Як прототипувати?

Як проводиться складання прототипів у професійному середовищі ЕЕ? Ви робите свої прототипи на макетних дошках, на мідних обшитих дошках, манхеттенському стилі, або ви просто малюєте схеми, замовляєте виготовлені та зібрані друковані плати та працюєте з ними, хакуючи тут і там, якщо потрібно?

Одного разу, близько 15 років тому, я найняв нову EE прямо з колажу. Свій перший день на роботі він запитав у мене, як ми прототипуємо (макет, дроти та ін.). Я сказав, що ми просто переходимо до виготовлення друкованої плати, і якщо вона працює, ми її доставляємо!

Поки я жартував, це далеко не правда. 90% продуктів, які я сконструював (і я багато зробив), були зроблені таким чином. Ми вирішуємо, що хочемо зробити, а потім це робимо. Часто перша версія друкованої плати не працює ідеально, тому ми виправляємо її якнайкраще і створюємо ще один раунд друкованих плат. Потім повторюйте цей процес, поки він не працює.

Цей же процес робиться і для неелектричних речей. Металеве або пластикове шасі тощо.

Рідко ми будемо відчувати, що потрібна чисто керована науково-дослідна плата. Це тоді, коли технологію, яку нам потрібно вигадати, дуже складно, і нам потрібно спробувати її, перш ніж присвятити ресурси виготовлення фактичного продукту. У цьому випадку ми будемо проектувати друковану плату з урахуванням НДДКР, а не обсягу виробництва. Це означає, що деталі на друкованій платі розкладені, тому їх легко пробувати, і ми не так сильно піклуємося про вартість її виготовлення.

У кожній компанії, над якою я працював, саме так розвивались продукти. Ці компанії не були такими місцями, як Nasa, які більш важкі для досліджень.

Я працюю в дуже невеликій компанії, виготовляючи дуже малу кількість друкованих плат, тому спосіб виготовлення прототипів, мабуть, більше схожий на те, як це робить Девід Кесснер. Нам зазвичай не вистачає часу та фінансування, тому нам часто справді потрібно намагатися встигнути правильно (іш), а якщо це не так, то нам просто доведеться обклеїти дошки вручну.

Те, що робить наші друковані плати незвичайними, - це те, що, перебуваючи в робототехнічних пристроях, нас завжди відчайдушно підштовхують до простору, і цей простір зазвичай є дурною формою. Коли я розробляю прототип, питання, на яке я намагаюся відповісти: "Чи можливо, щоб ці компоненти вміщувалися в цьому просторі?" Цей прототип іноді буде існувати лише в САПР, але мені доведеться пройти більшу частину шляху через макет, перш ніж я можу бути впевнений, що дизайн здійсненний. Зробивши більшу частину дизайнерських робіт, я потім підкраду цей дизайн на запасний шматочок місця під час наступного запуску друкованої плати.

Наприклад, ця маленька кругла друкована плата діаметром лише 15 мм, але на ній 49 компонентів, а також потрібен провід для проводки для пайки на колодки, для живлення, зв'язку та програмування. Я зробив макет, щоб побачити, чи це можливо. Це було, тому я зробив один.

Сказавши, що для більш складної дошки насправді варто викласти велику, для зондування та обстеження. Ця конструкція була викладена в 100x100 мм (масивна!) І була неоціненною для налагодження. Потім це було викладено на тій кумедній формі дошки, яка була кошмаром фізичних обмежень, що ускладнювало додавання налагоджувальних функцій. Я був дуже радий, що мав прототип.

Немає простої «дошки». Продукт, який може бути в основному платою, проходить через кілька кроків.

Більшу частину часу я розробляю схему для того, що, на нашу думку, хочемо зробити продуктом, але перша версія - це тестова дошка для стенду. Це навіть не претендує на остаточну механічну форму. Це дошка з стільки місця, скільки потрібно, щоб мати можливість зондувати, вносити зміни, якщо потрібно, і т. Д. Це, як правило, прямокутна дошка з гумовими ніжками внизу в кутах. Схема - це те, що призначене для виробництва, але часто з деякими додатковими засобами налагодження. Наприклад, невикористані штифти процесора виводяться на марковані колодки, а не просто закінчуються на процесорі. Можуть бути додаткові світлодіоди, а може бути і послідовний порт, навіть якщо в кінцевому блоці його не буде. Навмисні мічені тестові бали додаються для різних проміжних мереж, які можуть бути корисними для підключення, перегляду сфери застосування, подачі сигналу в тощо. У декількох місцях можуть бути перемички для відключення частин ланцюга. Сенс цієї плати полягає в тому, щоб перевірити схему та запустити та запустити базову прошивку.

