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九九八十一难,5G手机是这样炼成的

时间:2019-09-30 09:31:40

来源:

作者:骆轶琪

【慧聪通信网】要说每天跟我们打交道最多的,恐怕就是手机了。

醒来第一件事就是抓手机看时间,通勤路上手机更是消磨时间的最佳伙伴,到临睡手机也是陪伴我们到意识清醒最后一刻的朋友。

可是你知道,在研发过程中,工程师们为了保证日后进入市场的手机在各种刺激环境下的性能稳定,都对手机做了些什么吗?

几万次不同高度的跌落,随机反复敲打、外力挤压甚至扭转……经历过这些后,再对包括手机外观、性能、信号等进一步测试,并根据市场数据,将手机的使用寿命调整到适当的极值。

日前,21Tech走入东莞一家手机大厂新总部实验室,见证了一部手机在研发阶段经历的主要历程。

据介绍,一部手机整机在研发阶段,要经历大大小小共60-70个项目的测试,确保性能调试稳定后,才能推到生产端进行下一步流程。这大体是世界统一标准下的规定动作,头部厂商设置的环节和标准会比较接近。

5G实验室

最受关注的恐怕就是当下火热的5G了。5G实验室中,有各种独立的小房间。研发小哥哥介绍,这是为测试各种信号环境下的屏蔽房,按照信号分类成2-3-4-5G、Wifi、GPS等类别,包括正在成熟路上的技术Wifi 6等。

屏蔽房的作用在于,屏蔽房间外部的任何信号干扰,达到在房间的小空间内实现直观的测试结果。目前这里一共有27个屏蔽房,能支持5G网络所有的开发测试需求。

在一个主要测试5G信号的屏蔽房里,21Tech看到了vivo今年内发布的两款5G新品iQOO pro 5G版和NEX 3正在进行测试。

图片:vivo官方提供

图片:vivo官方提供 

图片:vivo官方提供

图片:vivo官方提供

据介绍,这个屏蔽房里主要用到了两款世界通用的信号测试仪器,通过5G非信令仪表达到模拟基站的效果,进而测试手机跟基站连接后的信号表现情况。现场展示的是测试信号轮发和信号质量,所谓信号轮发就是测试手机的信号吞吐量和功率等指标。

进一步说,我们平常看到在5G信号覆盖区域测试到的1-2Gbps峰值速率,属于外场测试;在这些屏蔽房中属于内场测试。

测试的目的是要让实测值和理论值实现统一,目前在内场测试环境下,5G信号的峰值速率可以达到1.8Gbps。

音频实验室

作为手机一项极其重要的功能,音频的采集和传达,传输真实性等都是很重要的体验。在音频实验室,21Tech看到了一台价值650万人民币的测试仪器,而这只是音频实验室中的一个屏蔽间。

现场音频测试模拟

现场音频测试模拟研发小哥介绍,这台来自德国的仪器看起来简单,关键值钱的部分其实在于测试软件,且这款仪器具备一定意义的垄断特性。仪器主要通过模拟人的嘴巴和耳朵,模拟打电话场景,进行信号的手机。

主要工作原理是:手机跟外侧的模拟基站建立连接,接打电话是过程中有设备发射信号,仪器进行接收,采集并分析。根据发送和接收的信号比对,就知道手机从天线接收、到信号处理、到听筒输出链路的信号质量。

总体来说,这要测试语音通话质量、发送音量大小、发送频响、发送底噪,验证发送语音的真实度等内容。这也是包括苹果、华为、三星等主流厂商都在使用的仪器。

品质实验室

这个实验室的名字虽然比较虚,但实际上工作也要细化到各种参数和测试次数、测试位置等。21Tech被领着看了近十个主要测试环节,一圈下来只有一个词想表达:心疼。

由于要模拟我们生活日常的各种手机使用场景,并测试极值,这些手机在这个阶段基本都是用到报废的水平。期间在测试到一定数量级之后,会送到包括前面的5G实验室、音频实验室等环节进行外观、结构、性能的测试,如果达不到要求就会重新设计、测试,循环往复,直到达到用户常规的使用标准。

研发小哥哥介绍,比如vivo根据用户的数据发现,一般使用一款手机的时长是3年,那么测试的极值就要达到5年左右的水平才可以。

具体来看看这些测试环节:

(1)生活防水测试

虽然目前的手机还做不到能完全浸在水里还安然无恙,但华南多雨的天气决定了手机要具备一定的防水性能要求。

这个被笑称为手机“淋浴”的测试,模拟的是3毫米中雨量级。现场可以看到,一台模拟环境的机器中放置了多台手机,有时候会看到一些手机屏幕在不断跳转页面,其实也是跟水具有导电性,屏幕在此环境下容易被触发有关。

防水测试现场

防水测试现场防水测试是目前所有手机都需要经过的标准,其实算是小case了。接下来是三种场景的跌落测试。

(2)短距离跌落

想象一下这个场景,刚开完会、刚到公司,我们可能都会把手机往桌面一丢,开始准备相关工作内容。

短距离跌落测试就是应对这个场景,手机们被放在7cm高度被反复拿起、下跌,经过四万次的高强度测试,对正面、背面、侧面等都考虑在内,跌落后再对手机性能进行检查。小哥哥介绍,由于这是生活中常见的场景,所以相对其他跌落测试来说,算是很高频的一种测试了。

(3)1米跌落测试

我们比较担心的恐怕是站着玩手机时的手滑跌落场景,这就需要1m场景的跌落测试了。

1m跌落测试流程演示 1 手机被分别放置到不同的箱体中,箱体里都是钢板,还会放置一层10-20cm厚度的木板,以确保不会有太大反弹。然后启动机器进行旋转,反复跌落。

据介绍,这也是标准化的实验方法,最多测试1000次,在每几百次的测试过程中,会拿出来检验性能和外观等情况。

(4)随机跌落测试

当然跌落不是固定的,所以还有一项被笑称为“自由落体”的跌落测试。

这是需要人工参与的测试,通过调试各种角度、高度后跌落,比如调试到45度倾斜角度等。当然由于这种场景更为不常发生,一般测试次数相比前两种都要少。

随机跌落演示据研发小哥哥介绍,相比之下,前面的1m跌落测试要根据多样次、多机台的测试,统计出现问题的数量和发生比例;

这里的测试是通过更随机的场景,找到手机设计的漏洞。“我们整个研发阶段会分为很多批次。每次设计完一批次后,会抽取10-20台机器过来测试。因为研发阶段会有很多次的设计修改,比如抽取20台测试后,发现问题、改进,再打样测试,如此反复。”小哥哥表示,一般NEX系列经历的跌落测试,大的生产中会有3-4次,但是针对跌落的修改不计其数,几十次都有,直到没问题为止。

其实这也不只是简单的测试,是一次又一次测试和分析的交互。

(5)接口寿命测试

不知道你们有没有遇到过,笔者早期曾用过一款手机,用了2-3年后,充电插孔就很难用了,常常很久都无法充上电,后来不得已换了新手机。

所以各种接口的寿命,其实直接决定了换机诉求的紧迫性。这次21Tech也被带到了这样的寿命测试现场。

测试内容包括USB充电插孔、耳机接口等,寿命测试由全自动的仪器完成。

耳机孔插拔测试现场,图片:21Tech

耳机孔插拔测试现场,图片:21Tech 21Tech

此前了解过一个细节,比如在印度市场,由于生活场景和使用习惯跟中国有比较大的不同,那里的配件标准其实要高于中国市场的标准,配件质量和价格也相比其他地区的同配置产品要高一些。据介绍,这就需要在特定机型设置更高的测试标准。

在参观现场有很多人提出疑问,机器测试看起来平稳、缓和,与人工插拔的场景还是不同。的确如此,所以在这类测试中,也会在后续加入人工测试环节,二者结合。

当然,研发小哥也强调,这种机器测试在我们肉眼看不到的地方,其实在插入机器孔洞后,还有“用力转一下”的动作,力度的强度也可以调试——这也是国际统一标准要求下的“规定动作”。

充电孔插拔测试,图片:21Tech

充电孔插拔测试,图片:21Tech 

另一个场景还有从不同角度对插孔的插拔测试,也即机器在插孔两边来回晃动充电线和接口结合的部分。这是考虑到我们对手机充电时并不会每次都对得很准,又或者在打游戏时充电线会弯折等。

