วิธีการสร้างต้นแบบ?

การสร้างต้นแบบทำได้อย่างไรในสภาพแวดล้อม EE มืออาชีพ คุณทำต้นแบบของคุณบน breadboards บนแผ่นทองแดงหุ้มสไตล์แมนฮัตตันหรือคุณแค่วาดแผนงานสั่ง PCBs ที่ทำและประกอบและทำงานร่วมกับพวกเขาแฮ็คที่นี่และที่นั่นถ้าจำเป็น?

ครั้งหนึ่งเมื่อประมาณ 15 ปีที่แล้วฉันจ้าง EE ใหม่จากการจับแพะชนแกะ วันแรกของเขาในงานเขาถามฉันว่าเราต้นแบบอย่างไร (เขียงหั่นขนม Wirewrap ฯลฯ ) ฉันบอกว่าเราเพียงแค่ไปสร้าง PCB โดยตรงและหากใช้งานได้เราจะจัดส่ง!

ในขณะที่ฉันล้อเล่นนี่ไม่ไกลจากความจริง 90% ของผลิตภัณฑ์ที่ฉันออกแบบ (และฉันทำมามาก) ก็ทำแบบนี้ เราตัดสินใจว่าเราต้องการทำอะไรและทำมัน บ่อยครั้งที่เวอร์ชันแรกของ PCB ไม่ทำงานอย่างสมบูรณ์ดังนั้นเราจึงแก้ไขให้ดีที่สุดเท่าที่จะทำได้และสร้างรอบของ PCB ขึ้นมาใหม่ จากนั้นทำซ้ำขั้นตอนนี้จนกว่าจะได้ผล

กระบวนการเดียวกันนี้ทำสำหรับสิ่งที่ไม่ใช่ไฟฟ้าด้วย ตัวถังโลหะหรือพลาสติก ฯลฯ

เราจะรู้สึกว่า PCB เป็นตัวขับเคลื่อนงานวิจัยล้วนๆ นี่คือเมื่อเทคโนโลยีที่เราต้องการประดิษฐ์นั้นยากมากและเราต้องลองก่อนที่จะทุ่มเททรัพยากรเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์จริง ในกรณีนี้เราจะออกแบบ PCB โดยคำนึงถึงการวิจัยและพัฒนาไม่ใช่การผลิตในปริมาณมาก ซึ่งหมายความว่าชิ้นส่วนบน PCB กระจายออกเพื่อให้ง่ายต่อการตรวจสอบและเราไม่สนใจเรื่องค่าใช้จ่ายในการผลิตมากนัก

ในทุก บริษัท ที่ฉันทำงานให้นี่คือวิธีการพัฒนาผลิตภัณฑ์ บริษัท เหล่านี้ไม่ใช่สถานที่อย่าง Nasa ที่มีงานวิจัยหนักกว่า

ฉันทำงานให้กับ บริษัท ขนาดเล็กมากสร้าง PCB จำนวนน้อยมากดังนั้นวิธีที่เราสร้างต้นแบบอาจคล้ายกับวิธีที่ David Kessner ทำ โดยปกติเราจะมีเวลาน้อยมากและเงินทุนดังนั้นเรามักจะต้องพยายามทำให้ถูกต้อง (ish) ในครั้งแรกและถ้ามันไม่เป็นเช่นนั้นเราก็แค่ต้องแก้ไขบอร์ดด้วยมือ

สิ่งที่ทำให้ PCBs ของเราผิดปกติคือเมื่ออยู่ในอุปกรณ์หุ่นยนต์เราจะถูกผลักไปหาพื้นที่และพื้นที่นั้นมักจะมีรูปร่างที่โง่ เมื่อฉันออกแบบต้นแบบคำถามที่ฉันพยายามตอบคือ: 'เป็นไปได้ไหมที่ส่วนประกอบเหล่านี้จะพอดีกับพื้นที่นี้?' ต้นแบบนั้นบางครั้งจะมีอยู่ใน CAD เท่านั้น แต่ฉันต้องใช้เวลาส่วนใหญ่ในการออกแบบก่อนที่จะมั่นใจได้ว่าการออกแบบนั้นเป็นไปได้ หลังจากทำงานออกแบบส่วนใหญ่แล้วฉันจะแอบออกแบบนั้นลงบนพื้นที่ว่างบน PCB ถัดไปที่เราทำ