У незвичайних випадках, коли я вважаю, що ланцюг є ризикованим або важко дізнатися, що насправді потрібно, я можу перевірити лише невеликий шматок на одній із цих дощок із заглушками. Наприклад, деякий час тому мені довелося змусити продукт приймати і обробляти ультразвукові сигнали, але з дуже низьким струмом. Ви можете прочитати всі наявні таблиці даних, але для чогось подібного потрібні реальні експерименти, щоб з’ясувати, який коефіцієнт виграшу є достатньо хорошим, наскільки мало пропускної здатності можна отримати в реальності та чи справді деякі надзвичайно низькі поточні трюки справді працюють очікуваний. Таблиці даних транзисторів, як правило, не говорять про те, які характеристики деталей мають лише кілька мкА через неї. Іноді просто потрібно спробувати речі. На щастя, це незвично і може бути обмежено певним підсхемою. До речі, Я отримав ультразвуковий підсилювач переднього кінця до 35 мкА при 3 В струму спокою і коефіцієнт посилення в декілька 1000 при 40 кГц, все з дискретними транзисторами. Це потребувало деяких експериментів.

Після першої тестової дошки замовник замовник неминуче бажає чогось іншого, ніж спочатку передбачалося, ви знайдете дрібниці, які ви хочете відрізняти і т. Д. Наступна версія зазвичай враховує механічні обмеження, тому, ймовірно, менша більш набита дошка. Ви б могли подумати, що це було так, але рідко є друга версія готова до доставки. Це, як правило, не через проблеми із ланцюгом, а здебільшого тому, що тепер все більше людей отримують його бачити, нюхати, торкатися, відчувати його та іншим чином з ним гнуться. Ці люди мають власну думку щодо деталей продукту, і кілька речей зміниться.

Третя версія іноді може бути готова до виробництва, але, як правило, потрібно ще один або два обороти, перш ніж всі будуть задоволені або віддалися, якась частина перенеслась, оскільки оригінальна дурманська ця річ повинна була працювати з застарілою протягом двох років з часу хтось придумав ідею продукту і т. д. Я б сказав, що всього 4 чи 5 версій ради - це найімовірніше, більше для великих організацій, які пишаються процесом та процедурами.

За старих часів, коли невеликим пристроєм для упаковки був 8-контактний DIL і кожен штифт знаходився на кроці 0,1 дюйма, тоді платівку для складання прототипів можна було викрутити і натиснути на службу, разом із деякою паяною рукою 3D-скульптурою, що містить безліч компонентів довести концепцію.

В даний час я схильний використовувати дошки розробників для більшості нових пристроїв, які я хочу спробувати. У всіх цих, як правило, свої штифти вводу-виводу виводяться до заголовків і їх можна підключати до інших плат оцінок (мікроконтролерів, інтерфейсних пристроїв тощо). Я створив більшість нового продукту, просто з'єднавши ці плати разом.

Мій улюблений спосіб прототипування кожного разу, коли я хочу перевірити деякі дрібні деталі, перш ніж довіряти чернетку чи моделювання та нанести невеликий блок на дорогу багатошарову друковану плату із чим-небудь між 100 ... 1000 іншими компонентами:

Хлібні дошки. З обробленими міддю дошками.

Схема приблизно схожа на рис. 6 в ан-104 LT

Джерело: https://electronics.stackexchange.com/a/15059/930

Це була швидка перевірка дизайну регулятора напруги, який мені потрібен на роботі, і я хотів спробувати, перш ніж закінчити велику друковану плату. Це виглядає безладно, і це саме велика перевага: 30 хвилин у вашій домашній лабораторії заощадять дні на переробку вашого проекту, оскільки ви пропустили одну крихітну (і очевидну?) Гончу.

... Всього три крихітні приклади, але ви розумієте. Це швидко і (іноді дуже) брудно, але ви можете залишати коротким все, що потрібно, щоб бути коротким і дуже швидко досягати хороших результатів. Дуже хороший підручник можна знайти на с. 28-31 у примітці додатка 47 Джима Вільямса на веб-сайті LTC .

Звичайно, це не спрацює для BGA і тому подібне, але щоразу, коли мені потрібно лише крихітний злом, це мій улюблений шлях.

Перспектива силової електроніки тут.

Друковані плати, з якими я працюю, являють собою поєднання компонентів, що генерують шум високої потужності, та деталей з низькою потужністю шуму. Воістину, найкраще з обох світів.

