Composants passifs et actifs d’un iPhone
l’iPhone, comme tout autre téléphone mobile, a ses composants divisés en deux catégories spécifiques :
- Composants actifs ;
- Composants passifs
Les composants actifs sont les circuits qui, comme leur nom l’indique, ont les actions réelles et contrôlent donc un secteur ou une fonctionnalité spécifique du téléphone. Presque tous les composants actifs résident sur la carte logique (ou carte mère), c’est-à-dire un circuit imprimé multicouche où les pistes et les voies de communication électrique ont été obtenues pour connecter deux ou plusieurs circuits intégrés. Sur la carte logique sont soudés, au moyen de la technologie SMD (Surface Mounting Device), tous les puces et micro-composants nécessaires pour former le système électronique de l’appareil : microprocesseur (CPU), RAM, mémoire flash (flashROM), puces de contrôle audio, Wi-Fi, Bluetooth, puce de contrôle du numériseur, etc. Par composants actifs, nous entendons également les nombreux micro-composants qui soutiennent les dispositifs intégrés, qui régulent le passage électronique et détournent les électrons selon les besoins : il s’agit de très petites bobines, de condensateurs, de fusibles et de résistances. Il s’agit de composants vraiment microscopiques : certains mesurent 0,5 mm, difficiles à voir à l’œil nu ! Sur la carte logique sont également soudés tous les connecteurs nécessaires pour connecter l’écran LCD, le numériseur, les différents boutons, le connecteur de charge, la batterie, les antennes, etc. etc.
Tout dommage à l’un des composants passifs affecte toujours une fonctionnalité de l’iPhone, et est considéré comme grave Il n’est pas toujours possible de réparer un dommage sur un des composants actifs : la soudure CMS est difficile à réaliser et nécessite une grande expérience de la part du technicien, et parfois elle est irrécupérable. Les composants passifs sont tous les circuits qui remplissent une simple fonction de réception d’une entrée ou d’exécution d’une sortie (ou les deux), ou qui contrôlent une fonction mais sur ordre de l’utilisateur : les circuits passifs sont l’écran, le panneau de numérisation, les boutons, les haut-parleurs ou les enceintes, les antennes, les moteurs électromécaniques, etc. Les composants passifs, s’ils sont endommagés, peuvent être remplacés un nombre indéfini de fois : un bon exemple est l’écran d’affichage, qui peut être remplacé plus d’une fois, selon les besoins (et le degré de malchance) de l’utilisateur.
Le tableau logique d’un iPhone
Tableaux logiques de la série 7 de l’iPhone, Standard et Plus
La carte logique (également appelée carte mère ou, en anglais, logic board ou mother board) est le circuit imprimé où sont soudés tous les circuits intégrés et les micro-composants actifs de l’iPhone. C’est le composant qui relie tous les autres composants, par l’intermédiaire de canaux conducteurs électriques (BUS) très fins. Sur la carte logique résident le processeur informatique principal (CPU), le processeur graphique (GPU), la mémoire RAM principale, la mémoire de masse flashROM, la puce audio, la bande de base du téléphone, la puce de connexion réseau (Wi-Fi, Bluetooth, GPS, GSM, etc.), les connecteurs d’antenne radio coaxiale, les connecteurs de boutons, l’écran, le numériseur, etc. En pratique, la carte logique est l’iPhone lui-même.
