Smartphones zijn net minicomputers, welke componenten zitten erin?

In 2013 kocht ik mijn eerste telefoon, de Nokia Asha 203. Veel kon je er niet mee doen, al was het wel een van de eerste telefoons in dat formaat met een aanraakgevoelig scherm. Lang heb ik er niet mee gedaan – na een half jaar was ik het al zat, en besloot ik mijn eerste smartphone aan te schaffen. Het verschil tussen mijn oudere Nokia en de Samsung Galaxy S2 Plus die ik toen heb gekocht, was enorm. Natuurlijk stapte ik al redelijk laat in de smartphonemarkt, maar bij de instap werd wel meteen duidelijk dat smartphones een stuk complexer zijn. Het oude concept: “Wat er niet in zit, kan ook niet kapotgaan,” gold nog wel voor de Nokia Asha 203, maar de S2 Plus van Samsung was die tijd allang voorbij. Sindsdien zijn smartphones enkel nog maar complexer geworden. Telefoons worden daarnaast steeds dunner, dus componenten moeten ook kleiner en dunner worden: vervolgens moeten ze ook onder een lager hitteplafond werken. Welke componenten zitten er eigenlijk in je smartphone?

Smartphones worden steeds complexer aan de binnenkant, terwijl je dat vanaf de buitenkant niet zou herkennen.

 

Een Nokia 3310 zat nog simpel in elkaar aan de binnenkant, dat is inmiddels wel afgelopen met hedendaagse smartphones.

Nu bestaat een smartphone uit veel nietszeggende onderdelen, die in dit artikel niet besproken zullen worden. Het zijn er in sommige telefoons namelijk wel te veel om op te lijsten. Een onderdeel dat gezien kan worden als een van de belangrijkste componenten van je telefoon is de SoC. SoC staat voor System on a Chip, de chip kan vergeleken worden met de hersenen van je smartphone. In een SoC zitten veel onderdelen die samenwerken om de telefoon aan te sturen. Om te beginnen, zit in de SoC een processor verwerkt die, net als de processor in je laptop of desktop, razendsnel berekeningen uit kan voeren.

Deze berekeningen zijn nodig voor alle taken, of je nu een app op wil starten, bestanden opslaat of door de telefoon navigeert. Net als de processor in je desktop zitten er ook andere onderdelen in een SoC om een groot aantal taken af te handelen – zo worden grafische zware taken, bijvoorbeeld het verwerken van beelden in games, afgehandeld door de ingebouwde GPU (Graphics Processing Unit). Het blijft daar echter niet bij, een System on a Chip is immers ontzettend gecompliceerd. Van de buitenkant gaat het om een chip die ongeveer even groot is als je duim, of zelfs kleiner. Naast de CPU en GPU zit er ook een ‘memory controller’ ingebouwd, daar worden alle aanvragen voor het geheugen afgehandeld.

De processor en grafische chip dienen namelijk een ‘aanvraag’ in voor het verkrijgen van bestanden. Vervolgens moeten de bestanden door het opslaggeheugen in je telefoon verzameld worden, daarna zal het RAM-geheugen de processor voorzien van data. Dat is nog niet alles, er zit namelijk nog een belangrijk onderdeel in een SoC. Dat is de ISP, oftewel Image Signal Processor. Deze chip zorgt ervoor dat er binnen een fractie van seconden berekeningen uitgevoerd kunnen worden om waarden, zoals witbalans in een foto of video, te bepalen.

Qualcomm is een van de grootste fabrikanten van SoC’s. Met de aanstaande Snapdragon 855 zet het bedrijf een nieuwe stap als het gaat om ontwikkelingen in de mobiele industrie, met de focus op de uitrol van 5G-netwerken.

Draadloze verbindingstechnieken

Ooit nagedacht over alle mogelijkheden die smartphones tegenwoordig bieden om draadloos met een netwerk te verbinden? Of het nu gaat om wifi, NFC of Bluetooth, het zijn allemaal technieken die de afgelopen jaren op elke smartphone terug te vinden zijn. Sterker nog, we vinden het raar als een telefoon niet beschikt over een van de technieken. Toch mag het niet als zo vanzelfsprekend gezien worden, er gaat immers behoorlijk wat ontwikkeling in zitten hedendaags. Zo heeft elke telefoon vaak losse chips voor NFC, Bluetooth en wifiverbindingen, al zijn er soms ook Bluetooth- en wifichips gecombineerd; daar ligt dus een verschil per telefoon.

