Діагностика та ремонт стільникових телефонів

1 Особливості роботи  телефону GSM

2  Конструкція GSM телефону

3  Типові несправності стільникових телефонів

1 Особливості роботи  телефону GSM

Як правило, телефон виконується на одній платі. Власне телефонна плата виготовляється з шестислойного склотекстоліту товщиною 0,9 мм. Механічні і корозійні пошкодження плати ремонту практично не піддаються. Контактні площадки для поліпшення якості пайки позолочені, чого не можна сказати про виводи компонентів. Отже холодна пайка трапляються дуже часто.

Високочастотна частина вмонтовується на тій же платі, часто з обох боків, і закривається зовні екранами. Як екран використовується один або декілька шарів фольги в платі.

На рис. 1 представлена блок-схема стільникового телефону. Він складається з антени (Ant), високочастотного блоку (HF), аналогового (АР) і цифрового (DP) процесорів, пам'яті (MEM), SIM-карти, клавіатури (KBD), основної (Mam Batt) і допоміжної (Backup Batt) батареї, динаміка (EAR), мікрофону (MIC), пристрою виклику (BUZ), дисплея (LCD) і роз'єму для підключення зовнішніх пристроїв (ЕХТ).

Рисунок 1 – Блок-схема стільникового телефону (низькочастотна частина)

Аналоговий процесор виконує такі  основні функції:

- обробку і управління звуком;

- кодування/декодування сигналів;

- управління блоком стабілізаторів напруги;

- управління процесом заряду батареї;

- управління вмиканням/вимиканням апарату;

- управління схемами AGC (АРП) і AFC (АПЧ);

- управління схемами ADC (АЦП) і DAC (ЦАП);

- управління інтерфейсом SIM-карти.

Цифровий процесор складається з:

- мікроконтролера;

- вбудованої пам'яті;

- цифрового процесора;

- периферії (годинник, SIM - інтерфейс);

- інтерфейсу дисплея;

- інтерфейсу пам'яті;

- інтерфейсу зовнішніх пристроїв.

На рис. 2 представлена блок-схема приймача діапазону 900 мГц. Канал 1800 мГц повністю аналогічний і, за винятком фільтрів, використовує ті ж компоненти. Сигнал з антени поступає на антенний перемикач (SW), який комутує сигнали прийому і передачі в обох частотних  діапазонах: 900 Rx, 900 Тх, 1800 Rx і 1800 Тх. Далі прийнятий сигнал поступає на смуговий фільтр SAW1 із смугою пропускання 35 мГц для діапазону 900 мГц і 75 мГц для 1800 мГц. Загасання фільтру 2...4 дБ. Потім сигнал поступає на малошумливий підсилювач LNA з коефіцієнтом посилення порядку 15 дБ, що входить до складу мікросхеми трансивера. Смуговий фільтр SAW2 обрізує сигнали бічних смуг, його загасання 3...4 дБ. Змішувач Mixer1 переносить сигнал з радіочастоти на першу проміжну частоту (ПЧ) 282 мГц. Далі слідує смуговий фільтр SAW 3 із загасанням до 5 дБ і змішувач Mixer 2, що переносить сигнал на другу ПЧ 45 мГц. Потім сигнал поступає на схему AGC, також інтегровану в мікросхемі трансивера, демодулятор Dem і через низькочастотний фільтр і підсилювач поступає на аналоговий процесор АР.

Рисунок 2 – Блок-схема приймача

На рис. 3 представлена спрощена блок-схема передавача. Сигнал з аналогового процесора потрапляє в модулятор Mod з генератором, керованою напругою (ГУН), звідки через фільтр поступає на підсилювач потужності РА з підсиленням порядка 35 дБ. Особливістю РА є наявність в ньому схеми АРП, що підтримує постійність амплітуди вихідного сигналу. Потім сигнал через антенний перемикач поступає в антену.

Рисунок 3 – Блок-схема передавача

2  Конструкція GSM телефону

Як правило, на початковому етапі організації ремонту стільникових телефонів мало у кого з майстрів є електричні схеми телефонів. Тому необхідно візуально виділити типові вузли стільникових телефонів різних фірм-виробників і на цій основі розглянути деякі типові несправності і методи їх діагностики.