Le processeur A11
Comme il y a peu d’espace disponible dans un téléphone portable mais que les performances requises par les utilisateurs et les logiciels sont de plus en plus exigeantes, il n’est pas facile d’équiper un appareil aussi mince et compact avec du matériel performant. Apple, comme tous les autres fabricants, a été contraint de concevoir et de fabriquer des circuits intégrés où les unités centrales, les unités de traitement du signal, la mémoire vive et les unités MMU sont combinées dans une seule puce (die) : c’est le système sur puce (SoC). Cette solution, bien que difficile et coûteuse à concevoir, est obligatoire pour garantir des performances et un traitement informatique adaptés aux logiciels complexes d’aujourd’hui. Dans les schémas électroniques d’une carte logique générique de n’importe quel modèle d’iPhone, il y a toujours ces systèmes intégrés :
- CPU (Central Processing Unit) Le processeur de calcul principal, qui est l’unité capable d’effectuer tous les calculs mathématiques nécessaires au fonctionnement de l’iPhone. Il s’agit d’un circuit composé synchrone, dont les composants sont constitués d’un seul bloc de silicium (puce) de dimensions minuscules. Ses principales parties sont la mémoire cache, les registres, le gestionnaire de mémoire et l’UAL, l’unité arithmétique et logique dont la tâche est d’effectuer des calculs de soustraction, de division, d’addition et de multiplication. L’ALU et les registres forment le cœur du processeur : dans les unités centrales modernes, les cœurs sont généralement au nombre de deux, quatre ou même plus. Sur les iPhones, l’unité centrale comprend également le GPU et la RAM, formant ainsi un « System-on-a-Chip » : un système complet sur un seul et minuscule système intégré ;
- GPU (Unité de traitement graphique) Le cooprocesseur graphique qui s’occupe de la gestion des graphiques 3D. Il n’est activé que lorsqu’un calcul est nécessaire pour les graphiques en trois dimensions, ce qui dispense l’unité centrale principale d’un simple – bien que lourd – travail dédié. Un GPU puissant et rapide est essentiel pour faire fonctionner correctement les logiciels graphiques 3D complexes, tels que les jeux vidéo. Sur les iPhones, le GPU est intégré directement dans le CPU, formant ainsi un système sur puce. Il existe plus de six noyaux de calcul d’un SoC moderne montés sur un iPhone actuel ;
- Mémoire principale RAM (Random Access Memory) Mémoire avec laquelle l’unité centrale communique et sur laquelle sont chargés les logiciels en cours d’exécution. Après les registres et le cache, c’est la troisième mémoire par ordre de priorité avec laquelle le CPU s’interface. La principale caractéristique de la RAM est qu’elle est à accès aléatoire: toutes ses cellules ont le même temps d’accès logique, quel que soit leur emplacement physique. Sur les iPhones, la mémoire RAM est intégrée directement dans la puce du processeur, formant ainsi un système sur puce (System-on-a-Chip) ;
- Puces Wi-Fi et Bluetooth Le système intégré qui s’occupe de la gestion des antennes Wi-Fi et Bluetooth, et souvent aussi du réseau GPS;
- Bande de base L’intégré qui régule la partie purement téléphonique de l’iPhone, puis la connexion GSM, CDMA, UMTS, LTE et, en général, toute la partie cellulaire du téléphone. Il s’agit d’un processeur autonome, et dans l’iPhone se trouve la série S-Gold 2(PMB8876 et dérivés). Sans bande de base ou avec une bande de base endommagée, l’iPhone ne peut plus se connecter au réseau cellulaire, son bon fonctionnement est donc crucial pour l’intégrité du téléphone. La bande de base contient également l’IMEI, l’identifiant du téléphone sur le réseau cellulaire. Dans certains pays et sur les premiers modèles d’iPhone, Apple avait l’habitude de bloquer la bande de base avec l’opérateur, selon une logique et des tactiques commerciales. Le tout premier modèle d’iPhone, sorti en 2007, ne pouvait être utilisé qu’avec une carte SIM AT&T, par exemple.
- Puce audio Le système intégré qui prend en charge la partie sonore de l’iPhone. Contrôle à la fois la sortie et l’entrée audio ;
- Numériseur de puces L’intégré, ou série d’intégrés, qui s’occupe de la gestion du panneau de numérisation (écran tactile) de l’iPhone. Tout dommage à ce composant rend l’écran capacitif insensible au toucher ;
- Verrouillage de l’alimentation Série de dispositifs intégrés qui régulent la charge et l’alimentation de l’iPhone, et qui arrangent la tension provenant de la batterie. Il existe plusieurs puces de contrôle qui constituent un système très complexe et très délicat : la majorité des dommages irréparables sur une carte logique proviennent statistiquement de ce domaine.
Les antennes dans l’iPhone
L’antenne Wi-Fi et Bluetooth de l’iPhone 6
L’iPhone est un téléphone équipé de la technologie cellulaire radio numérique selon la norme GSM (Global System for Mobile Communications) et ses dérivés et évolutions (EDGE, UMTS, LTE). Le premier iPhone produit en 2007 avait une connexion radio EDGE, les derniers iPhones mis sur le marché sont compatibles avec toutes les normes jusqu’à la LTE. Fn depuis sa première incarnation, l’iPhone reçoit et envoie des signaux au réseau GSM quadri-bande (quadri-bande à 850/900/1800/1900 MHz), ce qui permet son utilisation dans le monde entier. L’antenne GSM de l’iPhone 4
l’iPhone 3G a été le premier iPhone avec une connexion UMTS 3G, tandis que l’iPhone 5 a été le premier iPhone avec une connexion LTE 4G . À partir de l’iPhone 6, le téléphone comprend également une puce NFC (Near Field Communication). Toutes les versions de l’iPhone sont également équipées d’une antenne Wi-Fi et d’un module Bluetooth intégré, actuellement à la version 4.0. Chacune de ces connexions est garantie par des puces de contrôle et des antennes spéciales, qui sont intégrées de manière pratique dans l’appareil. Dans certains modèles (tels que l’iPhone 4), le cadre métallique central agit comme une antenne, amplifiant le signal. Les connecteurs des antennes sont soudés de manière coaxiale directement sur la carte logique, comme pour tout autre téléphone.
