Module, Entwicklungs-Kits und individuelle PCBs: Welche sollten Sie verwenden?

Erstellt: August 23, 2022
Aktualisiert am: Juli 1, 2024

Zurück in den guten alten Tagen von 2018, als jeder mit Kondensatormangel statt mit Halbleitermangel zu kämpfen hatte, spielten Entwicklungskits eine Rolle im Marketing und beim Proof of Concept anstatt im Systemdesign. Es ist üblich, Entwicklungskits für einige kritische Komponenten zu kaufen, wenn diese verfügbar sind, und diese zu nutzen, um eine eingebettete Anwendung zu bauen und zu testen. Sie sind auch großartig, um mit der benötigten Funktionalität zu experimentieren sowie zu lernen, wie man eine neue Komponente verwendet.

Jetzt, mit all den Problemen in der Lieferkette und dem Überfluss an Entwicklungsboards, sehe ich mehr Projekte, bei denen Designer ein Entwicklungskit oder ein Modul wie ein SoM nutzen. Sie beginnen mit dem Entwicklungskit oder SoM und bauen ein Basisboard/Erweiterungsboard darum herum, das die zusätzliche Funktionalität bietet. Einige dieser Projekte sind Prototyping-Bemühungen, die einen risikoarmen Weg zu einem Proof of Concept bieten, während andere vollwertige Produkte sind, die in hohen Stückzahlen produziert werden.

Welcher Weg ist also der beste für Ihr neues Produkt? Wir werden die Vor- und Nachteile aufschlüsseln.

Warum um ein Modul oder Dev Kit herum bauen?

Module und Entwicklungskits sind komplette Boards, die sofort in einem neuen System oder als eigenständiges Teil in einer elektronischen Baugruppe eingesetzt werden können. Halbleiterhersteller bieten diese Boards und Kits für Designer als Werkzeuge zur Anwendungsentwicklung, für Proof of Concepts und fertige Produkte, die ein ganzes System betreiben können, an. Historisch gesehen waren diese Marketinginstrumente und immer ein Verlustgeschäft für Halbleiterhersteller, da sie in geringer Stückzahl produziert wurden. Die Idee war, Designern ein Produkt zu geben, das ihnen hilft, eine neue Anwendung zu beweisen, bevor sie eine große Menge an Teilen kaufen.

Ein verwandter Ansatz ist die Verwendung von vorgefertigten Boardmodulen oder Systemen auf Modulen (SoMs). Diese Boards werden von Drittanbietern entwickelt, sodass Sie möglicherweise nicht denselben Entwicklungsunterstützungsgrad erhalten, wie Sie es beim Kauf eines Entwicklungskits tun würden. Dieser Ansatz ist jedoch möglicherweise beliebter als die Anpassung eines Dev Kits aufgrund der für viele beliebte Produkte verfügbaren Community-Unterstützung. Einige der beliebtesten Optionen, die in der Produktion verwendet werden, sind Arduino-Boards und Raspberry Pi, obwohl auch andere sehr beliebte Boards wie ESP32 und ESP8266 NodeMCU ihren Weg in produktionsreife Produkte finden.

Die Auswahl von Modulen wird normalerweise durch die Hauptkomponente auf der Platine bestimmt (üblicherweise ein MCU oder FPGA), sowie deren Verwendung mit anderen Peripheriegeräten im Endprodukt. Bei der Arbeit mit diesen Modulen gibt es im Allgemeinen zwei mögliche Ansätze: Entweder das Modul allein ohne zusätzliche Peripheriegeräte verwenden oder eine benutzerdefinierte Basisplatine bauen, die Verbindungen zu einigen Peripheriegeräten bietet. Letzteres ist ein beliebter Weg, da es Ihnen die Flexibilität bietet, etwas Benutzerdefiniertes um eine bewährte Plattform herum zu bauen und gleichzeitig die Gesamtkosten zu reduzieren.

Vorteile und Nachteile von Modulen

Bewährte Produkte - Mit Ausnahme einiger Produkte von Drittanbietern oder Open-Source-Designs sind diese Produkte von Designern erprobt und beliebte Module haben in der Regel viele Designressourcen verfügbar.
Zugang zu Peripheriegeräten - Entwicklungs-Kits und Module bieten in der Regel Zugang zu jeder Peripherie und jedem Pin des Hauptprozessors. Die Idee ist, einem Designer zu ermöglichen, mit verschiedenen Verbindungen oder externen Modulen zu experimentieren.
EMV-Konformität - Da diese Produkte in hohen Stückzahlen produziert und frei zum Kauf angeboten werden, müssen sie EMV-Konformitätstests bestanden haben.
Zugang zu Design-Dateien - Einige Entwicklungsprodukte haben Design-Dateien verfügbar, die direkt aus dem Entwicklungsprodukt in ein neues Design übernommen werden können. Das gleiche gilt für Open-Source-Designs.

