Mô-đun, Bộ Phát Triển và PCB Tùy Chỉnh: Bạn Nên Sử Dụng Cái Nào?

Trở lại những ngày tốt đẹp của năm 2018, khi mọi người đang đối mặt với tình trạng thiếu hụt tụ điện thay vì thiếu hụt bán dẫn, bộ kit phát triển đã đóng vai trò trong marketing và chứng minh ý tưởng thay vì thiết kế hệ thống. Việc mua bộ kit phát triển cho một số linh kiện quan trọng khi chúng có sẵn và sử dụng chúng để xây dựng và thử nghiệm ứng dụng nhúng là điều phổ biến. Chúng cũng rất tốt cho việc thử nghiệm với các chức năng bạn cần, cũng như học cách sử dụng một linh kiện mới.

Giờ đây, với tất cả những khó khăn về chuỗi cung ứng và sự dư thừa hàng tồn kho của các bảng phát triển, tôi đã thấy nhiều dự án nơi các nhà thiết kế đang tận dụng một bộ kit phát triển hoặc một mô-đun như SoM. Họ sẽ bắt đầu với bộ kit phát triển hoặc SoM, và xây dựng một bảng cơ sở/mở rộng xung quanh nó cung cấp thêm chức năng. Một số dự án này là nỗ lực chế tạo mẫu giúp mở ra một con đường ít rủi ro để chứng minh ý tưởng, trong khi những dự án khác là sản phẩm hoàn chỉnh sẽ được sản xuất với số lượng lớn.

Vậy đâu là con đường tốt nhất cho sản phẩm mới của bạn? Chúng tôi sẽ phân tích ưu và nhược điểm.

Tại sao lại Xây dựng Xung quanh Một Mô-đun hoặc Bộ Kit Phát triển?

Các mô-đun và bộ kit phát triển là các bảng hoàn chỉnh có thể được triển khai ngay lập tức trong một hệ thống mới hoặc như một bộ phận độc lập trong một hợp phần điện tử. Các nhà cung cấp bán dẫn cung cấp những bảng và bộ kit này cho các nhà thiết kế sử dụng như công cụ phát triển ứng dụng, chứng minh ý tưởng, và sản phẩm sẵn sàng có thể vận hành toàn bộ hệ thống. Truyền thống, những thứ này là công cụ marketing và luôn là một khoản lỗ cho các nhà cung cấp bán dẫn vì chúng được sản xuất với số lượng thấp. Ý tưởng là cung cấp cho các nhà thiết kế một sản phẩm giúp họ chứng minh một ứng dụng mới trước khi họ thực hiện một lượng lớn mua hàng linh kiện.

Một cách tiếp cận liên quan là sử dụng các mô-đun bảng sẵn có hoặc hệ thống trên mô-đun (SoMs). Những bảng này được phát triển bởi các bên thứ ba, vì vậy bạn có thể không nhận được cùng một mức độ hỗ trợ phát triển như bạn sẽ có khi mua một bộ kit phát triển. Tuy nhiên, cách tiếp cận này có lẽ phổ biến hơn việc điều chỉnh một bộ kit phát triển do sự hỗ trợ cộng đồng có sẵn cho nhiều sản phẩm phổ biến. Một số lựa chọn phổ biến nhất được sử dụng trong sản xuất là các bảng Arduino và Raspberry Pi, mặc dù các bảng khác rất phổ biến như ESP32 và ESP8266 NodeMCU đang được đưa vào sản phẩm cấp sản xuất.

Việc lựa chọn module thường được dẫn dắt bởi linh kiện chính trên bảng mạch (thường là MCU hoặc FPGA), cũng như cách thức sử dụng chúng với các phụ kiện khác trong sản phẩm cuối cùng. Khi làm việc với các module này, thường có hai phương án có thể: hoặc là sử dụng riêng lẻ module mà không cần thêm phụ kiện nào, hoặc xây dựng một bảng mạch cơ sở tùy chỉnh cung cấp kết nối đến một số phụ kiện. Phương án sau được ưa chuộng hơn vì nó mang lại sự linh hoạt để xây dựng một thứ gì đó tùy chỉnh xung quanh một nền tảng đã được chứng minh, đồng thời giảm chi phí tổng thể.

Ưu và Nhược Điểm của Module

• Sản phẩm đã được chứng minh - Ngoại trừ một số sản phẩm của bên thứ ba hoặc thiết kế mã nguồn mở, những sản phẩm này đã được các nhà thiết kế chứng minh và các module phổ biến thường có sẵn nhiều tài nguyên thiết kế.

• Truy cập vào các phụ kiện - Bộ phát triển và module nói chung cung cấp quyền truy cập vào mọi phụ kiện và chân trên bộ xử lý chính. Ý tưởng là cho phép nhà thiết kế thử nghiệm với các kết nối khác nhau hoặc module bên ngoài.

• Tính tuân thủ EMC - Vì những sản phẩm này được sản xuất với số lượng lớn và có sẵn để mua, chúng được yêu cầu phải vượt qua các bài kiểm tra tuân thủ EMC.

• Truy cập vào các tệp thiết kế - Một số sản phẩm phát triển sẽ có sẵn các tệp thiết kế có thể được thích nghi trực tiếp vào một thiết kế mới từ sản phẩm phát triển. Ý tưởng tương tự áp dụng cho các thiết kế mã nguồn mở.