ตัวอย่างเช่น PCB กลมเล็ก ๆ นี้มีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 15 มม. แต่มีส่วนประกอบ 49 ชิ้นและยังต้องการพื้นที่สำหรับสายไฟเพื่อบัดกรีลงบนแผ่นอิเล็กโทรดสำหรับพลังงานการสื่อสารและการเขียนโปรแกรม ฉันทำเลย์เอาต์เพื่อดูว่าเป็นไปได้หรือไม่ มันเป็นเช่นนั้นฉันจึงได้สร้าง

ต้องบอกว่าสำหรับบอร์ดที่ซับซ้อนกว่านี้มันคุ้มค่าที่จะวางบอร์ดขนาดใหญ่สำหรับการตรวจสอบและกำหนดขอบเขต การออกแบบนี้ถูกวางไว้ที่ 100x100 มม. (ใหญ่มาก!) และมีค่าสำหรับการดีบัก จากนั้นมันถูกวางลงบนกระดานรูปตลกซึ่งเป็นฝันร้ายของข้อ จำกัด ทางกายภาพทำให้ยากที่จะเพิ่มคุณสมบัติการแก้ไขข้อบกพร่อง ฉันดีใจมากที่มีต้นแบบ

ไม่มี "กระดาน" ง่าย ๆ ผลิตภัณฑ์ซึ่งอาจเป็นแผงวงจรส่วนใหญ่ผ่านหลายขั้นตอน

ส่วนใหญ่ฉันออกแบบวงจรสำหรับสิ่งที่เราคิดว่าเราต้องการให้ผลิตภัณฑ์ทำ แต่รุ่นแรกคือบอร์ดทดสอบแบบตั้งโต๊ะ นี่ไม่ใช่การแสร้งทำเป็นว่ามีรูปแบบกลไกขั้นสุดท้าย มันเป็นกระดานที่มีพื้นที่มากที่สุดเท่าที่จะสามารถสำรวจได้ทำการแก้ไขหากจำเป็น ฯลฯ โดยปกติจะเป็นกระดานสี่เหลี่ยมที่มีเท้ายางอยู่ด้านล่างตรงมุม วงจรเป็นสิ่งที่มีไว้สำหรับการผลิต แต่บ่อยครั้งที่มีสิ่งอำนวยความสะดวกเพิ่มเติมในการแก้ปัญหา ตัวอย่างเช่นหมุดตัวประมวลผลที่ไม่ได้ใช้จะถูกนำไปยังแผ่นอิเล็กโทรดแทนการสิ้นสุดที่ตัวประมวลผล อาจมี LED เพิ่มเติมหรือพอร์ตอนุกรมแม้ว่ายูนิตสุดท้ายจะไม่มี จุดทดสอบที่มีป้ายกำกับโดยเจตนาจะถูกเพิ่มสำหรับอวนกลางต่างๆที่อาจเป็นประโยชน์ในการเชื่อมต่อดูขอบเขตการป้อนสัญญาณเข้า ฯลฯ อาจมีจัมเปอร์ในบางแห่งเพื่อตัดการเชื่อมต่อบางส่วนของวงจร จุดประสงค์ของบอร์ดนี้คือการตรวจสอบวงจรและทำให้เฟิร์มแวร์พื้นฐานทำงานได้

ในกรณีที่ผิดปกติเมื่อฉันคิดว่าวงจรมีความเสี่ยงหรือเป็นเรื่องยากที่จะรู้ว่าสิ่งที่จำเป็นจริง ๆ ฉันอาจทดสอบเพียงชิ้นเล็ก ๆ บนหนึ่งใน breadboards ปลั๊กแถบเหล่านั้น ตัวอย่างเช่นเมื่อไม่นานมานี้ฉันต้องทำให้ผลิตภัณฑ์ได้รับและประมวลผลสัญญาณอัลตร้าซาวด์ แต่มีกระแสไฟฟ้าต่ำมาก คุณสามารถอ่านเอกสารข้อมูลทั้งหมดที่มีได้ แต่สำหรับบางอย่างเช่นนี้ต้องใช้การทดลองจริงเพื่อหาสิ่งที่ได้รับนั้นดีพอแบนด์วิดท์เล็ก ๆ น้อย ๆ ที่จะหายไปได้ในความเป็นจริงหรือไม่ ที่คาดหวัง โดยทั่วไปแล้วแผ่นข้อมูลทรานซิสเตอร์ไม่ได้บอกคุณว่าคุณสมบัติของชิ้นส่วนนั้นมีเพียงไม่กี่ ru ที่ผ่านไป บางครั้งคุณต้องลองสิ่งต่างๆ โชคดีที่ผิดปกติและสามารถ จำกัด วงจรย่อยที่เฉพาะเจาะจง ยังไงซะ, ฉันได้เครื่องขยายเสียงส่วนหน้าแบบอัลตร้าซาวด์ลดลงถึง 35 µA ที่ 3 โวลต์ปัจจุบันและได้รับไม่กี่ 1000 ที่ 40 kHz ทั้งหมดมีทรานซิสเตอร์ไม่ต่อเนื่อง นั่นเป็นการทดลองบางอย่าง

