Módulos, Kits de Desenvolvimento e PCBs Personalizadas: Qual Você Deve Usar?

Criada: Agosto 23, 2022
Atualizada: Julho 1, 2024

Lá pelos bons e velhos tempos de 2018, quando todos estavam lidando com a escassez de capacitores em vez de escassez de semicondutores, os kits de desenvolvimento desempenhavam um papel no marketing e prova de conceito em vez de no design do sistema. É comum comprar kits de desenvolvimento para alguns componentes críticos quando estão disponíveis e usá-los para construir e testar uma aplicação embarcada. Eles também são ótimos para experimentar a funcionalidade de que você precisa, bem como aprender a usar um novo componente.

Agora, com todos os problemas da cadeia de suprimentos e o excesso de estoque de placas de desenvolvimento, tenho visto mais projetos onde os designers estão aproveitando um kit de desenvolvimento ou um módulo como um SoM. Eles começam com o kit de desenvolvimento ou SoM e constroem uma placa base/placa de expansão ao redor dele que fornece a funcionalidade adicional. Alguns desses projetos são esforços de prototipagem que oferecem um caminho de baixo risco para uma prova de conceito, enquanto outros são produtos completos que serão produzidos em grande volume.

Então, qual caminho é melhor para o seu novo produto? Vamos analisar os prós e contras.

Por que Construir em Torno de um Módulo ou Kit de Desenvolvimento?

Módulos e kits de desenvolvimento são placas completas que podem ser implantadas instantaneamente em um novo sistema ou como uma peça autônoma em uma montagem eletrônica. Os fornecedores de semicondutores oferecem essas placas e kits para que os designers os usem como ferramentas de desenvolvimento de aplicativos, para provas de conceito e produtos prontos que podem executar um sistema inteiro. Historicamente, esses foram ferramentas de marketing e sempre foram um líder de perdas para os fornecedores de semicondutores porque eram produzidos em baixo volume. A ideia era dar aos designers um produto que os ajuda a comprovar uma nova aplicação antes de fazerem uma grande compra de peças.

Uma abordagem relacionada é usar módulos de placa pré-fabricados ou sistemas em módulo (SoMs). Essas placas são desenvolvidas por terceiros, então você pode não receber o mesmo nível de suporte ao desenvolvimento que receberia com a compra de um kit de desenvolvimento. No entanto, essa abordagem é, sem dúvida, mais popular do que adaptar um kit de desenvolvimento devido ao suporte da comunidade disponível para muitos produtos populares. Algumas das opções mais populares sendo usadas na produção são as placas Arduino e Raspberry Pi, embora outras placas muito populares como ESP32 e ESP8266 NodeMCU estejam se tornando produtos de grau de produção.

A seleção de módulos é normalmente determinada pelo componente principal na placa (geralmente um MCU ou FPGA), bem como a forma como este será utilizado com quaisquer outros periféricos no produto final. Ao trabalhar com esses módulos, geralmente existem duas abordagens possíveis: ou usar o módulo por si só sem periféricos adicionais ou construir uma placa base personalizada que forneça conexões a alguns periféricos. A última é uma rota popular, pois oferece a flexibilidade de construir algo personalizado em torno de uma plataforma comprovada, reduzindo o custo geral.

Vantagens e Desvantagens dos Módulos

Produtos comprovados - Com exceção de alguns produtos de terceiros ou designs de código aberto, esses produtos foram comprovados por designers e módulos populares geralmente terão muitos recursos de design disponíveis.
Acesso a periféricos - Kits de desenvolvimento e módulos geralmente fornecem acesso a todos os periféricos e pinos no processador principal. A ideia é permitir que um designer experimente diferentes conexões ou módulos externos.
Conformidade com EMC - Como esses produtos são produzidos em grande volume e estão disponíveis para compra, eles são obrigados a ter passado nos testes de conformidade com EMC.
Acesso a arquivos de design - Alguns produtos de desenvolvimento terão arquivos de design disponíveis que podem ser adaptados diretamente para um novo design a partir do produto de desenvolvimento. A mesma ideia se aplica a designs de código aberto.

