Módulos, Kits de Desarrollo y PCBs Personalizadas: ¿Cuál Deberías Usar?

Creado: Agosto 23, 2022
Actualizado: Julio 1, 2024

En los buenos viejos tiempos de 2018, cuando todos estaban lidiando con la escasez de capacitores en lugar de la escasez de semiconductores, los kits de desarrollo jugaban un papel en el marketing y la prueba de concepto más que en el diseño del sistema. Es común comprar kits de desarrollo para algunos componentes críticos cuando están disponibles y usar estos para construir y probar una aplicación embebida. También son excelentes para experimentar con la funcionalidad que necesitas, así como aprender a usar un nuevo componente.

Ahora, con todos los problemas de la cadena de suministro y el exceso de inventario de placas de desarrollo, he visto más proyectos donde los diseñadores están aprovechando un kit de desarrollo o un módulo como un SoM. Comenzarán con el kit de desarrollo o SoM, y construirán una placa base/placa de expansión alrededor de este que proporciona la funcionalidad adicional. Algunos de estos proyectos son esfuerzos de prototipado que ofrecen un camino de bajo riesgo hacia una prueba de concepto, mientras que otros son productos completamente desarrollados que se producirán en gran volumen.

Entonces, ¿cuál camino es el mejor para tu nuevo producto? Desglosaremos los pros y los contras.

¿Por qué construir alrededor de un módulo o kit de desarrollo?

Los módulos y kits de desarrollo son placas completas que pueden ser desplegadas instantáneamente en un nuevo sistema o como una parte independiente en un ensamblaje electrónico. Los proveedores de semiconductores ofrecen estas placas y kits para que los diseñadores los usen como herramientas de desarrollo de aplicaciones, para pruebas de concepto y productos listos para usar que pueden ejecutar un sistema completo. Históricamente, estos fueron herramientas de marketing y siempre han sido un líder de pérdida para los proveedores de semiconductores porque se producían en bajo volumen. La idea era dar a los diseñadores un producto que les ayude a probar una nueva aplicación antes de hacer una gran compra de partes.

Un enfoque relacionado es usar módulos de placa pre-fabricados o sistemas en módulo (SoMs). Estas placas son desarrolladas por terceros, por lo que es posible que no recibas el mismo nivel de soporte de desarrollo que recibirías con la compra de un kit de desarrollo. Sin embargo, este enfoque es posiblemente más popular que adaptar un kit de desarrollo debido al soporte comunitario disponible para muchos productos populares. Algunas de las opciones más populares que se están utilizando en producción son las placas Arduino y Raspberry Pi, aunque otras placas muy populares como ESP32 y ESP8266 NodeMCU están abriéndose camino hacia productos de grado de producción.

La selección de módulos normalmente está determinada por el componente principal en la placa (usualmente un MCU o FPGA), así como por cómo se utilizará esto con cualquier otro periférico en el producto final. Al trabajar con estos módulos, generalmente hay dos enfoques posibles: usar el módulo por sí solo sin periféricos adicionales o construir una placa base personalizada que proporcione conexiones a algunos periféricos. Este último es un camino popular ya que te da la flexibilidad de construir algo personalizado alrededor de una plataforma probada mientras reduce el costo total.

Ventajas y Desventajas de los Módulos

Productos probados - Con la excepción de algunos productos de terceros o diseños de código abierto, estos productos han sido probados por diseñadores y los módulos populares usualmente tendrán abundantes recursos de diseño disponibles.
Acceso a periféricos - Los kits de desarrollo y módulos generalmente proporcionan acceso a cada periférico y pin en el procesador principal. La idea es permitir que un diseñador experimente con diferentes conexiones o módulos externos.
Cumplimiento EMC - Dado que estos productos se producen en gran volumen y están disponibles libremente para la compra, se requiere que hayan pasado las pruebas de cumplimiento EMC.
Acceso a archivos de diseño - Algunos productos de desarrollo tendrán archivos de diseño disponibles que pueden ser adaptados directamente en un nuevo diseño desde el producto de desarrollo. La misma idea se aplica a los diseños de código abierto.

