モジュール、開発キット、カスタムPCB：どれを使うべきか？

投稿日 2022/08/23, 火曜日
更新日 2024/07/1, 月曜日

2018年の良き時代に、みんなが半導体不足ではなくキャパシタ不足に対処していた頃、開発キットはシステム設計ではなく、マーケティングや概念実証の役割を果たしていました。重要なコンポーネントの開発キットをいくつか購入し、これらを使用して組み込みアプリケーションを構築・テストするのが一般的です。また、必要な機能を実験したり、新しいコンポーネントの使用方法を学んだりするのにも最適です。

現在、サプライチェーンの問題や開発ボードの在庫過多により、開発キットやSoMのようなモジュールを活用するプロジェクトが増えています。開発キットやSoMから始め、追加機能を提供するベースボード/拡張ボードを周りに構築します。これらのプロジェクトの中には、低リスクで概念実証に進むプロトタイピングの取り組みもあれば、大量生産される完全な製品もあります。

では、新しい製品にとってどちらの道が最適でしょうか？メリットとデメリットを分析します。

なぜモジュールや開発キットを中心に構築するのか？

モジュールや開発キットは、新しいシステムに即座に展開できる、または電子アセンブリのスタンドアロン部品として使用できる完成したボードです。半導体ベンダーは、これらのボードやキットをアプリケーション開発ツール、概念実証、そしてシステム全体を実行できる既製品としてデザイナーに提供しています。歴史的に、これらはマーケティングツールであり、低ボリュームで生産されるため、半導体ベンダーにとっては常に赤字のリーダーでした。デザイナーに新しいアプリケーションを実証するのに役立つ製品を提供し、大量の部品を購入する前に彼らを支援することが目的でした。

関連するアプローチとしては、事前に作成されたボードモジュールやシステムオンモジュール（SoMs）を使用する方法があります。これらのボードは第三者によって開発されるため、開発キットの購入時と同じレベルの開発サポートを受けられないかもしれません。しかし、多くの人気製品に対するコミュニティサポートが利用可能であるため、このアプローチは開発キットを適応するよりも人気があると言えるでしょう。生産に使用されている最も人気のあるオプションには、ArduinoボードやRaspberry Piがありますが、ESP32やESP8266 NodeMCUのような他の非常に人気のあるボードも、生産グレードの製品に取り入れられつつあります。

モジュール選択は通常、ボード上の主要コンポーネント（通常はMCUまたはFPGA）によって決まり、これが最終製品で他の周辺機器とどのように使用されるかにも依存します。これらのモジュールを使用する際には、一般的に2つのアプローチがあります：モジュールを単独で使用し、追加の周辺機器なしで使用するか、いくつかの周辺機器への接続を提供するカスタムベースボードを構築するかです。後者は、実績のあるプラットフォームを基にカスタム製品を構築する柔軟性を提供し、全体的なコストを削減するため、人気のあるルートです。

モジュールの利点と欠点

実証済みの製品 - 一部のサードパーティ製品やオープンソースの設計を除き、これらの製品は設計者によって実証されており、人気のモジュールには通常、豊富な設計リソースが利用可能です。
周辺機器へのアクセス - 開発キットとモジュールは一般的に、メインプロセッサのすべての周辺機器とピンへのアクセスを提供します。これは、設計者が異なる接続や外部モジュールを実験できるようにするためです。
EMC適合性 - これらの製品は大量生産され、自由に購入できるため、EMC適合性試験に合格している必要があります。
設計ファイルへのアクセス - 開発製品の中には、開発製品から直接新しい設計に適応できる設計ファイルが提供されているものがあります。同じ考え方がオープンソース設計にも適用されます。

全体として、これらの要因は設計者とアプリケーション開発者のリスクを軽減します。逆に、完全にカスタムのボードを開発する理由もいくつかあります：

フォームファクターの制御ができない - モジュールを購入すると、見たままが手に入ります。ボードのフォームファクターに固定され、それを基にすべてを構築する必要があります。
組み立てへの適応が困難 - これは前述の点から派生したもので、最終製品のユーザーエクスペリエンス要件や理想的なフォームファクターに合った完全な組み立てを構築することが困難な場合があります。
使用されないI/Oや周辺機器 - モジュールは実験の目的でメインホストコントローラのすべての周辺機器へのアクセスを提供します。これは実際には悪いことであり、開発ボードのサイズ/コストを押し上げます。
サプライチェーン - 長期にわたって高いボリュームで生産する予定の場合、ベンダーから直接一部の開発キットを見つけるのが難しいかもしれません。ArduinosやRaspberry Pisは通常、大量に供給されていますが、開発キットが同じ量で利用可能であるとは限りません。

コストを扱うのが難しい側面の一つです。開発ボードのコスト（通常は大型FPGA製品を除き、ボードあたり100ドル未満）とカスタムボードのコストを比較すると、カスタムボードは市販のモジュールとコスト競争力を持つためには非常に高いボリュームで生産する必要があります。これらの開発ポイント、リスク許容度、予算を慎重に検討した上で、モジュールや開発キットを選択してください。

開発キット、モジュール、部品を見つける方法

すべての部品に開発キットがあるわけではありませんが、開発キットの選択は通常、特定の部品の機能によって決まります。開発キットが見つからない場合でも、完全な設計へのより速い道を求めているなら、参照設計が利用可能なコンポーネントを使用するという選択肢があります。時には、公開されている参照設計資料が開発キットと一致しているため、製品に必要なエンジニアリングのほとんどがすでに完了していることがあります。

徹底的に開発されたオープンソース設計から始めることも、開発を加速する一つの方法です。一部のモジュール（特にArduinoやそのクローン変種）は、コピーして変更することができるオープンソース設計として利用可能であり、カスタムベースボードと共に使用することもできます。どちらの方法を選択する場合でも、モジュールがベースボードにどのように取り付けられるかを考慮してください。オプションには、キャステレーションモジュールのためのSMDはんだ付け、ピンヘッダー（通常MCUボードに見られる）、電力と高速データを提供するメザニンまたは他のボード間コネクターが含まれます。

開発ボードは不便な形状をしていたり、必要ないI/Oが露出していたり、周辺機器との互換性のある接続がなかったりするため、カスタムボードは新製品を構築するための最も人気のあるオプションです。Arduinoのようなより人気のあるモジュールについては、一部の企業がアプリケーション固有のベースボードを販売しており、顧客に必要なモジュールの量を調達する負担がかかります。どちらの場合も、カスタムベースボードやプロセッサボード用のこれらの部品をいくつか見つける必要があります：

これらのカスタムシステムに必要な他の多くのコンポーネントが、シングルボードモジュールや開発キットでは見つからないかもしれません。必要な部品を見つけるために、Octopartの高度な検索とフィルタリング機能を使用してください。Octopartの電子部品検索エンジンを使用すると、最新のディストリビュータ価格データ、部品在庫、部品仕様にアクセスでき、すべてがユーザーフレンドリーなインターフェースで自由に利用できます。統合回路のページをご覧ください、必要なコンポーネントを見つけてください。

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