No geral, esses fatores reduzem o risco para designers e desenvolvedores de aplicativos. Por outro lado, existem algumas razões para desenvolver uma placa totalmente personalizada:

Sem controle sobre o formato - Quando você compra um módulo, o que você vê é o que você obtém. Você fica preso ao formato da placa e terá que construir tudo ao redor dela.
Dificuldade de adaptação em uma montagem - Isso é uma consequência do ponto anterior; pode ser difícil construir uma montagem completa que atenda aos requisitos de experiência do usuário ou ao formato ideal de um produto final.
I/Os ou periféricos não utilizados - Módulos fornecerão acesso a todos os periféricos no controlador principal para fins de experimentação. Isso pode ser ruim e aumenta o tamanho/custo da placa de desenvolvimento.
Cadeia de suprimentos - Se você planeja produzir em grande volume por um período prolongado, pode ser difícil encontrar alguns kits de desenvolvimento diretamente do fornecedor. Arduinos e Raspberry Pis geralmente têm grande oferta, mas kits de desenvolvimento podem não estar disponíveis nas mesmas quantidades.

Um aspecto difícil de abordar é o custo. Se você comparar o custo da placa de desenvolvimento (normalmente abaixo de $100 por placa, exceto para produtos FPGA grandes) com o custo de uma placa personalizada, você descobrirá que as placas personalizadas precisam ser produzidas em um volume muito alto para serem competitivas em custo com um módulo pronto. Considere esses pontos de desenvolvimento, sua tolerância ao risco e seu orçamento cuidadosamente antes de optar por um módulo ou kit de desenvolvimento.

Como Encontrar Kits de Desenvolvimento, Módulos e Peças

Nem todas as peças terão kits de desenvolvimento, mas a seleção de kits de desenvolvimento é normalmente impulsionada pelas capacidades de peças específicas. Se você não conseguir encontrar um kit de desenvolvimento, mas deseja um caminho mais rápido para um projeto completo, uma opção é usar um componente com um design de referência disponível. Às vezes, o material de design de referência disponível ao público corresponde ao kit de desenvolvimento, então a maior parte da engenharia necessária para o seu produto já estará concluída.

Começar com um design de código aberto que foi completamente desenvolvido também é um método para acelerar o desenvolvimento. Alguns módulos (mais notavelmente Arduinos e variantes clonadas) estão disponíveis como designs de código aberto que podem ser copiados e modificados, ou podem ser usados com uma placa base personalizada. Se você seguir qualquer uma dessas rotas, considere como o módulo será montado na placa base. As opções incluem soldagem SMD para módulos com bordas recortadas, pinos de conexão (geralmente encontrados em placas MCU) e conectores mezanino ou outros conectores de placa a placa que fornecem energia e dados de alta velocidade.

Como as placas de desenvolvimento podem ter um formato inconveniente, I/Os expostos que não são necessários, ou falta de conexões compatíveis com periféricos, placas personalizadas ainda são a opção mais popular para construir novos produtos. Para módulos mais populares como Arduino, algumas empresas venderão placas base específicas para aplicações, o que coloca o ônus no cliente para adquirir seu volume necessário de módulos. Em ambos os casos, você precisará encontrar algumas dessas peças para placas base personalizadas ou placas de processador:

Há muitos outros componentes que podem ser necessários nesses sistemas personalizados que não podem ser encontrados em um módulo de placa única ou kit de desenvolvimento. Para ajudá-lo a encontrar as peças de que precisa, use os recursos avançados de busca e filtragem no Octopart. Quando você usa o motor de busca de eletrônicos do Octopart, você terá acesso a dados atualizados de preços de distribuidores, inventário de peças e especificações de peças, e tudo isso é livremente acessível em uma interface amigável ao usuário. Dê uma olhada na nossa página de circuitos integrados para encontrar os componentes de que precisa.

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