Я схильний слідувати двома шляхами:

1. Якщо проект базується на старішій роботі, візьміть старіші роботи та доповнюйте / міняйте речі за потребою (провід на друкованих плат, повісьте деталі в повітрі, що завгодно).

2. Якщо проект абсолютно новий, і немає можливості використовувати щось старе, тоді спроектуйте нову дошку з нуля.

Як правило, якщо ви можете піти з використання наявного підрозділу в якості вихідного пункту, і ви вже маєте апаратне забезпечення в лабораторії (і до тих пір, поки зміни, які вам потрібно внести, не потребують більше часу, ніж це потрібно для впровадження побудувати свіжий блок) - це величезна економія часу та грошей, щоб використовувати це як свій прототип / макет. Це може зайняти кілька обертів лише для того, щоб плата була «правильною», і це потрапляє на час налагодження прототипу. Колись ми зробимо свіжу конструкцію, використовуючи друковані плати старого дизайну та просто замінивши деталі за потребою. Це знімає ризики, притаманні новій схемі друкованої плати.

Щоразу, коли нам потрібно розробити нову друковану плату, ми намагаємось досягти придатності / форми / функції максимально наближеної до кінцевої потреби - навіть для першого віджиму. Про всяк випадок, коли все ідеально працює (га!). Закрутки друкованої плати вимагають часу та ресурсів, тому ми ретельно перевіряємо кожну плату, щоб вони мали найкращі шанси «працювати» (або «працювати краще, ніж раніше») кожного разу, коли ми робимо обертання. Постійне вдосконалення, так би мовити.

Якщо я вважаю, що потрібно (або вигідно з графіком) мати частковий прототип до першої версії PCB, я схильний створювати його, комбінуючи дошки з оцінювання для відповідних технологій або стоячи для них. Наприклад, плата мікроконтролера може отримати провідний інтерфейс SPI, що з'єднує його з платою FPGA, або, можливо, створено джгутовий проводку, щоб розрядити якийсь модуль з паралельного порту ПК (часто використовуючи те, що знаходиться на шляху до стає мікропрограмним забезпеченням пристрою, лише з іншою обгорткою вводу / виводу низького рівня).

Після запуску лінійки продуктів PCB із існуючих версій продукту (або навіть продукту з іншої лінійки, яка використовує деякі ті самі технології), часто може використовуватися як платформа для прототипування. Це може означати що завгодно - просто пробувати нову прошивку, використовувати їх з плат eval, або робити трохи адаптера для заміни одного мікросхеми, або навіть просто використовувати друковану плату зі всіма видаленими компонентами, як плату для цього чіпа.

Хоча якщо досягти цього далеко, це може легко відволіктись, інколи може бути корисним для внутрішніх можливостей виготовлення простих плат на замовлення носіїв для певних ІС або малих мікросхем, щоб додати додаткову функціональність (або виправити пропуск) . Я працював на місцях, які робили це за допомогою фрезерних / лазерних ресурсів, необхідних для радіочастотних плат спеціального призначення, які ми іноді використовували для невеликих логічних модулів. Для особистих проектів невелика одностороння плата SMT для передачі тонера може бути вироблена за одну годину та зібрана за секунду - це не якість будинку, що швидко перетворюється на друкованій платі, але швидкий поворот не означає роботу ланцюга в один день. Я іноді надсилаю файл до дому дому, а потім виготовляю власну версію, щоб проект рухався.

Зазвичай китайські фабрики, з якими ми працюємо, роблять прототипи для нас, потім ми вносимо до них модифікації, щоб вирішити проблеми, додати функції тощо. Потім вони роблять ще один прототип з нашими змінами, ми перевіряємо цю ревізію, виявляємо, що вони щось пропустили, або наші вдосконалення спричинили інші проблеми тощо, і повторюємо цикл модифікацій, поки він не працює досить добре, щоб продати. (Зауважте, я не сказав "працює чудово" ...) Іноді зміни, які ми вносимо, стосуються макетів, але зазвичай це просто компоненти, що висять у просторі, припаяному один до одного, досить сильно, щоб довести, що це працює.

Я можу подумати лише про кілька разів, коли я фактично спочатку побудував більшість прототипу на дошці без пайки, а вже потім деякі речі, включені до макетної плати, були власними невеликими платами, або дошками eval, виготовленими виробником чіпів. або інші дошки, які я лежав навколо, які я міг би вирізати, оскільки чіпси неможливо самостійно використовувати з дошкою.