Moduły, zestawy deweloperskie i niestandardowe PCB: Które z nich powinieneś użyć?

W dobrych, starych czasach 2018 roku, kiedy wszyscy borykali się z niedoborami kondensatorów zamiast niedoborami półprzewodników, zestawy deweloperskie odgrywały rolę w marketingu i dowodzeniu koncepcji, a nie w projektowaniu systemów. Powszechnie kupuje się zestawy deweloperskie dla kilku kluczowych komponentów, gdy są dostępne, i używa ich do budowy oraz testowania wbudowanej aplikacji. Są one również świetne do eksperymentowania z potrzebną funkcjonalnością, jak również do nauki obsługi nowego komponentu.

Teraz, z wszystkimi problemami łańcucha dostaw i nadmiarem zapasów płyt deweloperskich, widziałem więcej projektów, w których projektanci wykorzystują zestaw deweloperski lub moduł, takie jak SoM. Zaczynają od zestawu deweloperskiego lub SoM i budują wokół niego bazową płytę/rozszczerzenie, które zapewnia dodatkową funkcjonalność. Niektóre z tych projektów to wysiłki prototypowe, które dają niskie ryzyko ścieżki do dowodu koncepcji, podczas gdy inne to pełnoprawne produkty, które będą produkowane w dużych ilościach.

Więc która ścieżka jest najlepsza dla Twojego nowego produktu? Przeanalizujemy wady i zalety.

Dlaczego budować wokół modułu lub zestawu deweloperskiego?

Moduły i zestawy deweloperskie to kompletne płyty, które mogą być natychmiast wdrożone w nowym systemie lub jako samodzielna część w montażu elektronicznym. Dostawcy półprzewodników oferują te płyty i zestawy dla projektantów do użytku jako narzędzia do rozwijania aplikacji, dla dowodów koncepcji i gotowych produktów, które mogą obsługiwać cały system. Historycznie były to narzędzia marketingowe i zawsze były stratne dla dostawców półprzewodników, ponieważ były produkowane w małych ilościach. Pomysł polegał na tym, aby dać projektantom produkt, który pomaga im udowodnić nową aplikację, zanim dokonają dużego zakupu części.

Pokrewnym podejściem jest korzystanie z gotowych modułów płyt lub systemów na modułach (SoMs). Te płyty są rozwijane przez strony trzecie, więc możesz nie otrzymać tego samego poziomu wsparcia deweloperskiego, co przy zakupie zestawu deweloperskiego. Jednak to podejście jest prawdopodobnie bardziej popularne niż adaptowanie zestawu deweloperskiego ze względu na dostępne wsparcie społeczności dla wielu popularnych produktów. Niektóre z najpopularniejszych opcji używanych w produkcji to płyty Arduino i Raspberry Pi, chociaż inne bardzo popularne płyty, takie jak ESP32 i ESP8266 NodeMCU, znajdują swoje miejsce w produktach klasy produkcyjnej.

Wybór modułu zazwyczaj zależy od głównego komponentu na płytce (zwykle MCU lub FPGA), jak również od tego, jak będzie on używany z innymi peryferiami w finalnym produkcie. Pracując z tymi modułami, zazwyczaj istnieją dwa możliwe podejścia: albo użyć modułu samodzielnie bez dodatkowych peryferii, albo zbudować niestandardową płytę bazową, która zapewnia połączenia z niektórymi peryferiami. Ta druga opcja jest popularna, ponieważ daje elastyczność budowania czegoś niestandardowego wokół sprawdzonej platformy przy jednoczesnym obniżeniu ogólnych kosztów.

Zalety i wady modułów

• Sprawdzone produkty - Z wyjątkiem niektórych produktów firm trzecich lub projektów open-source, te produkty zostały sprawdzone przez projektantów i popularne moduły zazwyczaj mają dostępne bogate zasoby projektowe.

• Dostęp do peryferii - Zestawy deweloperskie i moduły zazwyczaj zapewniają dostęp do każdego peryferium i pinu na głównym procesorze. Idea polega na umożliwieniu projektantowi eksperymentowania z różnymi połączeniami lub zewnętrznymi modułami.

• Zgodność z EMC - Ponieważ te produkty są produkowane w dużych ilościach i są swobodnie dostępne do zakupu, muszą spełniać wymagania testów zgodności EMC.

• Dostęp do plików projektowych - Niektóre produkty deweloperskie będą miały dostępne pliki projektowe, które można bezpośrednio zaadaptować do nowego projektu z produktu deweloperskiego. Ta sama idea dotyczy projektów open-source.

