Как прототип?

Как прототипирование выполняется в профессиональной среде ЭЭ? Делаете ли вы свои прототипы на макетах, на медных досках в манхэттенском стиле, или вы просто рисуете схемы, заказываете, изготавливаете и собираете печатные платы и работаете с ними, взламывая кое-где при необходимости?

Однажды, около 15 лет назад, я нанял новый EE прямо из коллажа. Свой первый день на работе он спросил у меня, как у нас прототип (макет, проволочная сетка и т. Д.). Я сказал, что мы просто идем прямо к созданию печатной платы, и если она работает, мы отправляем ее!

Пока я шутил, это не далеко от истины. 90% продуктов, которые я разработал (и я сделал много), были сделаны именно так. Мы решаем, что мы хотим сделать, а затем делаем это. Часто первая версия печатной платы не работает идеально, поэтому мы исправляем ее как можно лучше и строим еще один раунд печатных плат. Затем повторите этот процесс, пока он не заработает.

Этот же процесс делается и для неэлектрических вещей. Металлическое или пластиковое шасси и т. Д.

В редких случаях мы чувствуем, что требуется чисто исследовательская плата. Это когда технология, которую мы должны изобрести, очень сложна, и нам нужно опробовать ее, прежде чем выделять ресурсы для создания реального продукта. В этом случае мы будем проектировать печатную плату с учетом НИОКР, а не массового производства. Это означает, что детали на печатной плате разложены так, что их легко исследовать, и нас не очень заботит стоимость их изготовления.

В каждой компании, на которую я работал, так разрабатывались продукты. Эти компании не были такими местами, как НАСА, которые более требовательны к исследованиям.

Я работаю в очень маленькой компании, производящей очень небольшое количество печатных плат, поэтому то, как мы создаем прототипы, вероятно, больше похоже на то, как это делает Дэвид Кесснер. У нас, как правило, очень мало времени и средств, поэтому нам часто действительно нужно попытаться сделать это правильно (в первый раз), а если это не так, то нам просто нужно исправить патчи вручную.

То, что делает наши печатные платы необычными, заключается в том, что, будучи роботизированными устройствами, мы всегда отчаянно стремимся к месту, и это пространство обычно является глупой формой. Когда я проектирую прототип, я пытаюсь ответить на вопрос: «Возможно ли, чтобы эти компоненты поместились в этом пространстве?» Этот прототип иногда может существовать только в САПР, но я должен пройти большую часть пути через макет, прежде чем я смогу быть уверенным, что дизайн выполним. Выполнив большую часть работы по проектированию, я затем перенесу этот проект на свободное место на следующем запуске PCB.

Например, эта маленькая круглая печатная плата имеет диаметр всего 15 мм, но на ней имеется 49 компонентов, а также требуется место для проводов, которые можно припаять к контактам, для питания, связи и программирования. Я сделал макет, чтобы увидеть, возможно ли это. Так было, так что я сделал один.

Сказав, что для более сложной доски, действительно стоит выложить большую, для исследования и определения области. Этот дизайн был выложен в размере 100x100 мм (массивный!) И был неоценим для отладки. Затем он был разложен на этой забавной доске, которая была кошмаром физических ограничений, затрудняя добавление функций отладки. Я был очень рад иметь прототип.

Здесь нет простой «доски». Продукт, который может быть в основном печатной платой, проходит несколько этапов.

Большую часть времени я разрабатываю схему для того, что, по нашему мнению, мы хотим, чтобы продукт делал, но первая версия - это стендовая испытательная плата. Это даже не претендует на окончательную механическую форму. Это доска с таким количеством места, сколько требуется, чтобы иметь возможность исследовать, вносить изменения, если это необходимо, и т. Д. Обычно это прямоугольная доска с резиновыми ножками внизу в углах. Схема - это то, что предназначено для производства, но часто с некоторыми дополнительными средствами отладки. Например, неиспользуемые контакты процессора выводятся на маркированные площадки, а не просто заканчиваются на процессоре. Могут быть дополнительные светодиоды или последовательный порт, даже если у конечного устройства его не будет. Преднамеренные помеченные контрольные точки добавляются для различных промежуточных сетей, к которым может быть полезно подключиться, посмотреть с помощью области, подать сигнал и т. Д. В некоторых местах могут быть перемычки для отключения частей схемы. Смысл этой платы в том, чтобы проверить схему и запустить базовую прошивку.

