Модули, наборы для разработки и пользовательские печатные платы: что выбрать?

Создано: 23 Августа, 2022
Обновлено: 1 Июля, 2024

В добрые старые времена 2018 года, когда все сталкивались с дефицитом конденсаторов, а не полупроводников, наборы для разработки играли роль в маркетинге и доказательстве концепции, а не в системном проектировании. Обычно покупают наборы для разработки для нескольких критически важных компонентов, когда они доступны, и используют их для построения и тестирования встроенного приложения. Они также отлично подходят для экспериментов с необходимым функционалом, а также для изучения использования нового компонента.

Теперь, с учетом всех проблем с цепочками поставок и избытком запасов разработческих плат, я наблюдаю все больше проектов, где дизайнеры используют набор для разработки или модуль, например SoM. Они начинают с набора для разработки или SoM и строят вокруг него базовую плату/расширительную плату, которая обеспечивает дополнительный функционал. Некоторые из этих проектов являются прототипированием, которое предоставляет низкорисковый путь к доказательству концепции, в то время как другие являются полноценными продуктами, которые будут производиться большими партиями.

Так какой путь лучше для вашего нового продукта? Мы рассмотрим плюсы и минусы.

Почему стоит строить вокруг модуля или набора для разработки?

Модули и наборы для разработки - это полные платы, которые могут быть мгновенно задействованы в новой системе или как самостоятельная часть в электронной сборке. Производители полупроводников предлагают эти платы и наборы для дизайнеров в качестве инструментов разработки приложений, для доказательства концепции и готовых продуктов, которые могут управлять всей системой. Исторически это были маркетинговые инструменты и всегда были убыточными для производителей полупроводников, поскольку они производились малыми тиражами. Идея заключалась в том, чтобы предоставить дизайнерам продукт, который помогает им доказать новое приложение перед тем, как сделать крупную покупку деталей.

Связанный подход заключается в использовании готовых модулей плат или систем на модуле (SoMs). Эти платы разрабатываются сторонними организациями, поэтому вы можете не получить такой же уровень поддержки разработки, как при покупке набора для разработки. Однако этот подход, возможно, более популярен, чем адаптация набора для разработки, благодаря поддержке сообщества для многих популярных продуктов. Некоторые из самых популярных вариантов, используемых в производстве, - это платы Arduino и Raspberry Pi, хотя другие очень популярные платы, такие как ESP32 и ESP8266 NodeMCU, находят свое применение в продуктах производственного уровня.

Выбор модуля обычно определяется основным компонентом на плате (обычно это MCU или FPGA), а также тем, как он будет использоваться с другими периферийными устройствами в конечном продукте. При работе с этими модулями обычно есть два возможных подхода: либо использовать модуль самостоятельно без дополнительных периферийных устройств, либо создать пользовательскую базовую плату, которая обеспечивает подключение к некоторым периферийным устройствам. Последний вариант популярен, так как он дает вам гибкость для создания чего-то уникального на основе проверенной платформы, сокращая общие затраты.

Преимущества и недостатки модулей

Проверенные продукты - За исключением некоторых продуктов сторонних производителей или открытых конструкций, эти продукты были проверены дизайнерами, и популярные модули обычно имеют множество доступных ресурсов для дизайна.
Доступ к периферии - Наборы для разработки и модули обычно предоставляют доступ ко всем периферийным устройствам и контактам основного процессора. Идея состоит в том, чтобы позволить дизайнеру экспериментировать с различными подключениями или внешними модулями.
Соответствие требованиям EMC - Поскольку эти продукты производятся большими партиями и свободно доступны для покупки, они должны соответствовать требованиям тестирования на электромагнитную совместимость.
Доступ к файлам дизайна - Некоторые продукты для разработки будут иметь доступные файлы дизайна, которые можно адаптировать в новый дизайн непосредственно из продукта разработки. Та же идея применима к открытым конструкциям.

В целом, эти факторы снижают риск для дизайнеров и разработчиков приложений. В то же время, есть некоторые причины решиться на разработку полностью пользовательской платы:

Нет контроля над форм-фактором - При покупке модуля вы получаете то, что видите. Вы ограничены форм-фактором платы и должны строить все вокруг нее.
Сложность адаптации в сборку - Это следствие предыдущего пункта; может быть сложно создать полную сборку, которая соответствует требованиям к пользовательскому опыту или идеальному форм-фактору конечного продукта.
Неиспользуемые входы/выходы или периферийные устройства - Модули предоставляют доступ ко всем периферийным устройствам на основном контроллере для целей экспериментирования. Это может быть плохо, так как это увеличивает размер/стоимость разработочной платы.
Цепочка поставок - Если вы планируете производить большой объем в течение длительного времени, может быть сложно найти некоторые наборы для разработки напрямую от поставщика. Arduino и Raspberry Pi обычно имеются в большом количестве, но наборы для разработки могут быть не доступны в таких же количествах.

Один из аспектов, который сложно учесть, это стоимость. Если сравнивать стоимость разработочной платы (обычно менее 100 долларов за плату, за исключением крупных продуктов FPGA) со стоимостью пользовательской платы, вы обнаружите, что пользовательские платы нужно производить очень большими партиями, чтобы они были конкурентоспособны по стоимости с модулем, доступным с полки. Учитывайте эти моменты разработки, вашу терпимость к рискам и ваш бюджет внимательно, прежде чем выбирать модуль или набор для разработки.

Как найти наборы для разработки, модули и компоненты

Не все компоненты будут иметь наборы для разработки, но выбор таких наборов обычно определяется возможностями конкретных компонентов. Если вы не можете найти набор для разработки, но хотите быстрее получить готовый дизайн, одним из вариантов может быть использование компонента с доступным эталонным дизайном. Иногда, материалы эталонного дизайна, доступные публично, соответствуют набору для разработки, так что большая часть инженерной работы для вашего продукта уже будет выполнена.

Начало работы с тщательно разработанным открытым дизайном также является одним из методов ускорения разработки. Некоторые модули (особенно Arduino и их клонированные варианты) доступны как открытые дизайны, которые можно копировать и модифицировать, или они могут использоваться с пользовательской базовой платой. Если вы выберете любой из этих путей, подумайте о том, как модуль будет крепиться к базовой плате. Варианты включают в себя SMD-пайку для модулей с замковыми соединениями, штыревые разъемы (обычно используются на платах MCU) и мезонинные или другие соединители платы к плате, которые обеспечивают питание и высокоскоростную передачу данных.

Поскольку разработческие платы могут иметь неудобный форм-фактор, открытые входы/выходы, которые не нужны, или они не имеют совместимых соединений с периферийными устройствами, пользовательские платы все еще являются наиболее популярным вариантом для создания новых продуктов. Для более популярных модулей, таких как Arduino, некоторые компании будут продавать специализированные базовые платы, что возлагает на клиента обязанность закупить необходимое количество модулей. В обоих случаях вам потребуется найти некоторые из этих компонентов для пользовательских базовых плат или процессорных плат:

Существует множество других компонентов, которые могут потребоваться в этих пользовательских системах и которые нельзя найти на одноплатном модуле или наборе для разработки. Чтобы помочь вам найти необходимые детали, используйте расширенный поиск и функции фильтрации на Octopart. Когда вы используете поисковую систему электронных компонентов Octopart, вы получаете доступ к актуальным данным о ценах дистрибьюторов, запасах деталей и спецификациях компонентов, и все это доступно в удобном интерфейсе. Посмотрите нашу страницу с интегральными схемами, чтобы найти необходимые компоненты.

Оставайтесь в курсе наших последних статей, подписавшись на нашу рассылку.