Vroeger was het relatief gemakkelijk om het signaal te verzenden en te ontvangen, toen waren metalen behuizingen namelijk nog niet zo wijdverspreid. De iPhone 4 was de eerste telefoon waarbij Apple problemen ondervond met het doorsturen van draadloze signalen. Metaal (aluminium) laat geen signalen door, waardoor het bereik van de iPhone 4 enorm slecht was. Pas vanaf de iPhone 4S werd dit probleem opgelost, dat kon onder andere door toevoegen van plastic lijnen in het frame. Ondanks dat veel telefoons vandaag gebruikmaken van een glazen achterkant zitten er toch nog vaak een aantal antennes in het metalen frame, zo verzekeren fabrikanten een goede ontvangst, hoe je de telefoon ook vasthoudt.

Draadloze netwerkverbindingen, zoals wifi en mobiel internet, worden vaak als vanzelfsprekend gezien, terwijl ze dit uiteraard niet zijn.

Naast wifi, Bluetooth en NFC is er tegenwoordig nog wel iets belangrijkers: mobiele data. Vooral nu 4G steeds sneller wordt, maar ook met de komst van 5G, is de kans groot dat we met zijn allen steeds meer data gaan gebruiken. Dat alleen al hebben we gezien met oud en nieuw dit jaar. Orange rapporteerde dat er tachtig procent meer mobiele data werd gebruikt op zijn netwerk, terwijl er elk jaar minder sms-berichten worden verstuurd. Om verbinding te maken met een mobiel netwerk moet je niet alleen een antenne hebben, maar ook de chips die je mobiele data kunnen versturen en ontvangen. In de meeste gevallen zijn de chips gemaakt door de fabrikant van de SoC in je smartphone, zo biedt Qualcomm bijna al zijn SoC’s aan met een modem. De Snapdragon 845 kan geleverd worden met een X20-modem.

In het geval van de Amerikaanse chipfabrikant staat het smartphonefabrikanten vrij om een andere modem te koppelen, bijvoorbeeld uit het gamma van Qualcomm zelf, of van de concurrenten: Intel of MediaTek. De modems verwerken simpelweg de data die wordt binnengehaald en verzonden, in de meeste gevallen kan dit tegelijkertijd up en down, de modem moet hier wel ondersteuning voor bieden, deze functie wordt vaak onder de noemer ‘MIMO’ geplaatst: Multiple Input, Multiple Output. Snelheden van de mobiele netwerken zijn afhankelijk van de ondersteuning die de chip biedt – al moet gezegd worden dat chips een hogere verbindingssnelheid ondersteunen, in vergelijking met de maximale snelheden die 4G-netwerken in Europa bijvoorbeeld bieden.

5G is de aanstaande techniek die 4G grotendeels op zal gaan volgen. Voor nu blijft het afwachten op de eerste 5G-netwerken die in 2020 waarschijnlijk zullen verschijnen als de zogenoemde netwerkveiling is afgerond.

 

Reusachtige beeldschermen

In 2013 kocht ik een Samsung Galaxy S2 Plus, met toentertijd een groot 4,3-inch scherm. In die tijd had ik nooit durven denken dat telefoons van 6-inch anno 2019 tot de standaard behoren. Bij de opkomst van de eerste Samsung Galaxy Note dacht ik nog altijd: dat gaat niks worden, leuk geprobeerd, Samsung. Dat bewijst maar weer hoe fout ik toentertijd zat, en hoe ver Samsung voorliep op de concurrentie met die telefoon. Voor lange tijd bleef het concept van een 6-inch telefoon buiten handbereik, een telefoon met dat formaat in een 16:9 beeldverhouding is simpelweg niet fijn om te gebruiken. Het scherm is immers enorm breed, waardoor het niet fijn is om het scherm aan te raken.