Рисунок 4 – Зовнішній вигляд основної плати стільникового телефону

Усередині телефону можна побачити одну або дві друковані плати, динамік, мікрофон, зумер, моторчик вібровиклику. Якщо плат дві, то на одній з них знаходиться лише дисплей, клавіатура, контактні площадки для динаміка і мікрофону. На  другій платі, яку можна назвати основною, знаходяться три основні частини телефону та контактні площадки для підключення контактора SIM-карти, роз'єму живлення, дзвінка, зарядки. Всі три частини  (рис. 4) відділяються одна від одної широкими смугами нульового потенціалу (земля), або металевими екранами. Частини 1 і 2 відповідають за зв'язок телефону з мережею GSM, а частина 3 – це досить потужний мікрокомп'ютер.

Розглянемо частину № 3 як найбільш важливою в роботі телефону. Мікрокомп'ютер управляє всіма функціональними частинами пристрою, тобто підтримує протокол обміну з мережею, опитує клавіатуру, виводить дані на дисплей, вимірює параметри акумулятора, управляє процесом зарядки акумулятора і так далі. Будь-який комп'ютер складається з центрального процесора (ЦП), постійної пам'яті (ROM), оперативної пам'яті (RAM), пристроїв ЦАП і АЦП, пристроїв введення-виведення (клавіатури, дисплею) і так далі. Стільниковий телефон не є виключенням (рис. 5).

Рисунок 5 – Мікропроцесорна частина телефону

Орієнтовно з 1999 року в стільникових телефонах стали використовувати мікросхеми в корпусах BGA, виводи яких знаходяться під корпусом мікросхеми. Це значно ускладнює діагностику, наприклад, практично неможливо використовувати осцилограф. Найбільша мікросхема (3) - центральний процесор. ЦП управляє всією роботою телефону за програмою, що знаходиться в мікросхемі ПЗП (4). ЦП опитує клавіатуру і виводить інформацію на дисплей. Таким чином, сигнальні лінії клавіатури заводяться прямо на процесор. Управління дисплеєм здійснюється по послідовній шині I²C, аналогічно здійснюється обмін даними і з SIMM-картою (не у всіх моделях). Управління підсвічуванням клавіатури і дисплея, вібровикликом і дзвінком (зумером) здійснюється через силову мікросхему (8).

Мікросхема (2) це контролер живлення. Відрізнити її від інших можна по наявності біля неї декількох керамічних конденсаторів вторинного живлення (6). Контролер відповідає також за зарядку акумуляторної батареї, вимірює напругу і температуру акумулятора. У деяких моделях телефонів через нього здійснюється обмін даними з SIM-картой. Кварцевий резонатор (7) з частотою біля 32 кГц розташовується біля контролера живлення (2), або біля ЦП (3), залежно від того, на якій мікросхемі зібраний годинний генератор.

Мікросхема (5) це оперативна пам'ять і розташовуються біля ЦП (3). Мікросхема (1) відповідає за протокол GSM.

Частини 1 і 2 відносяться до ВЧ і тут набагато складніше виділити загальні ознаки для всіх моделей телефонів.

Рисунок 6 – Частина синтезатора частоти телефону

Так якщо розглянути частину плати 2 (рис.6), то тут, як правило, розташовується мікросхема RF-контролера (1), що відповідає за частоти в телефоні, а також задаючий кварцевий резонатор (2) (13 або 26 мГц) і генератор керований напругою (3). У частині 1 (рис.7) можна виділити операційний підсилювач (1), який підсилює сигнал телефону і через антенний комутатор (2) передає його на випромінювач (антену). Керамічні фільтри 3 і 4 - це фільтри 900 і 1800 Мгц. Звичайно, така схема дуже спрощена, але для пошуку 50% несправностей, що виникають в телефоні, це цілком достатньо.