В необычных случаях, когда я думаю, что цепь опасна или трудно понять, что действительно нужно, я могу протестировать небольшой кусочек на одном из этих макетов со штекерами. Например, некоторое время назад мне приходилось заставлять продукт принимать и обрабатывать ультразвуковые сигналы, но с очень низким током. Вы можете прочитать все таблицы данных, которые есть, но для чего-то подобного требуется настоящий эксперимент, чтобы выяснить, какое усиление достаточно хорошее, как мало пропускной способности можно получить в реальности, и действительно ли некоторые из сверхнизких трюков работают как ожидается. Таблицы транзисторов, как правило, не говорят вам, каковы характеристики детали с несколькими мкА через него. Иногда вам просто нужно что-то попробовать. К счастью, это необычно и может быть ограничено определенной подсхемой. Кстати, Я получил ультразвуковой фронтальный усилитель до 35 мкА при напряжении 3 В и усиление в несколько тысяч при 40 кГц, все с дискретными транзисторами. Это заняло некоторые эксперименты.

После первой тестовой платы клиент неизбежно хочет чего-то иного, чем предполагалось вначале, вы найдете мелочи, которые вы можете захотеть изменить, и т. Д. В следующей версии обычно учитываются механические ограничения, так что, вероятно, это будет более компактная плата. Вы могли бы подумать, что это так, но редко вторая версия готова к отправке. Как правило, это не из-за проблем со схемой, а в основном потому, что теперь все больше людей видят это, чувствуют запах, трогают его, чувствуют это, или иным образом возятся с этим. У всех этих людей есть свое мнение о деталях продукта, и кое-что изменится.

Третья версия иногда может быть готова к производству, но обычно требуется еще один или два оборота, прежде чем все будут довольны или смирились, какая-то часть была перемещена, потому что оригинальная дурацкая штука, с которой она должна была работать, устарела в течение двух лет с тех пор, как кто-то придумал идею продукта и т. д. Я бы сказал, что всего 4 или 5 версий платы наиболее вероятны, больше для крупных организаций, которые гордятся своими процессами и процедурами.

В старые времена, когда маленькое устройство в упаковке представляло собой 8-контактный DIL, а каждый контакт находился на шаге 0,1 ", тогда макетная плата для прототипов выкатилась и была введена в эксплуатацию вместе с паяемой вручную трехмерной скульптурой, показывающей множество компонентов, чтобы доказать концепцию.

В настоящее время я склонен использовать платы разработчиков производителей для большинства новых устройств, которые я хочу опробовать. Все они, как правило, выводят свои выводы ввода / вывода в заголовки и могут быть подключены к другим платам оценки (микроконтроллеру, интерфейсным устройствам и т. Д.). Я создал большую часть нового продукта, просто объединив эти платы.

Мой любимый способ создания прототипов, когда я хочу проверить некоторые мелкие детали, прежде чем доверять черновику или моделированию и помещать небольшой блок на дорогую многослойную печатную плату с чем-то между 100 ... 1000 другими компонентами:

Макетирование. С медными досками.

Схема примерно похожа на рис. 6 в LT Ан-104

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

Это была быстрая проверка для конструкции регулятора напряжения, которая была мне нужна на работе, и я хотел попробовать, прежде чем закончить большую печатную плату. Это выглядит грязно, и это как раз большое преимущество: 30 минут в вашей домашней лаборатории сэкономят дни на перепроектирование вашего проекта, потому что вы пропустили одну крошечную (и очевидную?) Ошибку.

... Всего три крошечных примера, но вы поняли идею. Это быстро и (иногда очень) грязно, но вы можете сократить все, что нужно, и быстро достичь хороших результатов. Очень хороший учебник можно найти на с. 28-31 в App Note 47 Джима Уильямса на веб-сайте LTC .

Конечно, это не будет работать для BGA и тому подобного, но всякий раз, когда мне нужен небольшой взлом, это мой любимый путь.

Перспектива силовой электроники здесь.

Печатные платы, с которыми я работаю, представляют собой комбинацию компонентов, генерирующих шум высокой мощности, и деталей, чувствительных к шуму малой мощности. Поистине, лучшее из обоих миров.