In 2017 waren Samsung en LG de eerste fabrikanten die begonnen te werken aan een nieuwe ‘standaard’ voor beeldschermen op smartphones. 16:9 werd verleden tijd, als vervanging voor de oude beeldverhouding werd 18:9 geïntroduceerd. In principe zorgt de 2:1 beeldverhouding ervoor dat het scherm langdradiger wordt, terwijl het beeld in de breedte juist wat ‘krimpt’ ten opzichte van 16:9. Als je nu gaat winkelen voor een smartphone, dan is het haast onmogelijk om nog een telefoon te vinden die kleiner is dan 5-inch. Vooral de modellen met een 18:9 beeldverhouding zijn vaak groter dan 5- of zelfs 6-inch. Met de opkomst van notches in beeldschermen wordt de beeldverhouding vaak nog wat meer uitgerekt, het is dan ook niet moeilijk om telefoons met 19(,5):9 schermen te vinden.

Niemand had een weddenschap durven zetten op steeds groter wordende smartphones, Samsung had een unicum met de Galaxy Note-serie.

 

Samsung is de grootste producent van (AM)OLED-schermen wereldwijd, met een marktaandeel van 95 procent. Onder andere LG en BOE zetten zich in voor de productie van de overige vijf procent van OLED-schermen.

Welke beeldtechnieken vind je het meeste terug in smartphones, en hoe word je aanraking op het scherm geregistreerd? Wat kan je zonder beeldscherm met een smartphone? Precies niks. Grotere beeldschermen zijn het gevolg van de soorten content die we graag willen bekijken op de telefoon, zoals nieuwsartikelen of YouTube-video’s. Verschillende soorten schermen geven daarbij ook een andere ervaring, zo zijn sommige schermen ontzettend dim, en daardoor moeilijk te lezen in het donker. Lcd-schermen worden hedendaags nog het meeste gebruikt in smartphones, dit heeft ook als effect dat ze de grootste fluctuatie hebben in de mate waarin fabrikanten ook daadwerkelijk kwaliteit af kunnen leveren. Low-end tot midrange telefoons maken bijna altijd gebruik van lcd-schermen.

Lcd-schermen bieden vaak een prima kleurweergave, al zijn de contrastwaardes tegelijkertijd wel een stuk minder. Het nadeel van de schermen is namelijk dat het hele scherm wordt verlicht, het is dus niet mogelijk om het licht van de backlight volledig te weren bij een lcd-paneel. Het weergeven van zwart beeld zal bij een lcd-scherm dan ook altijd leiden tot een grijs/zwarte gloed. High-end telefoons gebruiken steeds vaker AMOLED oftewel OLED-schermen. De kleurweergave is, afhankelijk van de kwaliteit van het scherm, vaak nog wel een stuk beter. Ook biedt OLED een beter contrast, pixels worden namelijk individueel verlicht. Als laatste is er de aanraakgevoelige laag, deze ligt over het scherm heen en is er, in veel gevallen, ook aan vastgelijmd.

Bijna niemand is ermee bekend, maar de kans is zeer groot dat Texas Instruments een onderdeel heeft geleverd van je smartphone. Het bedrijf heeft zich al jaren gespecialiseerd in chips ter bescherming van fragiele Li-Ion en Li-Po batterijen.

De laatste componenten

Er zijn nog te veel componenten om op te noemen, laat ik beginnen met de ‘bekendste’ componenten, de camera’s in je smartphone. Het worden er steeds meer; waar je voorheen vooral telefoons had met twee camera’s in zijn totaliteit, is het niet erg moeilijk om telefoons met vier of vijf camera’s te vinden. Er zit een belangrijk verschil tussen camerasensoren, niet alleen in de resolutie, je hebt namelijk sensoren met en zonder EIS en/of OIS. OIS en EIS zijn technieken om het beeld te stabiliseren, met OIS zal dit gebeuren door de sensor te bewegen ten opzichte van de X- en Y-as-bewegingen die de telefoon maakt. Met EIS zal de software gebruikmaken van de gyroscoop om bewegingen van de telefoon te meten en deze met software uit te video te halen. Een ander belangrijk, maar veelal onbesproken component in een smartphone, is de Battery Charging IC. Deze chip houdt je batterij nauw in de gaten, en zorgt voor een soepel verloop van de laadcyclus. Ook kan de chip bescherming bieden als er te veel energie van de batterij gevraagd wordt, of als er juist te veel energie wordt aangeboden door de oplader. Het laatste onderdeel dat veelal onopgemerkt blijft is de DAC, oftewel Digital to Analog Converter, de chip zet een digitaal signaal, bijvoorbeeld van een Flac bestand, om naar een analoog signaal dat bijvoorbeeld gebruikt kan worden om via de audiopoort verstuurd te worden.