Modules, kits de développement et PCB personnalisés : lequel utiliser ?

Retour aux bons vieux jours de 2018, quand tout le monde était confronté à des pénuries de condensateurs plutôt qu'à des pénuries de semi-conducteurs, les kits de développement jouaient un rôle dans le marketing et la preuve de concept plutôt que dans la conception de systèmes. Il est courant d'acheter des kits de développement pour quelques composants critiques lorsqu'ils sont disponibles et de les utiliser pour construire et tester une application embarquée. Ils sont également excellents pour expérimenter avec les fonctionnalités dont vous avez besoin, ainsi que pour apprendre à utiliser un nouveau composant.

Maintenant, avec tous les problèmes de la chaîne d'approvisionnement et l'excédent de stocks de cartes de développement, j'ai vu plus de projets où les concepteurs tirent parti d'un kit de développement ou d'un module comme un SoM. Ils commencent avec le kit de développement ou le SoM, et construisent autour une carte de base/d'extension qui fournit les fonctionnalités supplémentaires. Certains de ces projets sont des efforts de prototypage qui offrent un chemin à faible risque vers une preuve de concept, tandis que d'autres sont des produits à part entière qui seront produits en grande quantité.

Alors, quelle voie est la meilleure pour votre nouveau produit ? Nous allons décomposer les avantages et les inconvénients.

Pourquoi construire autour d'un module ou d'un kit de développement ?

Les modules et les kits de développement sont des cartes complètes qui peuvent être déployées instantanément dans un nouveau système ou en tant que pièce autonome dans un assemblage électronique. Les fournisseurs de semi-conducteurs offrent ces cartes et kits pour que les concepteurs les utilisent comme outils de développement d'applications, pour des preuves de concept, et des produits prêts à l'emploi qui peuvent gérer un système entier. Historiquement, ils étaient des outils de marketing et ont toujours été un produit d'appel pour les fournisseurs de semi-conducteurs car ils étaient produits en faible volume. L'idée était de donner aux concepteurs un produit qui les aide à valider une nouvelle application avant de faire un gros achat de pièces.

Une approche connexe consiste à utiliser des modules de carte préfabriqués ou des systèmes sur module (SoMs). Ces cartes sont développées par des tiers, vous ne recevrez donc peut-être pas le même niveau de support de développement que vous auriez avec l'achat d'un kit de développement. Cependant, cette approche est sans doute plus populaire que l'adaptation d'un kit de développement en raison du support communautaire disponible pour de nombreux produits populaires. Certaines des options les plus populaires utilisées en production sont les cartes Arduino et Raspberry Pi, bien que d'autres cartes très populaires comme ESP32 et ESP8266 NodeMCU se frayent un chemin dans des produits de qualité industrielle.

La sélection de modules est normalement dictée par le composant principal sur la carte (généralement un MCU ou FPGA), ainsi que par la manière dont cela sera utilisé avec d'autres périphériques dans le produit final. Lorsqu'on travaille avec ces modules, il existe généralement deux approches possibles : soit utiliser le module seul sans périphériques supplémentaires, soit construire une carte de base personnalisée qui fournit des connexions à certains périphériques. Cette dernière est une voie populaire car elle offre la flexibilité de construire quelque chose de personnalisé autour d'une plateforme éprouvée tout en réduisant le coût global.

Avantages et Inconvénients des Modules

• Produits éprouvés - À l'exception de certains produits de tiers ou de conceptions open-source, ces produits ont été éprouvés par les concepteurs et les modules populaires auront généralement de nombreuses ressources de conception disponibles.

• Accès aux périphériques - Les kits de développement et les modules offrent généralement un accès à chaque périphérique et broche sur le processeur principal. L'idée est de permettre à un concepteur d'expérimenter avec différentes connexions ou modules externes.

• Conformité EMC - Puisque ces produits sont produits en grande quantité et sont librement disponibles à l'achat, ils doivent avoir passé les tests de conformité EMC.

• Accès aux fichiers de conception - Certains produits de développement auront des fichiers de conception disponibles qui peuvent être adaptés dans une nouvelle conception directement à partir du produit de développement. La même idée s'applique aux conceptions open-source.

