九九八十一難,5G手機是這樣煉成的
2019年09月29日18:22

  要說每天跟我們打交道最多的,恐怕就是手機了。

  醒來第一件事就是抓手機看時間,通勤路上手機更是消磨時間的最佳夥伴,到臨睡手機也是陪伴我們到意識清醒最後一刻的朋友。

  可是你知道,在研發過程中,工程師們為了保證日後進入市場的手機在各種刺激環境下的性能穩定,都對手機做了些什麼嗎?

  幾萬次不同高度的跌落,隨機反複敲打、外力擠壓甚至扭轉……經曆過這些後,再對包括手機外觀、性能、信號等進一步測試,並根據市場數據,將手機的使用壽命調整到適當的極值。

  日前,21Tech走入東莞一家手機大廠新總部實驗室,見證了一部手機在研發階段經曆的主要曆程。

  據介紹,一部手機整機在研發階段,要經曆大大小小共60-70個項目的測試,確保性能調試穩定後,才能推到生產端進行下一步流程。這大體是世界統一標準下的規定動作,頭部廠商設置的環節和標準會比較接近。

  5G實驗室

  最受關注的恐怕就是當下火熱的5G了。5G實驗室中,有各種獨立的小房間。研發小哥哥介紹,這是為測試各種信號環境下的屏蔽房,按照信號分類成2-3-4-5G、Wifi、GPS等類別,包括正在成熟路上的技術Wifi 6等。

  屏蔽房的作用在於,屏蔽房間外部的任何信號干擾,達到在房間的小空間內實現最直觀的測試結果。目前這裏一共有27個屏蔽房,能支援5G網絡所有的開發測試需求。

  在一個主要測試5G信號的屏蔽房裡,21Tech看到了vivo今年內發佈的兩款5G新品iQOO pro 5G版和NEX 3正在進行測試。

圖片:vivo官方提供
圖片:vivo官方提供

圖片:vivo官方提供
圖片:vivo官方提供

  據介紹,這個屏蔽房裡主要用到了兩款世界通用的信號測試儀器,通過5G非信令儀表達到模擬基站的效果,進而測試手機跟基站連接後的信號表現情況。現場展示的是測試信號輪發和信號質量,所謂信號輪發就是測試手機的信號吞吐量和功率等指標。

  進一步說,我們平常看到在5G信號覆蓋區域測試到的1-2Gbps峰值速率,屬於外場測試;在這些屏蔽房中屬於內場測試。

  測試的目的是要讓實測值和理論值實現統一,目前在內場測試環境下,5G信號的峰值速率可以達到1.8Gbps。

  音頻實驗室

  作為手機一項極其重要的功能,音頻的採集和傳達,傳輸真實性等都是很重要的體驗。在音頻實驗室,21Tech看到了一台價值650萬人民幣的測試儀器,而這隻是音頻實驗室中的一個屏蔽間。

現場音頻測試模擬
現場音頻測試模擬

  研發小哥介紹,這台來自德國的儀器看起來簡單,關鍵值錢的部分其實在於測試軟件,且這款儀器具備一定意義的壟斷特性。儀器主要通過模擬人的嘴巴和耳朵,模擬打電話場景,進行信號的手機。

  主要工作原理是:手機跟外側的模擬基站建立連接,接打電話是過程中有設備發射信號,儀器進行接收,採集並分析。根據發送和接收的信號比對,就知道手機從天線接收、到信號處理、到聽筒輸出鏈路的信號質量。

  總體來說,這要測試語音通話質量、發送音量大小、發送頻響、發送底噪,驗證發送語音的真實度等內容。這也是包括Apple、華為、Samsung等主流廠商都在使用的儀器。

  品質實驗室

  這個實驗室的名字雖然比較虛,但實際上工作也要細化到各種參數和測試次數、測試位置等。21Tech被領著看了近十個主要測試環節,一圈下來只有一個詞想表達:心疼。

  由於要模擬我們生活日常的各種手機使用場景,並測試極值,這些手機在這個階段基本都是用到報廢的水平。期間在測試到一定數量級之後,會送到包括前面的5G實驗室、音頻實驗室等環節進行外觀、結構、性能的測試,如果達不到要求就會重新設計、測試,循環往複,直到達到用戶常規的使用標準。

  研發小哥哥介紹,比如vivo根據用戶數據發現,一般使用一款手機的時長是3年,那麼測試的極值就要達到5年左右的水平才可以。

  具體來看看這些測試環節:

  (1)生活防水測試

  雖然目前的手機還做不到能完全浸在水裡還安然無恙,但華南多雨的天氣決定了手機要具備一定的防水性能要求。

  這個被笑稱為手機“淋浴”的測試,模擬的是3毫米中雨量級。現場可以看到,一台模擬環境的機器中放置了多台手機,有時候會看到一些手機屏幕在不斷跳轉頁面,其實也是跟水具有導電性,屏幕在此環境下容易被觸發有關。

防水測試現場
防水測試現場

  防水測試是目前所有手機都需要經過的標準,其實算是小case了。接下來是三種場景的跌落測試。

  (2)短距離跌落

  想像一下這個場景,剛開完會、剛到公司,我們可能都會把手機往桌面一丟,開始準備相關工作內容。

  短距離跌落測試就是應對這個場景,手機們被放在7cm高度被反複拿起、下跌,經過四萬次的高強度測試,對正面、背面、側面等都考慮在內,跌落後再對手機性能進行檢查。小哥哥介紹,由於這是生活中最常見的場景,所以相對其他跌落測試來說,算是很高頻的一種測試了。

  (3)1米跌落測試

  我們比較擔心的恐怕是站著玩手機時的手滑跌落場景,這就需要1m場景的跌落測試了。

  手機被分別放置到不同的箱體中,箱體里都是鋼板,還會放置一層10-20cm厚度的木板,以確保不會有太大反彈。然後啟動機器進行旋轉,反複跌落。

  據介紹,這也是標準化的實驗方法,最多測試1000次,在每幾百次的測試過程中,會拿出來檢驗性能和外觀等情況。

  (4)隨機跌落測試

  當然跌落不是固定的,所以還有一項被笑稱為“自由落體”的跌落測試。

  這是需要人工參與的測試,通過調試各種角度、高度後跌落,比如調試到45度傾斜角度等。當然由於這種場景更為不常發生,一般測試次數相比前兩種都要少。

  據研發小哥哥介紹,相比之下,前面的1m跌落測試要根據多樣次、多機台的測試,統計出現問題的數量和發生比例;

  這裏的測試是通過更隨機的場景,找到手機設計的漏洞。“我們整個研發階段會分為很多批次。每次設計完一批次後,會抽取10-20台機器過來測試。因為研發階段會有很多次的設計修改,比如抽取20台測試後,發現問題、改進,再打樣測試,如此反複。”小哥哥表示,一般NEX系列經曆的跌落測試,大的生產中會有3-4次,但是針對跌落的修改不計其數,幾十次都有,直到沒問題為止。

  其實這也不只是簡單的測試,是一次又一次測試和分析的交互。

  (5)接口壽命測試

  不知道你們有沒有遇到過,筆者早期曾用過一款手機,用了2-3年後,充電插孔就很難用了,常常很久都無法充上電,後來不得已換了新手機。

  所以各種接口的壽命,其實直接決定了換機訴求的緊迫性。這次21Tech也被帶到了這樣的壽命測試現場。

  測試內容包括USB充電插孔、耳機接口等,壽命測試由全自動的儀器完成。

耳機孔插拔測試現場,圖片:21Tech
耳機孔插拔測試現場,圖片:21Tech

  21Tech此前瞭解過一個細節,比如在印度市場,由於生活場景和使用習慣跟中國有比較大的不同,那裡的配件標準其實要高於中國市場的標準,配件質量和價格也相比其他地區的同配置產品要高一些。據介紹,這就需要在特定機型設置更高的測試標準。

  在參觀現場有很多人提出疑問,機器測試看起來平穩、緩和,與人工插拔的場景還是不同。的確如此,所以在這類測試中,也會在後續加入人工測試環節,二者結合。

  當然,研發小哥也強調,這種機器測試在我們肉眼看不到的地方,其實在插入機器孔洞後,還有“用力轉一下”的動作,力度的強度也可以調試——這也是國際統一標準要求下的“規定動作”。

充電孔插拔測試,圖片:21Tech
充電孔插拔測試,圖片:21Tech

  另一個場景還有從不同角度對插孔的插拔測試,也即機器在插孔兩邊來回晃動充電線和接口結合的部分。這是考慮到我們對手機充電時並不會每次都對得很準,又或者在打遊戲時充電線會彎折等。