Boutons physiques sur l’iPhone
Le bouton d’accueil d’un iPhone 6S, avec puce Touch ID incluse.
l’iPhone a toujours délaissé les boutons physiques, préférant viser tout de suite sur le grand écran avec un clavier virtuel. Les touches toujours présentes dans chaque modèle sont peu nombreuses : le bouton d’alimentation et de veille, les boutons de contrôle du volume, un interrupteur pour entrer la vibration, le bouton central d’accueil. Tous les boutons sont connectés à la carte logique au moyen de connecteurs souples et très fins (câble flexible). Le circuit de bouton d’alimentation/veille de l’iPhone5, auquel sont également connectés le commutateur de sonnerie/contrôle du son et les boutons de volume
Les boutons font partie des composants passifs, ils peuvent donc être remplacés indéfiniment en cas de dommage. La seule exception est le bouton d’accueil : à partir de la version 5S de l’iPhone, ce circuit met en œuvre la puceTouch ID, qui est un composant actif, et d’une importance cruciale : à l’intérieur, iOS stocke les informations liées à l’enquête sur les empreintes digitales, et pour la sécurité de l’utilisateur, ce circuit est connecté directement à l’usine (appairage) avec l’unité centrale du téléphone. Un nouveau couplage n’est pas possible, et donc en changeant le circuit Touch ID, le processeur ne pourra plus activer la fonctionnalité de reconnaissance numérique.
Connecteurs pour iPhone
Un connecteur à 9 broches de type Lightning l’iPhone est équipé d’un connecteur de chargement qui peut également être utilisé pour échanger des données avec un ordinateur Mac ou PC, ou pour se connecter à d’autres accessoires, tels que des haut-parleurs ou des systèmes de sonorisation stéréo. Jusqu’à l’iPhone 5, Apple utilisait pour son smartphone le même type de connecteur monté sur la série iPod, le connecteur dock à 30 broches. Ce connecteur extrêmement polyvalent peut transporter de la vidéo, de l’audio et des données, avec un système de déclenchement polarisé. Depuis 2012, le connecteur dock a été remplacé par le connecteur Lightning, beaucoup plus petit (8 broches plus une coque métallique externe qui fait office de neuvième broche) et avec le grand avantage de ne pas être polarisé: le mâle peut être connecté à la femelle sans direction précise. À partir de la série 8, l’iPhone est également équipé d’un électroaimant interne très fin, qui reçoit un couplage inductif d’une station d’accueil externe spéciale, sur laquelle le téléphone doit être placé.
Le chargement sans fil (wireless charging ), puisqu’il envoie de l’énergie par ondes électromagnétiques et non par contact métallique, exclut le risque d’électrocution et est sans doute très pratique, mais il est beaucoup moins efficace que le chargement par câble et nécessite une distance très étroite entre la station de chargement (portée) et l’iPhone, de l’ordre de quelques millimètres. Jusqu’à l’iPhone 7, le téléphone a également mis en place depuis de nombreuses années un connecteur audio mini jack 3,5 mm, largement utilisé pour connecter des écouteurs, des casques et des haut-parleurs externes. Avec la certification d’étanchéité IP67, il était nécessaire de retirer ce connecteur des nouveaux modèles.
La batterie qui monte l’iPhone
Depuis sa première apparition en 2007, l’iPhone est équipé d’une batterie intégrée au lithium-polymère (Li-poly), qui ne peut être retirée directement par l’utilisateur. Au fil des années et des modèles, la batterie est devenue de plus en plus capacitive, fine et légère : d’un peu plus de 1000 mAh de la première série, elle a atteint près de 3000 mAh des dernières productions, dans un progrès technologique décisif qui a également impliqué la conception et le design interne. L’évolution des batteries Li-poly présentes dans l’iPhone est stupéfiante, même si l’on considère les progrès de la capacité de calcul du processeur, la luminosité et la largeur des écrans et, enfin et surtout, la consommation d’énergie des logiciels– système et tiers.
