모듈, 개발 키트 및 맞춤형 PCB: 어떤 것을 사용해야 할까요?

작성 날짜: 팔월 23, 2022
업데이트 날짜: 칠월 1, 2024

2018년의 좋았던 옛날에, 모두가 반도체 부족 대신 캐패시터 부족에 대처하고 있을 때, 개발 키트는 시스템 설계보다는 마케팅과 개념 증명에서 역할을 했습니다. 중요한 구성 요소에 대한 개발 키트를 구입하여 이를 사용해 임베디드 애플리케이션을 구축하고 테스트하는 것이 일반적입니다. 또한 필요한 기능을 실험하고 새로운 구성 요소를 사용하는 방법을 배우기에도 좋습니다.

이제 공급망 문제와 개발 보드의 재고 과잉으로 인해 개발 키트나 SoM과 같은 모듈을 활용하는 프로젝트를 더 많이 보게 되었습니다. 개발자들은 개발 키트나 SoM으로 시작하여 추가 기능을 제공하는 베이스보드/확장 보드를 구축합니다. 이러한 프로젝트 중 일부는 개념 증명으로 이어지는 저위험 경로를 제공하는 프로토타이핑 노력이며, 다른 일부는 대량 생산될 완전한 제품입니다.

그렇다면 새로운 제품에 가장 적합한 경로는 무엇일까요? 장단점을 분석해 보겠습니다.

모듈이나 개발 키트를 중심으로 구축하는 이유는?

모듈과 개발 키트는 새로운 시스템에 즉시 배치할 수 있는 완성된 보드이거나 전자 조립품에서 독립 부품으로 사용될 수 있습니다. 반도체 공급업체는 이러한 보드와 키트를 애플리케이션 개발 도구, 개념 증명, 전체 시스템을 운영할 수 있는 준비된 제품으로서 디자이너가 사용할 수 있도록 제공합니다. 역사적으로 이러한 것들은 마케팅 도구였으며 항상 반도체 공급업체에게 손실을 주는 리더였습니다. 왜냐하면 이들은 저볼륨으로 생산되었기 때문입니다. 아이디어는 디자이너에게 대량 구매하기 전에 새로운 애플리케이션을 증명하는 데 도움이 되는 제품을 제공하는 것이었습니다.

관련된 접근 방식은 사전 제작된 보드 모듈이나 시스템 온 모듈(SoMs)을 사용하는 것입니다. 이 보드들은 제3자에 의해 개발되므로 개발 키트 구매 시와 같은 수준의 개발 지원을 받지 못할 수 있습니다. 그러나 이 접근 방식은 많은 인기 있는 제품에 대한 커뮤니티 지원이 가능하기 때문에 개발 키트를 적용하는 것보다 더 인기가 있다고 할 수 있습니다. 생산에 사용되는 가장 인기 있는 옵션 중 일부는 Arduino 보드와 Raspberry Pi이지만, ESP32와 ESP8266 NodeMCU와 같은 다른 매우 인기 있는 보드도 생산 등급 제품으로 자리 잡고 있습니다.

모듈 선택은 일반적으로 보드의 주요 구성 요소(보통 MCU 또는 FPGA)에 의해 결정되며, 이것이 최종 제품에서 다른 주변 장치와 어떻게 사용될지에 따라 달라집니다. 이러한 모듈을 사용할 때 일반적으로 두 가지 접근 방식이 있습니다: 모듈을 단독으로 사용하거나 일부 주변 장치에 연결을 제공하는 맞춤형 베이스 보드를 구축합니다. 후자는 입증된 플랫폼을 중심으로 맞춤형 제품을 구축할 수 있는 유연성을 제공하면서 전체 비용을 줄이기 때문에 인기 있는 방법입니다.

모듈의 장단점

검증된 제품 - 일부 제3자 제품이나 오픈 소스 디자인을 제외하고, 이러한 제품들은 디자이너에 의해 검증되었으며 인기 있는 모듈은 일반적으로 다양한 디자인 자원을 가지고 있습니다.
주변 장치 접근 - 개발 키트와 모듈은 일반적으로 주요 프로세서의 모든 주변 장치와 핀에 대한 접근을 제공합니다. 디자이너가 다양한 연결이나 외부 모듈을 실험할 수 있도록 하는 것이 목적입니다.
EMC 준수 - 이러한 제품들은 대량으로 생산되며 자유롭게 구매할 수 있기 때문에 EMC 준수 테스트를 통과해야 합니다.
디자인 파일 접근 - 일부 개발 제품은 개발 제품에서 직접 새로운 디자인으로 적용할 수 있는 디자인 파일을 가지고 있습니다. 같은 아이디어가 오픈 소스 디자인에도 적용됩니다.