  (6)按鍵壽命測試

  這裏是一個戳中了筆者萌點的測試環節。在現場,會聽到很多“叮、叮、叮……”的聲音,那是機器手在連續敲擊手機按鍵。

  測試的按鍵包括視頻中的側邊按鍵,手機背面的電容觸控部位等。據介紹,側邊按鍵通常會有幾十萬次的使用頻率,指紋觸控就更不用提了,是很輕易會觸碰到的位置,如果設計不好,可能會遇到開膠、脫漆的情況,更有甚者,可能還會破壞電容觸控芯片的壽命。

  (7)力學測試

  手機作為隨身之物,難免會遇到各種外力的干擾,面對的場景也很多。在力學測試部分,主要會設置單點擠壓、扭轉手機、壓力測試等。

  單點擠壓測試完全由機器主導,工程師會根據手機的設計圖,找出哪些位置是需要測試的點位,比如CPU對應的表面位置等,將這些參數輸入機器,然後由機器隨機自主按壓操作。

扭轉測試演示,圖片:21Tech
扭轉測試演示,圖片:21Tech

  另外是扭轉,上圖的場景中,機器下面的圓盤部分是會輕微轉動的,通過這種轉動測試手機的整體強度,這可以理解為是手機的強度標準測試。

  據介紹,手機在扭轉時受力面積擴大,在觸摸屏等方面容易出現問題,比如脫膠等。

  還有一種男性朋友比較常見的場景。測試現場是一個牛仔褲的褲袋,把手機放進口袋,然後一個機器從上方向下按壓。這類似於男生把手機放在後口袋然後坐下的場景。

  (8)極端溫度測試

  到一些極端環境旅遊過的朋友應該有感受,在零度以下,部分手機會直接關機。筆者的朋友就曾有過這樣的經曆:拿著某全球TOP2手機在哈爾濱的冰雪世界怎麼都開不了機,一離開又可以良好運行了。

  所以在中國市場,極端溫度環境測試非常重要,比如東北到了冬天往往零下幾十度,新疆有些地方夏天則有至少五十度上下的高溫。

  在實驗室中,21Tech看到了四排櫃子,分別設置了不同的極端高低溫且反複循環,一般大概循環測試幾個小時。現場也確實看到一些手機出現了花屏的情況。

溫度測試儀器展示,圖片:21Tech
溫度測試儀器展示,圖片:21Tech

  (9)其他測試

  如前所說,這些測試其實有大大小小60-70個項目,展示的只是其中一部分,其他測試還包括拍照成像情況、鏡頭伸縮的壽命等。

  尤其是今年,很多品牌手機都配備了升降鏡頭的機械設計,從而實現真·全面屏的體驗。鏡頭可伸縮的此處自然就非常重要。

  據介紹,測試過程中往往會對鏡頭進行最低30萬次的升降測驗,還會分別放置到常溫、低溫、高溫等環境進行測試。

  21Tech比較關心的是屏下光學指紋的測試。不同於電容只需要讀取接觸的導電信號就可以知道測試效果,屏下光學指紋識別是依靠屏下鏡頭先讀取指紋數據,再加上邏輯算法進行匹配才能完成。而且單純的生物信息有很大差異性,每個人手指的潮濕度、具體指紋的情況都千差萬別,如果面對強光等外部環境也會有不同的讀取結果,這方面的測試難度是要遠遠高於對電容指紋識別率測試的。

  研發小哥哥介紹道,最難的是建立圖像指紋數據庫。在進行屏下光學指紋測試時,vivo曾經動員整個部門的人,還在產線上借用了幾百個人來建立數據庫進行指紋數據採集。測試中考驗的是讀取指紋的圖像質量、邏輯算法等方面。

  結語

  如前所說,不只參觀的這個手機品牌,目前走向國際市場的手機品牌基本都要經曆這些過程,這是基於用戶使用習慣和國際標準結合的檢測流程。不同的可能是某個大項中對檢測場景細分的程度。

  在走完這些流程之後,身邊的小姐姐直呼“造手機太‘南’了!”的確,從檢測機器的採購,到檢測項目的篩選,檢測人員的配備,這一流程循環反複下來,不管是對設施成本還是人力成本,都有著極高的要求。這還只是研發階段的檢測流程,而到定型生產後還會有出廠前的一系列檢測。

  這也從一個側面解釋了中國的頭部廠商經過十幾年的打拚何以能最終存活下來,並且走進了世界級Top陣營的原因。

  來源:21Tech(News-21)

  作者:駱軼琪

  編輯:李清宇、劉雪瑩

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