Я склонен следовать двум путям:

1. Если проект основан на какой-то более старой работе, возьмите более старую работу и добавьте / измените вещи по мере необходимости (провод в печатных платах, подвесные части в воздухе, что угодно)

2. Если проект абсолютно новый, и нет возможности использовать что-то старое, то разработайте новую доску с нуля.

Как правило, если вам удастся использовать существующий модуль в качестве отправной точки, и у вас уже есть оборудование в лаборатории (и до тех пор, пока изменения, которые вам нужно внести, не потребуют больше времени для внедрения, чем это было бы необходимо) создать новый блок) это огромная экономия времени и денег, чтобы использовать его в качестве прототипа / макета. Это может занять несколько оборотов только для того, чтобы получить «правильную» плату, и это отнимает у вас время отладки прототипа. Когда-нибудь мы сделаем новую сборку, используя печатные платы старого дизайна и просто заменим детали по мере необходимости. Это устраняет риски, присущие новой компоновке печатной платы.

Всякий раз, когда нам нужно спроектировать новую печатную плату, мы стараемся достичь соответствия / формы / функции как можно ближе к конечному требованию - даже для первого вращения. На всякий случай все работает отлично (ха!). Вращения PCB требуют времени и ресурсов, поэтому мы внимательно изучаем каждую доску, чтобы у них был лучший шанс «работать» (или «работать лучше, чем раньше») каждый раз, когда мы выполняем вращение. Постоянное улучшение, так сказать.

Если я чувствую, что необходимо (или выгодно по расписанию) иметь частичный прототип перед первой версией печатной платы, я склонен создавать его, комбинируя оценочные платы для задействованных технологий или замену для них. Например, плата микроконтроллера может получить проводной интерфейс SPI, соединяющий ее с платой FPGA, или, возможно, будет создан жгут проводов для ударов по битам некоторого модуля из параллельного порта ПК (часто с использованием того, что находится на пути к становится прошивкой устройства, только с другой низкоуровневой оболочкой ввода / вывода).

После запуска линейки продуктов печатные платы из существующих версий продукта (или даже продукты из другой линейки, в которых используется та же технология) часто можно использовать в качестве платформы для создания прототипов. Это может означать что угодно - от простого опробования новых прошивок до использования их с платами eval, или создания небольшого адаптера для замены одного чипа, или даже просто использования печатной платы со всеми удаленными компонентами, кроме одного, в качестве платы коммутации для этого чипа.

Несмотря на то, что если его преследовать далеко, это может легко отвлечь, иногда может быть использована внутренняя возможность сделать простые платы для ПК порядка носителей для конкретных микросхем или небольших микросхем, чтобы добавить дополнительную функциональность (или корректировать пропуски) , Я работал в местах, которые делали это, используя фрезерные / лазерные ресурсы, которые требовались для радиочастотных плат специального назначения, которые мы иногда использовали для небольших логических модулей. Для личных проектов небольшая односторонняя SMT-карта с переносом тонера может быть изготовлена ​​за один час и собрана за секунду - это не качество быстродействующей печатной платы, но быстрый поворот не означает работу схемы в тот же день. Иногда я отправляю файл в совет директоров, а затем делаю свою собственную версию, чтобы проект продолжался.

Как правило, китайские фабрики, с которыми мы работаем, делают прототипы для нас, затем мы вносим в них модификации для исправления проблем, добавления функций и т. Д. Затем они делают другой прототип с нашими изменениями, мы тестируем эту ревизию, обнаруживаем, что они что-то упустили, или наши улучшения вызвали другие проблемы и т. д. и повторяли цикл модификаций, пока он не заработал достаточно хорошо для продажи. (Обратите внимание, что я не сказал «работает отлично» ...) Иногда изменения, которые мы вносим, ​​включают макеты, но обычно это просто компоненты, висящие в пространстве, спаянные друг с другом достаточно крепко, чтобы доказать, что это работает.

Я могу вспомнить лишь несколько раз, когда я сначала собрал большую часть прототипа на макетной плате без припоя, и даже тогда некоторые из компонентов, подключенных к макетной плате, были небольшими собственными печатными платами, или же платами, изготовленными производителем микросхем. или другие доски, которые я лежал вокруг, которые я мог бы разрезать, потому что чипсы невозможно использовать с макетом самостоятельно.