Globalement, ces facteurs réduisent le risque pour les concepteurs et les développeurs d'applications. Inversement, il y a des raisons de prendre le risque et de développer une carte totalement personnalisée :

• Pas de contrôle sur le facteur de forme - Lorsque vous achetez un module, ce que vous voyez est ce que vous obtenez. Vous êtes coincé avec le facteur de forme de la carte et vous devrez construire tout autour.

• Difficulté à adapter dans un assemblage - C'est une conséquence du point précédent ; il peut être difficile de construire un assemblage complet qui répond aux exigences de l'expérience utilisateur ou au facteur de forme idéal d'un produit final.

• Entrées/Sorties ou périphériques inutilisés - Les modules fourniront un accès à chaque périphérique sur le contrôleur hôte principal à des fins d'expérimentation. Cela peut en fait être mauvais et cela augmente la taille/le coût de la carte de développement.

• Chaîne d'approvisionnement - Si vous prévoyez de produire en grande quantité sur une période soutenue, il pourrait être difficile de trouver certains kits de développement directement auprès du fournisseur. Les Arduinos et Raspberry Pis sont généralement en grande quantité, mais les kits de développement peuvent ne pas être disponibles dans les mêmes quantités.

Un aspect difficile à aborder est le coût. Si vous comparez le coût de la carte de développement (normalement moins de 100 $ par carte sauf pour les grands produits FPGA) à un coût de carte personnalisée, vous constaterez que les cartes personnalisées doivent être produites en très grande quantité pour être compétitives en termes de coût avec un module prêt à l'emploi. Considérez ces points de développement, votre tolérance au risque et votre budget soigneusement avant d'opter pour un module ou un kit de développement.

Comment Trouver des Kits de Développement, Modules et Pièces

Tous les composants n'auront pas de kits de développement, mais la sélection des kits de développement est normalement dictée par les capacités de composants spécifiques. Si vous ne trouvez pas de kit de développement, mais que vous souhaitez une voie plus rapide vers une conception complète, une option est d'utiliser un composant avec un design de référence disponible. Parfois, le matériel de design de référence disponible publiquement correspond au kit de développement, donc la plupart de l'ingénierie requise pour votre produit sera déjà réalisée.

Commencer avec un design open-source qui a été soigneusement développé est également une méthode pour accélérer le développement. Certains modules (notamment les Arduinos et leurs variantes clonées) sont disponibles comme designs open-source qui peuvent être copiés et modifiés, ou ils peuvent être utilisés avec une carte de base personnalisée. Si vous empruntez l'une ou l'autre voie, considérez comment le module se montera sur la carte de base. Les options incluent le soudage SMD pour les modules à bords chanfreinés, les connecteurs à broches (généralement trouvés sur les cartes MCU) et les connecteurs de carte à carte mezzanine ou autres qui fournissent de l'énergie et des données à haute vitesse.

Parce que les cartes de développement peuvent avoir un facteur de forme incommode, des E/S exposées qui ne sont pas nécessaires, ou qu'elles manquent de connexions compatibles avec les périphériques, les cartes personnalisées restent l'option la plus populaire pour construire de nouveaux produits. Pour des modules plus populaires comme Arduino, certaines entreprises vendront des cartes de base spécifiques à l'application, ce qui met la charge sur le client pour se procurer leur volume requis de modules. Dans les deux cas, vous aurez besoin de trouver certains de ces composants pour des cartes de base personnalisées ou des cartes processeur :

• Connecteurs de carte à carte

• Régulateurs de tension

• Convertisseurs d'interface pour composants et modules externes hérités

• Ponts d'interface à haute vitesse pour périphériques plus avancés

Il existe de nombreux autres composants qui pourraient être nécessaires dans ces systèmes personnalisés et qui ne peuvent pas être trouvés sur un module à carte unique ou un kit de développement. Pour vous aider à trouver les pièces dont vous avez besoin, utilisez les fonctionnalités de recherche avancée et de filtrage sur Octopart. Lorsque vous utilisez le moteur de recherche électronique d'Octopart, vous aurez accès aux données de prix des distributeurs à jour, à l'inventaire des pièces, et aux spécifications des pièces, et tout est librement accessible dans une interface conviviale. Jetez un œil à notre page de circuits intégrés pour trouver les composants dont vous avez besoin.

Restez à jour avec nos derniers articles en vous inscrivant à notre newsletter.