(6)按键寿命测试

这里是一个戳中了笔者萌点的测试环节。在现场,会听到很多“叮、叮、叮……”的声音,那是机器手在连续敲击手机按键。

侧键寿命测试测试的按键包括视频中的侧边按键,手机背面的电容触控部位等。据介绍,侧边按键通常会有几十万次的使用频率,指纹触控就更不用提了,是很轻易会触碰到的位置,如果设计不好,可能会遇到开胶、脱漆的情况,更有甚者,可能还会破坏电容触控芯片的寿命。

(7)力学测试

手机作为随身之物,难免会遇到各种外力的干扰,面对的场景也很多。在力学测试部分,主要会设置单点挤压、扭转手机、压力测试等。

单点挤压测试完全由机器主导,工程师会根据手机的设计图,找出哪些位置是需要测试的点位,比如CPU对应的表面位置等,将这些参数输入机器,然后由机器随机自主按压操作。

扭转测试演示,图片:21Tech

扭转测试演示,图片:21Tech 

另外是扭转,上图的场景中,机器下面的圆盘部分是会轻微转动的,通过这种转动测试手机的整体强度,这可以理解为是手机的强度标准测试。

据介绍,手机在扭转时受力面积扩大,在触摸屏等方面容易出现问题,比如脱胶等。

还有一种男性朋友比较常见的场景。测试现场是一个牛仔裤的裤袋,把手机放进口袋,然后一个机器从上方向下按压。这类似于男生把手机放在后口袋然后坐下的场景。

(8)极端温度测试

到一些极端环境旅游过的朋友应该有感受,在零度以下,部分手机会直接关机。笔者的朋友就曾有过这样的经历:拿着某全球TOP2手机在哈尔滨的冰雪世界怎么都开不了机,一离开又可以良好运行了。

所以在中国市场,极端温度环境测试非常重要,比如东北到了冬天往往零下几十度,新疆有些地方夏天则有至少五十度上下的高温。

在实验室中,21Tech看到了四排柜子,分别设置了不同的极端高低温且反复循环,一般大概循环测试几个小时。现场也确实看到一些手机出现了花屏的情况。

温度测试仪器展示,图片:21Tech

温度测试仪器展示,图片:21Tech 

(9)其他测试

如前所说,这些测试其实有大大小小60-70个项目,展示的只是其中一部分,其他测试还包括拍照成像情况、摄像头伸缩的寿命等。

尤其是今年,很多品牌手机都配备了升降摄像头的机械设计,从而实现真·全面屏的体验。摄像头可伸缩的此处自然非常重要。

据介绍,测试过程中往往会对摄像头进行低30万次的升降测验,还会分别放置到常温、低温、高温等环境进行测试。

21Tech比较关心的是屏下光学指纹的测试。不同于电容只需要读取接触的导电信号就可以知道测试效果,屏下光学指纹识别是依靠屏下摄像头先读取指纹数据,再加上逻辑算法进行匹配才能完成。而且单纯的生物信息有很大差异性,每个人手指的潮湿度、具体指纹的情况都千差万别,如果面对强光等外部环境也会有不同的读取结果,这方面的测试难度是要远远高于对电容指纹识别率测试的。

研发小哥哥介绍道,最难的是建立图像指纹数据库。在进行屏下光学指纹测试时,vivo曾经动员整个部门的人,还在产线上借用了几百个人来建立数据库进行指纹数据采集。测试中考验的是读取指纹的图像质量、逻辑算法等方面。

结语

如前所说,不只参观的这个手机品牌,目前走向国际市场的手机品牌基本都要经历这些过程,这是基于用户使用习惯和国际标准结合的检测流程。不同的可能是某个大项中对检测场景细分的程度。

在走完这些流程之后,身边的小姐姐直呼“造手机太‘南’了!”的确,从检测机器的采购,到检测项目的筛选,检测人员的配备,这①流程循环反复下来,不管是对设施成本还是人力成本,都有着极高的要求。这还只是研发阶段的检测流程,而到定型生产后还会有出厂前的一系列检测。

这也从一个侧面解释了中国的头部厂商经过十几年的打拼何以能最终存活下来,并且走进了世界的级别Top阵营的原因。


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