Le premier modèle d’iPhone sorti en 2007 avait une batterie Li-poly avec des câbles électriques soudés directement sur la carte logique, mais à partir du modèle iPhone 3G, les techniciens d’Apple ont bien pensé à équiper toutes les batteries d’un connecteur spécial avec sa prise. Dans chaque modèle, la batterie est ancrée au châssis ou à la carrosserie par un autocollant double face: à partir de l’iPhone 5S, l’autocollant double face utilisé est le M3 Command, très tenace et difficile à enlever, si vous ne connaissez pas la procédure exacte.
L’écran de l’iPhone
L’iPhone a été l’un des premiers téléphones mobiles à presque tout concentrer sur un grand écran LCD couleur, abandonnant complètement le clavier physique classique. Le panneau vidéo a donc toujours été l’une de ses caractéristiques les plus marquantes, qui ont conditionné tout un secteur du marché. Tous les iPhones, à l’exception de ceux à partir de la série X, ont un écran avec la technologie LCD (Liquid Crystal Display), avec des millions de couleurs et une matrice active. l’iPhone X est le premier iPhone de l’histoire à être équipé d’un écran OLED (Organic-LED). Les panneaux LCD sont rétro-éclairés par un panneau LED extrêmement fin ; les iPhones avec un panneau OLED ne nécessitent pas de rétro-éclairage externe.
Pour tout modèle d’écran, l’interaction avec l’utilisateur est garantie par un panneau numériseur supplémentaire doté d’une technologie capacitive. Jusqu’à l’iPhone 3GS, le panneau du numériseur était collé au verre de protection et pouvait être retiré de l’écran LCD proprement dit, mais à partir de l’iPhone 4, Apple a adopté la technologie du panneau assemblé (assemblage de l’écran), collant avec une colle transparente spéciale à la fois le verre de protection, le film du numériseur et le panneau LCD. Le verre de protection est toujours fait d’un silicate spécial avec des inserts de potassium et d’aluminium, connu sous le nom de Gorilla Glass et produit par la célèbre société Corning Incorporated. À partir de l’iPhone 6S , Apple a introduit la technologie 3D Touch qui, grâce à un film résistif supplémentaire et à un moteur de vibreur couplé, est capable de donner un retour de force à l’utilisateur, en vibrant et en ouvrant des menus contextuels, selon le degré de pression que le toucher exerce sur l’écran.
À partir de la ligne 7, l’écran a été rendu résistant à l’eau et à la poussière grâce à un ruban adhésif double face sur le périmètre. enfin, l’iPhone X voit l’avènement d’un design sans frontières, et la suppression du bouton d’accueil physique, mis en œuvre dans un bouton virtuel via un logiciel, directement dans le panneau d’affichage OLED. L’écran LCD de l’iPhone est transflectif, il utilise donc le meilleur des technologies de réflexion et de transmission, en minimisant les défauts. Un assemblage d’affichage générique d’un iPhone (à l’exclusion des modèles de la série 4) comprend les éléments suivants :
- Écran LCD (OLED à partir de l’iPhone X) ;
- Panneau de rétro-éclairage (LCD uniquement) ;
- Verre de protection Gorilla Glass ;
- Film à numérisation capacitive ;
- Plaque métallique de renforcement ;
- Contour en plastique, avec des crochets pour le cadre ;
- Circuit de caméra frontale, microphone d’ambiance et circuit de micro-cornet du haut-parleur
- Circuit flexible pour le bouton d’accueil (intégré à partir de l’iPhone 6S, amovible dans l’iPhone 6)
Carte SIM
Pour la connexion au réseau GSM/UMTS/LTE, tant pour la voix que pour les données, l’iPhone utilise une carte SIM (Subscriber Identity Module) commune. Les premiers modèles d’iPhone, jusqu’à l’iPhone 3GS, utilisaient une carte SIM de type ID-000 (25×15 mm), également appelée Mini-SIM. Ce format de carte a été le plus utilisé dans les téléphones mobiles tout au long des années 1990 et 2000. l’iPhone 4 et l’iPhone 4S, en revanche, ont une carte SIM de type 3FF (15x12mm), également appelée Micro-SIM. À partir de l’ iPhone 5 , tous les iPhones sont équipés d’une carte SIM de type 4FF 12x9mm, appelée Nano-SIM. Compte tenu de la tendance du marché, on s’attend à ce que, dans les années à venir, les iPhones abandonnent complètement la carte SIM physique pour adopter une carte SIM électronique (eSIM), avec une puce d’émulation matérielle directement soudée à la carte logique, sur le modèle d’Apple Watch à partir de la série 3.