En general, estos factores reducen el riesgo para los diseñadores y desarrolladores de aplicaciones. Por el contrario, hay algunas razones para decidirse a desarrollar una placa totalmente personalizada:

No hay control sobre el factor de forma - Cuando compras un módulo, lo que ves es lo que obtienes. Estás atascado con el factor de forma de la placa y tendrás que construir todo a su alrededor.
Dificultad para adaptarse en un ensamblaje - Esto es una derivación del punto anterior; puede ser difícil construir un ensamblaje completo que cumpla con los requisitos de experiencia del usuario o el factor de forma ideal de un producto final.
I/Os o periféricos no utilizados - Los módulos proporcionarán acceso a cada periférico en el controlador anfitrión principal con fines de experimentación. Esto puede ser malo y aumenta el tamaño/costo de la placa de desarrollo.
Cadena de suministro - Si planeas producir a un alto volumen durante un período sostenido, podría ser difícil encontrar algunos kits de desarrollo directamente del proveedor. Los Arduinos y Raspberry Pis suelen estar en gran suministro, pero los kits de desarrollo pueden no estar disponibles en las mismas cantidades.

Un aspecto que es difícil de abordar es el costo. Si comparas el costo de la placa de desarrollo (normalmente menos de $100 por placa excepto para productos FPGA grandes) con el costo de una placa personalizada, encontrarás que las placas personalizadas necesitan ser producidas en un volumen muy alto para ser competitivas en costo con un módulo de venta al público. Considera estos puntos de desarrollo, tu tolerancia al riesgo y tu presupuesto cuidadosamente antes de optar por un módulo o kit de desarrollo.

Cómo Encontrar Kits de Desarrollo, Módulos y Partes

No todas las partes tendrán kits de desarrollo, pero la selección de kits de desarrollo normalmente está impulsada por las capacidades de partes específicas. Si no puedes encontrar un kit de desarrollo, pero deseas un camino más rápido hacia un diseño completo, una opción es usar un componente con un diseño de referencia disponible. A veces, el material de diseño de referencia disponible al público coincide con el kit de desarrollo, por lo que la mayor parte de la ingeniería requerida para tu producto ya estará completada.

Comenzar con un diseño de código abierto que ha sido completamente desarrollado es también un método para acelerar el desarrollo. Algunos módulos (más notablemente Arduinos y variantes clonadas) están disponibles como diseños de código abierto que pueden ser copiados y modificados, o pueden ser usados con una placa base personalizada. Si eliges cualquiera de las opciones, considera cómo se montará el módulo a la placa base. Las opciones incluyen soldadura SMD para módulos con bordes castellados, cabezales de pines (usualmente encontrados en placas de MCU), y conectores mezanine u otros conectores de placa a placa que proporcionan energía y datos de alta velocidad.

Debido a que las placas de desarrollo podrían tener un factor de forma inconveniente, E/S expuestas que no son necesarias, o les falta conexiones compatibles con periféricos, las placas personalizadas siguen siendo la opción más popular para construir nuevos productos. Para módulos más populares como Arduino, algunas empresas venderán placas base específicas para aplicaciones, lo que pone la carga en el cliente para adquirir su volumen requerido de módulos. En ambos casos, necesitarás encontrar algunas de estas partes para placas base personalizadas o placas de procesador:

Hay muchos otros componentes que podrían ser necesarios en estos sistemas personalizados que no se pueden encontrar en un módulo de placa única o kit de desarrollo. Para ayudarte a encontrar las partes que necesitas, usa las funciones avanzadas de búsqueda y filtrado en Octopart. Cuando usas el motor de búsqueda de electrónica de Octopart, tendrás acceso a datos de precios de distribuidores actualizados, inventario de partes y especificaciones de partes, y todo es libremente accesible en una interfaz fácil de usar. Echa un vistazo a nuestra página de circuitos integrados para encontrar los componentes que necesitas.

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