Рисунок 7 – Частина приймача-передавача телефону

3  Типові несправності стільникових телефонів

1) Телефон не включається взагалі. Пошук несправності слід починати з перевірки акумуляторної батареї. Напруга на клемах акумулятора не має бути менше його номінального значення (3,7–4,2В). Якщо з батареєю все гаразд, то далі рекомендується телефон підключити від зовнішнього регульованого джерела через міліамперметр і виміряти струм споживання при вмиканні. Потрібно відзначити, що не всі моделі телефонів нормально включаються при такій схемі. Можливо, доведеться подавати на додаткові клеми живлення логічні сигнали (або 0 В, або напруга живлення через резистор опором 1…10 кОм). Можливі такі варіанти:

а) при вмиканні струм споживання телефоном дорівнює нулю. Це найбільш простий випадок. Швидше за все, або згорів запобіжник кола живлення (його треба шукати за конкретною схемою), або вийшла з ладу кнопка включення (легко перевірити тестером), або вийшов з ладу контролер живлення (2) (рис.5). Можливий також випадок обриву струмопровідних доріжок, наприклад, від кнопки вмикання до контролера живлення. В будь-якому разі всі ці несправності легко виявити і виправити;

б) при вмиканні живлення йде дуже великий струм, наприклад, близько 1 А. В цьому випадку необхідно визначити, що на платі нагрівається. Як правило, елемент, що нагрівається, і буде дефектним. Проте деякі правила необхідно виділити: по-перше якщо великий струм йде відразу після включення живлення і при цьому гріється контролер живлення (2) (рис.5), то її однозначно треба міняти; по-друге якщо струм починає йти лише після натиснення на кнопку  вмикання і гріється та ж сама мікросхем, то вона швидше за все працює, а гріється якщо дефектна будь-яка інша мікросхема, яка живиться через контролер. Для пошуку несправної мікросхеми необхідно тестером перевірити опор на конденсаторах вторинного живлення. Швидше за все на одному з конденсаторів буде опір порядка 0 Ом. Якщо під рукою немає схеми даної моделі телефону, то доведеться випаяти мікросхему контролера живлення з плати (аби не пошкодити її подальшими діями) і подати на підозрілий конденсатор з блоку живлення зовнішню напругу близько 3 В, дотримуючи полярність, і знову оцінити температуру мікросхем на платі. Гаряча мікросхема і буде вже стовідсоткове дефектною;

в) при вмиканні струм споживання 10 – 20 mA. В цьому випадку, швидше за все пошкоджена програма роботи телефону в мікросхемі FLASH. Процес відновлення програми індивідуальний для кожної моделі телефонів, але деякі загальні моменти можна виділити. Інформація в мікросхемі FLASH ділиться на дві частини (спрощено): область FLASH (безпосередньо програма роботи телефону) і область EEPROM (область даних). Необхідно спробувати відновити дані в цих областях. Для цього знадобляться комп'ютер, DATA - кабель, програми для програмування телефону (для кожної моделі свої) і дані областей FLASH і EEPROM (їх можна узяти з працюючого телефону аналогічної моделі або з Інтернету). Далі всі дії зводяться до підключення телефону через DATA-кабель до комп'ютера, запуску програми програмування і спроби провести відновлення даних в телефоні;

г)  при вмиканні струм споживання малий  1-3 mA. Це вказує на те, що працює  контролер живлення, але не працює RF-контролер (мікросхема 1 рис. 6) або розбиті керамічні пластини кварцевого резонатора 2 (рис. 6). Заміна цих компонентів, як правило, приводить до позитивного результату.

2) Несправності, пов'язані з неможливість телефону правильно працювати в мережі. Ці несправності можна розділити на три типи:

а)  телефон показує рівень мережі, але при спробі подзвонити пише що-небудь типа "дзвінок закінчений". Найпоширеніша причина такої несправності – не працює операційний підсилювач (1) (рис. 7). У більшості моделях цей підсилювач – частина схеми на керамічній підкладці і при падіннях телефонів ця підкладка дуже легко може розбитися. Тому перш ніж шукати щось складніше є сенс випаяти операційний підсилювач з плати і візуально оцінити цілісність підкладки. Друга причина – розбитий антенний комутатор 2 (рис.7). Він також зібраний на керамічній підкладці, але по розмірах значно менше операційного підсилювача, тому і розбивається набагато рідше. Перевіряється аналогічно операційному підсилювачу. Якщо заміна цих компонентів не привела до позитивного результату, то необхідно міняти мікросхему 1 (рис.5), що відповідає за обмін даними телефону з базовою станцією. Також може вийти з ладу мікросхема RF-контролера (1) (рис.7). Для різних моделей телефонів ймовірність виходу з ладу перерахованих компонентів різна. Є моделі, де починати пошук несправності треба, наприклад, з RF-контролера;