หลังจากบอร์ดทดสอบชุดแรกลูกค้าย่อมต้องการบางสิ่งที่แตกต่างจากที่จินตนาการไว้ในตอนแรกคุณจะพบสิ่งเล็ก ๆ น้อย ๆ ที่คุณอาจต้องการต่าง ๆ เป็นต้นรุ่นถัดไปมักจะคำนึงถึงข้อ จำกัด เชิงกลดังนั้นอาจเป็นกระดานที่หนากว่า คุณคิดว่ามันเป็นแบบนั้น แต่ไม่ค่อยมีรุ่นที่สองพร้อมที่จะส่ง นั่นไม่ใช่โดยทั่วไปเนื่องจากปัญหาเกี่ยวกับวงจร แต่ส่วนใหญ่เป็นเพราะตอนนี้ผู้คนจำนวนมากขึ้นที่จะได้เห็นกลิ่นสัมผัสสัมผัสและอื่น ๆ ด้วย คนเหล่านี้ล้วนมีความคิดเห็นของตัวเองเกี่ยวกับรายละเอียดของผลิตภัณฑ์และบางสิ่งจะเปลี่ยนไป

รุ่นที่สามบางครั้งอาจพร้อมสำหรับการผลิต แต่โดยปกติแล้วจะใช้เวลาหนึ่งหรือสอง revs ก่อนที่ทุกคนจะมีความสุขหรือได้รับในบางส่วนก็ย้ายเพราะต้นฉบับ dookicky สิ่งนี้ควรจะทำงานกับได้ล้าสมัยในสองปีตั้งแต่ บางคนใฝ่ฝันถึงแนวคิดของผลิตภัณฑ์และอื่น ๆ ฉันว่าทั้งหมด 4 หรือ 5 เวอร์ชั่นของบอร์ดเป็นไปได้มากที่สุดสำหรับองค์กรขนาดใหญ่ที่มีความภาคภูมิใจในกระบวนการและขั้นตอน

ในสมัยก่อนเมื่ออุปกรณ์แพคเกจขนาดเล็กเป็น 8 พิน DIL และพินทุกอันอยู่ในระยะ 0.1 "จากนั้นปลั๊กอินสำหรับสร้างต้นแบบจะถูกล้อออกและกดเข้าไปในบริการ พิสูจน์แนวคิด

ทุกวันนี้ฉันมักจะใช้บอร์ดพัฒนาผู้ผลิตสำหรับอุปกรณ์ใหม่ส่วนใหญ่ที่ฉันต้องการลอง ทั้งหมดเหล่านี้มักจะมีหมุด I / O ของพวกเขานำออกมาที่ส่วนหัวและสามารถเชื่อมต่อกับบอร์ดประเมินผลอื่น ๆ (ไมโครคอนโทรลเลอร์อุปกรณ์อินเตอร์เฟส ฯลฯ ) ฉันได้สร้างผลิตภัณฑ์ใหม่ส่วนใหญ่เพียงแค่เข้าร่วมบอร์ดเหล่านี้เข้าด้วยกัน

วิธีที่ฉันชอบในการทำต้นแบบเมื่อใดก็ตามที่ฉันต้องการตรวจสอบรายละเอียดเล็ก ๆ น้อย ๆ ก่อนที่จะเชื่อถือร่างหรือการจำลองและวางบล็อกเล็ก ๆ ลงบนแผ่น PCB หลายชั้นราคาแพงกับอะไรก็ได้ระหว่าง 100 ... 1,000 ส่วนประกอบอื่น ๆ :

Breadboarding พร้อมกระดานหุ้มทองแดง

วงจรมีลักษณะคล้ายกับมะเดื่อ 6 ใน LT's AN-104

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

นี่เป็นการตรวจสอบด่วนสำหรับการออกแบบตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่ฉันต้องการในที่ทำงานและต้องการลองก่อนที่จะเสร็จสิ้น PCB ขนาดใหญ่ มันดูยุ่งเหยิงและนี่เป็นข้อได้เปรียบที่ยิ่งใหญ่อย่างแน่นอน: 30 นาทีในห้องแล็บที่บ้านของคุณจะช่วยประหยัดเวลาในการออกแบบโครงการของคุณอีกครั้งเพราะคุณพลาด gotcha เพียงเล็กน้อย (และชัดเจน) gotcha