Podsumowując, te czynniki zmniejszają ryzyko dla projektantów i deweloperów aplikacji. Z drugiej strony, istnieją pewne powody, dla których warto zdecydować się na opracowanie całkowicie niestandardowej płytki:

• Brak kontroli nad formą - Kupując moduł, otrzymujesz to, co widzisz. Jesteś związany z formą płytki i musisz zbudować wszystko wokół niej.

• Trudność adaptacji do montażu - Jest to wynik poprzedniego punktu; może być trudno zbudować kompletny montaż, który spełnia wymagania dotyczące doświadczenia użytkownika lub idealnej formy finalnego produktu.

• Nieużywane I/O lub peryferia - Moduły zapewniają dostęp do każdego peryferium na głównym kontrolerze gospodarza w celach eksperymentalnych. Może to być jednak wadą i prowadzić do zwiększenia rozmiaru/kosztu płytki deweloperskiej.

• Łańcuch dostaw - Jeśli planujesz produkcję w dużych ilościach przez dłuższy czas, może być trudno znaleźć niektóre zestawy deweloperskie bezpośrednio od dostawcy. Arduino i Raspberry Pi są zazwyczaj dostępne w dużych ilościach, ale zestawy deweloperskie mogą nie być dostępne w takich samych ilościach.

Jednym z aspektów trudnych do adresowania są koszty. Porównując koszt płytki deweloperskiej (zazwyczaj poniżej 100 dolarów za płytę, z wyjątkiem dużych produktów FPGA) do kosztu niestandardowej płytki, okaże się, że niestandardowe płytki muszą być produkowane w bardzo dużych ilościach, aby były konkurencyjne cenowo z modułem dostępnym od ręki. Rozważ te punkty rozwoju, swoją tolerancję na ryzyko i budżet uważnie, zanim zdecydujesz się na moduł lub zestaw deweloperski.

Jak znaleźć zestawy deweloperskie, moduły i części

Nie wszystkie części będą miały zestawy rozwojowe, ale wybór zestawów rozwojowych jest zazwyczaj podyktowany możliwościami konkretnych części. Jeśli nie możesz znaleźć zestawu rozwojowego, ale chcesz szybciej osiągnąć gotowy projekt, jedną z opcji jest użycie komponentu z dostępnym projektem referencyjnym. Czasami, publicznie dostępny materiał projektu referencyjnego odpowiada zestawowi rozwojowemu, więc większość inżynierii wymaganej dla twojego produktu będzie już zakończona.

Rozpoczęcie od otwartoźródłowego projektu, który został dokładnie opracowany, to również jedna z metod przyspieszenia rozwoju. Niektóre moduły (szczególnie Arduino i ich klony) są dostępne jako otwartoźródłowe projekty, które można kopiować i modyfikować, lub mogą być używane z niestandardową płytą bazową. Jeśli wybierzesz którąkolwiek z tych dróg, rozważ, jak moduł będzie montowany do płyty bazowej. Opcje obejmują lutowanie SMD dla modułów z ząbkowanymi krawędziami, złącza pinowe (zazwyczaj znajdowane na płytach MCU) oraz złącza mezzanine lub inne złącza płyta-do-płyty, które zapewniają zasilanie i szybką transmisję danych.

Ponieważ płyty rozwojowe mogą mieć niewygodny kształt, wystawione wejścia/wyjścia, których nie potrzebujesz, lub brakujące kompatybilne połączenia z peryferiami, niestandardowe płyty są nadal najpopularniejszą opcją do budowania nowych produktów. Dla bardziej popularnych modułów, takich jak Arduino, niektóre firmy będą sprzedawać płyty bazowe specyficzne dla aplikacji, co przenosi obowiązek na klienta, aby pozyskać wymaganą ilość modułów. W obu przypadkach będziesz musiał znaleźć niektóre z tych części do niestandardowych płyt bazowych lub płyt procesorowych:

• Złącza płyta-do-płyty

• Regulatory napięcia

• Konwertery interfejsów dla starszych komponentów i zewnętrznych modułów

• Mostki interfejsów wysokiej prędkości dla bardziej zaawansowanych peryferiów

Istnieje wiele innych komponentów, które mogą być potrzebne w tych niestandardowych systemach, których nie można znaleźć na pojedynczej płycie modułowej lub w zestawie rozwojowym. Aby pomóc Ci znaleźć potrzebne części, użyj zaawansowanych funkcji wyszukiwania i filtracji w Octopart. Korzystając z wyszukiwarki elektroniki Octopart, będziesz miał dostęp do aktualnych danych cenowych dystrybutorów, zapasów części i specyfikacji części, a wszystko to jest swobodnie dostępne w przyjaznym dla użytkownika interfejsie. Zobacz naszą stronę z układami scalonymi, aby znaleźć potrzebne komponenty.

Zapoznaj się z naszymi najnowszymi artykułami, zapisując się do naszego newslettera.