전반적으로, 이러한 요소들은 디자이너와 애플리케이션 개발자에게 위험을 줄여줍니다. 반면에, 완전히 맞춤형 보드를 개발하기로 결정하는 몇 가지 이유가 있습니다:

형태 요소에 대한 제어 없음 - 모듈을 구매할 때, 보이는 것이 전부입니다. 보드의 형태 요소에 맞춰 모든 것을 구축해야 하며, 이는 제한적일 수 있습니다.
조립체로 적용하기 어려움 - 이전 포인트에서 파생된 문제입니다; 최종 제품의 사용자 경험 요구 사항이나 이상적인 형태 요소를 충족하는 완전한 조립체를 구축하기가 어려울 수 있습니다.
사용되지 않는 I/O 또는 주변 장치 - 모듈은 실험 목적으로 주요 호스트 컨트롤러의 모든 주변 장치에 대한 접근을 제공합니다. 이는 실제로 나쁠 수 있으며 개발 보드의 크기/비용을 증가시킵니다.
공급망 - 지속적인 기간 동안 대량으로 생산할 계획이라면, 일부 개발 키트를 공급업체로부터 직접 찾기 어려울 수 있습니다. 아두이노와 라즈베리 파이는 보통 대량으로 공급되지만, 개발 키트는 같은 수량으로 사용할 수 없을 수 있습니다.

비용은 다루기 어려운 측면 중 하나입니다. 대형 FPGA 제품을 제외하고 일반적으로 보드당 $100 미만인 개발 보드 비용과 맞춤형 보드 비용을 비교하면, 맞춤형 보드는 대량 생산해야만 시중 모듈과 비용 경쟁력을 가질 수 있습니다. 모듈이나 개발 키트를 선택하기 전에 이러한 개발 포인트, 위험 감수 능력, 그리고 예산을 신중하게 고려하세요.

개발 키트, 모듈 및 부품 찾는 방법

모든 부품에 개발 키트가 있는 것은 아니지만, 개발 키트의 선택은 일반적으로 특정 부품의 기능에 의해 주도됩니다. 개발 키트를 찾을 수 없지만, 완성된 디자인으로 빠르게 진행하고 싶다면, 참조 디자인이 제공되는 구성 요소를 사용하는 것이 하나의 옵션입니다. 때때로, 공개적으로 제공되는 참조 디자인 자료가 개발 키트와 일치하여, 제품에 필요한 대부분의 엔지니어링 작업이 이미 완료되어 있습니다.

철저하게 개발된 오픈 소스 디자인으로 시작하는 것도 개발을 가속화하는 한 가지 방법입니다. 일부 모듈(특히 아두이노와 클론 변형)은 복사 및 수정할 수 있는 오픈 소스 디자인으로 제공되거나, 사용자 정의 베이스보드와 함께 사용할 수 있습니다. 어느 쪽을 선택하든, 모듈이 베이스보드에 어떻게 장착될지 고려해야 합니다. 옵션에는 캐스텔레이티드 모듈용 SMD 솔더링, 핀 헤더(MCU 보드에서 주로 발견됨), 전원 및 고속 데이터를 제공하는 메자닌 또는 기타 보드 대 보드 커넥터가 포함됩니다.

개발 보드는 불편한 형태 요소를 가지고 있거나 필요하지 않은 노출된 I/O를 가지고 있거나 주변 장치와 호환되는 연결이 없기 때문에, 맞춤형 보드는 여전히 새로운 제품을 구축하기 위한 가장 인기 있는 옵션입니다. 아두이노와 같은 더 인기 있는 모듈의 경우, 일부 회사는 애플리케이션별 베이스보드를 판매하여 고객이 필요한 모듈의 볼륨을 조달하는 부담을 지게 합니다. 양쪽 경우 모두, 맞춤형 베이스보드나 프로세서 보드에 필요한 일부 부품을 찾아야 합니다:

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