б) Телефон взагалі не може знайти мережу. В цьому випадку пошук несправності необхідно  починати з перевірки антени і антенного гнізда (рис.4). Зламаний роз'єм зовнішньої антени також може бути причиною відсутності рівня мережі. Якщо вичерпані прості причини, то далі можна розглядати вихід з ладу мікросхеми (1) (рис.5), зміна параметрів кварцевого резонатора і генератора (2) (рис.7), перевірити працездатність фільтрів (3) (рис.7);

в) телефон показує низький рівень мережі або мережа періодично пропадає. Пошук несправності в цьому випадку практично не відрізняється від пункту б).

3) Несправності, пов'язані з втратою деяких функцій телефону. Наприклад, не працює вібровиклик, немає звуку в динаміці, не працює мікрофон, не йде заряд батареї. Як правило діагностика цих несправностей не представляє особливих складнощів. Починати ремонт слід з перевірки відповідно динаміка, мікрофону або вібровиклику. Потім послідовно перевіряти контакти цих деталей з платою і цілісність струмопровідних доріжок до підсилювальних ключів або мікросхеми управління і, нарешті, працездатність самої мікросхеми.

а) Не показує дисплей стільникового телефону. Однією з причин може стати дефект самого дисплея  або шлейфу. Ще мова може йти про дефект, який виник після попадання вологи всередину телефону. В цьому випадку потрібна ретельна діагностика і чищення;

6)  Не працює клавіатура телефону або працює не повністю. Найчастіше це відбувається від попадання вологи. В кращому разі потрібно почистити від окислення. Так само це може статися після падіння або удару. В такому разі потрібне повне пропаювання телефону. За клавіатуру повністю відповідає такий елемент телефону, як процесор. Отже клавіатура може не працювати унаслідок виходу його з ладу;

в) стільниковий телефон не бачить Сім-карту або пише повідомлення про помилку Сім-карти. Одна з причин може полягати у Вашій Сім-карті:
 термін її дії вийшов; на рахунку закінчилися гроші; Сім-карта вийшла з ладу. Найпростіший варіант це перевірити – вставити іншу карту у Ваш телефон. Буває, що контакти Сім-карти або контакти Сім-приймача на телефоні брудні або окислені. Спробуйте звичайною гумкою протерти всі їх контакти. Часто буває так, що контакти Сім-карти не дістають до контактів Сім-приймача. Спробуйте це виправити, підклавши між Сім-картою і акумулятором шматочок паперу, складений в 3-4 рази;

г) стільниковий телефон сам вимикається.  Часто причиною цього є поганий акумулятор або погане з'єднання між контактами акумулятора і телефону. Другою, найбільш поширеною, причиною є механічні пошкодження плати телефону або його елементів. Це відбувається, як правило, після падіння або ударів. Інколи це можна перевірити, погнувши телефон руками (досить сильно): якщо телефон вимкнувся після цього або «завис», означає причина саме в цьому. Також, буває, самовідключення відбувається із-за збою програмного забезпечення;

д) стільниковий телефон "зависає". Поширеною причиною є механічні пошкодження плати телефону або його елементів. Так само причиною може стати збій програмного забезпечення. Наприклад, в сучасних телефонах Nokia це виглядає так: після включення на екрані з'являється слово NOKIA і телефон «зависає», тобто ні на що не реагує і не подає ознак життя. Доводиться від'єднувати акумулятор, аби зображення пропало.

4) У стільниковий телефон попала вода або телефон сам впав у воду. Перше, що потрібно зробити – це від'єднати акумулятор від телефону. Потім спробувати якось просушити апарат феном, покласти на батарею на ніч, помістити в тепле місце на пару днів і так далі Можливо, після цього телефон працюватиме без проблем.  При всіх випадках попадання вологи під корпус телефону необхідне просушування і чищення апарату. Інакше можливе виникнення часткової або повної непрацездатності телефону. Процес окислення (іржавіння) може йти досить довго, і як поведеться телефон наступного дня або через місяць, сказати неможливо. Чим більше часу пройшло з моменту попадання вологи, тим менше ймовірність відновлення повної працездатності телефону в разі поломки.