidu skaitu.
– Ir akumulatoram paredzēta cilne (novērš lieku līmes daudzumu).
– Nodrošina piekļuvi moduļiem, nenoņemot pārāk daudz citu komponentu.
– Nodrošināt remonta rokasgrāmatas un rezerves daļu pieejamību.
Daudzas modulāras koncepcijas neizdodas sliktas idejas dēļ, bet gan tāpēc, ka remonts joprojām ir sarežģīts vai moduļus ir grūti iegūt.
Sākot no
10. Modulāras projektēšanas plūsmas piemērs (kompakts)
Šeit ir plūsma, ko pētniecības un attīstības komandas bieži izmanto:
1. Nosakiet galvenos moduļus (akumulatoru, kameru, uzlādes apakšplati).
2. Vidējā rāmja konstrukcija kā pamatstruktūra.
3. Nosakiet katra moduļa savienotājus un sakaru ceļus.
4. Izstrādājiet bloķēšanas mehānismu un mehāniskās pielaides.
5. Izveidojiet EVT (inženierijas validācijas testa) prototipu.
6. Atkārtoti veiciet termiskos, kritiena un salikšanas testus.
7. Programmatūras validācija dažādām moduļu kombinācijām.
8. Ievadiet DVT/PVT, lai pārliecinātos, ka tas ir gatavs masveida ražošanai.
Sākot no
Pennutup
Modulāra viedtālruņa dizaina izveidei ir nepieciešams līdzsvars starp elastību un inženiertehniskiem kompromisiem. Panākumu atslēga ir tādu moduļu izvēle, kas ir patiešām nepieciešami nomaiņai, izturīga lieldatora izveide, drošu savienotāju projektēšana ātrai signāla un barošanas nodrošināšanai, kā arī ierīces izturības un ērtas lietošanas nodrošināšana. Apvienojumā ar programmatūras atbalstu un “remontam paredzēta dizaina” stratēģiju modularitāte var būt reāls risinājums ierīces kalpošanas laika pagarināšanai un elektronisko atkritumu samazināšanai.
Ja vēlaties, varu palīdzēt padarīt šo raksta versiju tehniskāku (piemēram, apspriežot MIPI kopnes detaļas, mehāniskās pielaides un savienotāju iespējas) vai pieejamāku plašākai lasītāju grupai.
