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起業家のためのモジュラー製品設計ガイド

私のハードウェアスタートアップのクライアントからよく受ける質問の一つはこれです: どうすればプロトタイプのリスクを軽減できますか？

概念実証から実際のデバイスに転換し、現場でテストしたいと考えている起業家は、時間、労力、お金を有効に活用したいと考えています。多くの起業家が自分の貯金をこれらの事業に投じており、デバイスの故障原因を早期に対処することが望ましいです。

概念実証とプロトタイプの間をつなぐ一つの方法があり、これは設計者がターゲットとするコンポーネントを中心に完全にカスタムされたPCBを設計する道を加速させるのにも役立ちます。これには、市販の開発製品、コンピュートモジュール、第三者開発製品、マイクロコントローラ/ASICモジュールを組み合わせて、非常に基本的なバージョンのプロトタイプを構築するというモジュラーなアプローチを取ることが含まれます。このアプローチには多くの価値があり、適切なモジュール、評価製品、リファレンスデザインを選択すれば、リスクを低減しながら市場投入までの時間を短縮することができます。

モジュラープロダクトデザインアプローチとは何ですか？

モジュラー製品は、半導体ベンダーから棚卸しで購入したり、第三者製品として購入したり、カスタムボードとして設計したり、またはこれらの組み合わせで使用される一連のモジュールを使用して構築されます。このアプローチでは、通常、ケーブル、ワイヤー、ボード間コネクターを使用して互いに接続する一連のモジュールを組み合わせる必要があります。これらのモジュールは、Arduino、Raspberry Pi、Opal Kellyなどのベンダーから購入でき、これらを組み合わせてカスタム製品を作成します。実際、ハードウェア製品に対するあなたのアイデアは、モジュール形式で構築できるかもしれません。これにより、他の企業がそれを自社のPCBに統合できるようになります。

これらのモジュールはどこで見つけて購入でき、どのようなタイプのモジュールを使用してモジュラー製品を構築できるのでしょうか？いくつかのアイデアは次の表にあります。

開発ボード	通常、マイクロコントローラーボード（例：Arduino）や小型FPGAボードを指します。半導体ベンダー、ディストリビューター、または第三者によって供給されることがあります。
小型ASICモジュール	これらのボードの範囲は非常に広く、通常はシンプルなピンヘッダーやケーブルを介してホストボードに接続します。通常、第三者またはオープンソースによって供給されます。
シングルボードコンピューター（SBC）	Raspberry Piのような製品を含み、技術的にはスタンドアロン製品として動作可能です。
コンピュータオンモジュール（COM）またはシステムオンモジュール（SOM）	これらの小型モジュールは、カスタムまたは市販のベースボードと共に使用できます。汎用コンピュートやアプリケーション固有のコンピュートを提供することができます。
FPGA開発ボード	特定のパーツ番号ファミリーを評価するために必要な大きなFPGAを含んでいます。半導体ベンダー、ディストリビューター、または第三者によって提供されることがあります。
評価キット	通常、より高度なASICやシステムインパッケージを評価するための完全なボードを指します。実際のエンド製品を模倣し、特定のアプリケーションをデモンストレーションすることを目的としています。

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一般的なアプローチとして、上記リストのモジュールを使用して、カスタムPCBに資本を投じるリスクなしに最初のプロトタイプを構築することがあります。上記リストからモジュールのグループを購入するために必要な費用は、設計作業、コンポーネントの調達、製造、組み立て、および物流を外部委託するコストよりも、通常ははるかに少ないです。最初のプロトタイプにとって、これはカスタムPCBAに時間とお金を費やす前に、設計コンセプトを証明する合理的な方法です。

モジュラープロトタイプで価値あるものを示すことができる、または既製品+カスタムモジュールを使用して実際の製品を作成できることを証明できる場合、それは投資家を引きつける可能性があるものです。結局のところ、最終目標は（またはそうあるべきです）良いアイデアを大規模に生産でき、顧客に販売できるものに変えることです。いずれにしても、モジュラーデザインをどのようにスケールアップするかを検討する必要があり、これにはモジュラーシステムの全部または一部をカスタムPCBに統合することが含まれるかもしれません。

モジュラー製品にカスタムを選ぶタイミング

製品のコア機能がまだ証明されていない場合、カスタムボードは開発コストとプロトタイプ製造のためにリスクが高く、想像していたように機能しない製品になる可能性があります。カスタムPCBで製品を再構築する理想的なタイミングは、以下のタスクを完了した後です：

1. プロトタイピングでのモジュールを使用した最終的なコンポーネント
2. #1のコンポーネントで必要な機能を生成できるかどうかを確認した組み込みアプリケーション
3. モジュラープロトタイプが意図した展開環境に似たもので動作することを確認
4. モジュラー機器をカスタムPCBに転送するプロセスを理解しているデザイナーを見つけた

評価ボードやリファレンスデザインから始めた場合、設計ファイルがすでに利用可能であれば、検証済みの設計データがいくつか得られ、カスタムボードの構築を開始することができます。これにより、カスタム製品のリスクが大幅に低減され、半導体ベンダーのアプリケーションエンジニアが設計のレビューを手伝ってくれる可能性もあります。

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もう一つの選択肢は、他のモジュールと統合するモジュールとして製品を作ることです！これは、モジュール形式のコンピュータビジョン製品を構築している革新的な会社であるLuxonisが採用しているアプローチです。これらのシステムは、他の既製のハードウェアモジュールにAI駆動のビジョン機能を追加するために使用でき、全く新しいクラスのモジュラー製品を可能にします。最近のAltiumのストーリーでLuxonisについてもっと学びましょう。

モジュラーなアプローチを取りたい場合でも、カスタムPCBへの設計移行を考えている場合でも、会社がAltium Designer^®の完全なPCB設計機能セットと世界クラスのCADツールに依存していることを確認してください。今日のクロスディシプリナリーな環境でのコラボレーションを実装するために、革新的な企業はAltium 365^™プラットフォームを使用して設計データを簡単に共有し、プロジェクトを製造に移行しています。

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