Insgesamt reduzieren diese Faktoren das Risiko für Designer und Anwendungsentwickler. Umgekehrt gibt es einige Gründe, sich für eine völlig benutzerdefinierte Platine zu entscheiden:

Keine Kontrolle über das Formfaktor - Wenn Sie ein Modul kaufen, bekommen Sie, was Sie sehen. Sie sind an den Formfaktor der Platine gebunden und müssen alles darum herum bauen.
Schwierigkeiten bei der Integration in eine Baugruppe - Dies ist eine Folge des vorherigen Punktes; es kann schwierig sein, eine komplette Baugruppe zu bauen, die den Anforderungen an die Benutzererfahrung oder den idealen Formfaktor eines Endprodukts entspricht.
Unbenutzte I/Os oder Peripheriegeräte - Module bieten Zugang zu jeder Peripherie des Haupt-Host-Controllers zu Experimentierzwecken. Dies kann tatsächlich schlecht sein und treibt die Größe/Kosten der Entwicklungsplatine.
Lieferkette - Wenn Sie planen, in hohen Stückzahlen über einen längeren Zeitraum zu produzieren, könnte es schwierig sein, einige Entwicklungs-Kits direkt vom Anbieter zu finden. Arduinos und Raspberry Pis sind in der Regel in großer Menge verfügbar, aber Entwicklungs-Kits sind möglicherweise nicht in denselben Mengen verfügbar.

Ein Aspekt, der schwer zu adressieren ist, sind die Kosten. Wenn Sie die Kosten für das Entwicklungsboard (normalerweise unter 100 $ pro Platine, außer bei großen FPGA-Produkten) mit den Kosten für eine benutzerdefinierte Platine vergleichen, werden Sie feststellen, dass benutzerdefinierte Platinen in sehr hohen Stückzahlen produziert werden müssen, um preislich mit einem Modul von der Stange konkurrieren zu können. Berücksichtigen Sie diese Entwicklungsaspekte, Ihre Risikobereitschaft und Ihr Budget sorgfältig, bevor Sie sich für ein Modul oder Entwicklungs-Kit entscheiden.

Wie man Entwicklungs-Kits, Module und Teile findet

Nicht alle Teile werden Entwicklungs-Kits haben, aber die Auswahl von Entwicklungs-Kits wird normalerweise durch die Fähigkeiten spezifischer Teile bestimmt. Wenn Sie kein Entwicklungs-Kit finden können, aber einen schnelleren Weg zu einem vollständigen Design wünschen, ist eine Option die Verwendung einer Komponente mit einem verfügbaren Referenzdesign. Manchmal entspricht das öffentlich verfügbare Referenzdesign-Material dem Entwicklungs-Kit, sodass der größte Teil der für Ihr Produkt erforderlichen Ingenieurarbeit bereits abgeschlossen ist.

Der Start mit einem Open-Source-Design, das gründlich entwickelt wurde, ist ebenfalls eine Methode, um die Entwicklung zu beschleunigen. Einige Module (insbesondere Arduinos und geklonte Varianten) sind als Open-Source-Designs verfügbar, die kopiert und modifiziert werden können, oder sie können mit einem benutzerdefinierten Basisboard verwendet werden. Wenn Sie einen dieser Wege gehen, überlegen Sie, wie das Modul auf dem Basisboard montiert wird. Optionen umfassen SMD-Löten für Module mit Zinnen, Stiftleisten (üblicherweise bei MCU-Boards gefunden) und Mezzanin- oder andere Board-zu-Board-Steckverbinder, die Strom und Hochgeschwindigkeitsdaten bereitstellen.

Da Entwicklungsboards möglicherweise ein unpraktisches Formfaktor haben, nicht benötigte freiliegende I/Os aufweisen oder kompatible Verbindungen zu Peripheriegeräten fehlen, sind benutzerdefinierte Boards immer noch die beliebteste Option für den Bau neuer Produkte. Für beliebtere Module wie Arduino verkaufen einige Unternehmen anwendungsspezifische Basisboards, was die Last auf den Kunden legt, ihre erforderliche Menge an Modulen zu beschaffen. In beiden Fällen müssen Sie einige dieser Teile für benutzerdefinierte Basisboards oder Prozessorboards finden:

Es gibt viele andere Komponenten, die in diesen benutzerdefinierten Systemen benötigt werden könnten und die nicht auf einem Einzelboard-Modul oder Entwicklungs-Kit zu finden sind. Um die Teile zu finden, die Sie benötigen, nutzen Sie die erweiterten Such- und Filterfunktionen in Octopart. Wenn Sie die Elektronik-Suchmaschine von Octopart verwenden, haben Sie Zugang zu aktuellen Distributoren-Preisdaten, Teilebeständen und Teilespezifikationen, und das alles ist frei zugänglich in einer benutzerfreundlichen Schnittstelle. Werfen Sie einen Blick auf unsere Seite mit integrierten Schaltkreisen, um die Komponenten zu finden, die Sie benötigen.

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