Tổng quan, những yếu tố này giảm thiểu rủi ro cho các nhà thiết kế và nhà phát triển ứng dụng. Ngược lại, có một số lý do để quyết định phát triển một bảng mạch hoàn toàn tùy chỉnh:

• Không kiểm soát được hình dạng - Khi bạn mua một module, bạn nhận được những gì bạn thấy. Bạn bị giới hạn bởi hình dạng của bảng mạch và bạn sẽ phải xây dựng mọi thứ xung quanh nó.

• Khó khăn trong việc thích nghi vào một hệ thống lắp ráp - Đây là một hệ quả từ điểm trước; có thể khó xây dựng một hệ thống lắp ráp hoàn chỉnh đáp ứng yêu cầu trải nghiệm người dùng hoặc hình dạng lý tưởng của một sản phẩm cuối cùng.

• Cổng I/O hoặc phụ kiện không sử dụng - Module sẽ cung cấp quyền truy cập vào mọi phụ kiện trên bộ điều khiển chủ để mục đích thử nghiệm. Điều này thực sự có thể là điều xấu và nó làm tăng kích thước/chi phí của bảng mạch phát triển.

• Chuỗi cung ứng - Nếu bạn dự định sản xuất với số lượng lớn trong một thời gian dài, có thể khó tìm mua một số bộ phát triển trực tiếp từ nhà cung cấp. Arduino và Raspberry Pi thường có sẵn với số lượng lớn, nhưng bộ phát triển có thể không có sẵn với số lượng tương tự.

Một khía cạnh khó giải quyết là chi phí. Nếu bạn so sánh chi phí bảng mạch phát triển (thông thường dưới 100 đô la mỗi bảng mạch trừ các sản phẩm FPGA lớn) với chi phí bảng mạch tùy chỉnh, bạn sẽ thấy rằng bảng mạch tùy chỉnh cần được sản xuất với số lượng rất lớn để có thể cạnh tranh về chi phí với một module có sẵn. Hãy cân nhắc kỹ lưỡng những điểm phát triển này, sự chấp nhận rủi ro của bạn, và ngân sách của bạn trước khi quyết định chọn một module hoặc bộ phát triển.

Cách Tìm Bộ Phát Triển, Module và Linh Kiện

Không phải tất cả các bộ phận đều có bộ phát triển, nhưng việc lựa chọn bộ phát triển thường được dẫn dắt bởi khả năng của các bộ phận cụ thể. Nếu bạn không tìm thấy bộ phát triển, nhưng bạn muốn một con đường nhanh chóng đến một thiết kế hoàn chỉnh, một lựa chọn là sử dụng một linh kiện có sẵn thiết kế tham khảo. Đôi khi, tài liệu thiết kế tham khảo có sẵn công khai trùng khớp với bộ phát triển, vì vậy hầu hết công việc kỹ thuật cần thiết cho sản phẩm của bạn đã được hoàn thành.

Bắt đầu với một thiết kế mã nguồn mở đã được phát triển kỹ lưỡng cũng là một phương pháp để tăng tốc độ phát triển. Một số mô-đun (đáng chú ý nhất là Arduinos và các biến thể sao chép) có sẵn dưới dạng thiết kế mã nguồn mở có thể được sao chép và chỉnh sửa, hoặc chúng có thể được sử dụng với một bảng mạch cơ sở tùy chỉnh. Nếu bạn đi theo bất kỳ hướng nào, hãy xem xét cách mô-đun sẽ được gắn vào bảng mạch cơ sở. Các lựa chọn bao gồm hàn SMD cho các mô-đun có rãnh, đầu nối pin (thường thấy trên các bảng mạch MCU), và đầu nối bảng mạch với bảng mạch khác hoặc các loại đầu nối khác cung cấp nguồn điện và dữ liệu tốc độ cao.

Vì bảng phát triển có thể có hình dạng không tiện lợi, các I/O tiếp xúc không cần thiết, hoặc thiếu kết nối tương thích với các thiết bị ngoại vi, bảng mạch tùy chỉnh vẫn là lựa chọn phổ biến nhất để xây dựng sản phẩm mới. Đối với các mô-đun phổ biến như Arduino, một số công ty sẽ bán bảng mạch cơ sở cụ thể cho ứng dụng, điều này đặt gánh nặng lên khách hàng để mua số lượng mô-đun cần thiết. Trong cả hai trường hợp, bạn sẽ cần tìm một số bộ phận này cho bảng mạch cơ sở tùy chỉnh hoặc bảng mạch xử lý:

• Đầu nối bảng mạch với bảng mạch

• Bộ điều khiển điều chỉnh nguồn

• Bộ chuyển đổi giao diện cho các thành phần và mô-đun ngoại vi cũ

• Cầu giao diện tốc độ cao cho các thiết bị ngoại vi tiên tiến hơn

Có nhiều thành phần khác có thể cần thiết trong các hệ thống tùy chỉnh này mà không thể tìm thấy trên một mô-đun bảng mạch đơn hoặc bộ phát triển. Để giúp bạn tìm các bộ phận bạn cần, sử dụng các tính năng tìm kiếm và lọc nâng cao trên Octopart. Khi bạn sử dụng công cụ tìm kiếm điện tử của Octopart, bạn sẽ có quyền truy cập vào dữ liệu giá của nhà phân phối cập nhật, hàng tồn kho, và thông số kỹ thuật của bộ phận, và tất cả đều dễ dàng truy cập qua giao diện thân thiện với người dùng. Hãy xem trang mạch tích hợp của chúng tôi để tìm các thành phần bạn cần.

Hãy cập nhật với các bài viết mới nhất của chúng tôi bằng cách đăng ký nhận bản tin của chúng tôi.