... ตัวอย่างเล็ก ๆ น้อย ๆ สาม แต่คุณได้รับความคิด มันรวดเร็วและ (บางครั้งมาก) สกปรก แต่คุณสามารถทำให้สั้นได้ทุกสิ่งที่ต้องทำให้สั้นและบรรลุผลที่ดีอย่างรวดเร็ว บทแนะนำที่ดีมากสามารถพบได้ในหน้า p 28-31 ในจิมวิลเลียมส์ App หมายเหตุ 47 บนเว็บไซต์ของ

แน่นอนว่านี่จะไม่ทำงานกับ BGA และสิ่งที่คล้ายกัน แต่เมื่อใดก็ตามที่ฉันต้องการแฮ็กขนาดเล็กนี่เป็นวิธีที่ฉันชอบ

มุมมองอิเล็กทรอนิกส์กำลังที่นี่

PCBs ที่ฉันทำงานด้วยเป็นการผสมผสานระหว่างส่วนประกอบที่สร้างเสียงรบกวนกำลังสูงและชิ้นส่วนที่ไวต่อเสียงรบกวนพลังงานต่ำ แท้จริงแล้วสิ่งที่ดีที่สุดของทั้งสองโลก

ฉันมักจะติดตามสองเส้นทาง:

1. หากโครงการนี้ขึ้นอยู่กับงานที่เก่ากว่าใช้งานเก่าและ Add-on / เปลี่ยนแปลงสิ่งต่าง ๆ ตามความจำเป็น (สายใน PCB แขวนชิ้นส่วนในอากาศไม่ว่าอะไรก็ตาม)

2. หากโครงการนี้เป็นโครงการใหม่ทั้งหมดและไม่มีทางที่จะใช้ประโยชน์จากสิ่งเก่า ๆ ได้ให้ออกแบบบอร์ดใหม่ตั้งแต่เริ่มต้น

โดยทั่วไปหากคุณสามารถหลีกเลี่ยงการใช้หน่วยที่มีอยู่เป็นจุดเริ่มต้นของคุณและคุณมีฮาร์ดแวร์อยู่ในแล็บแล้ว (และตราบใดที่การเปลี่ยนแปลงที่คุณต้องทำให้ไม่จบลงต้องใช้เวลานานกว่าที่จะทำได้ สร้างหน่วยที่สดใหม่) มันเป็นเวลาที่ยอดเยี่ยมและประหยัดเงินในการใช้มันเป็นเครื่องต้นแบบ / เขียงหั่นขนมของคุณ อาจใช้เวลาหลายสปินเพียงเพื่อให้ PCB "ถูกต้อง" และสิ่งนี้จะกินเข้าไปในเวลาการดีบักต้นแบบของคุณ บางครั้งเราจะสร้างใหม่โดยใช้ PCBs ของการออกแบบแบบเก่าและเปลี่ยนชิ้นส่วนตามต้องการ สิ่งนี้จะช่วยลดความเสี่ยงที่เกิดขึ้นกับโครงร่าง PCB ใหม่

เมื่อใดก็ตามที่เราต้องการออกแบบ PCB ใหม่เราพยายามที่จะบรรลุความเหมาะสม / รูปแบบ / ฟังก์ชั่นให้ใกล้เคียงที่สุดกับความต้องการที่สิ้นสุด - แม้สำหรับการหมุนครั้งแรก ในกรณีที่สิ่งต่าง ๆ ทำงานได้อย่างสมบูรณ์แบบ (ฮ่า!) PCB หมุนต้องใช้เวลาและทรัพยากรดังนั้นเราจึงกลั่นกรองทุกบอร์ดอย่างใกล้ชิดเพื่อให้พวกเขามีโอกาสที่ดีที่สุดในการ 'ทำงาน' (หรือ 'ทำงานได้ดีกว่า แต่ก่อน') ทุกครั้งที่เราหมุน การปรับปรุงอย่างต่อเนื่องเพื่อที่จะพูด

ถ้าฉันรู้สึกว่ามันเป็นสิ่งจำเป็น (หรือกำหนดเวลาได้เปรียบ) ที่จะมีต้นแบบบางส่วนก่อนเวอร์ชั่น PCB แรกฉันมักจะสร้างมันขึ้นมาโดยการรวมบอร์ดการประเมินผลสำหรับเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องหรือสแตนด์บายสำหรับพวกเขา ตัวอย่างเช่นบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์อาจได้รับอินเตอร์เฟส SPI แบบใช้สายมือที่เชื่อมต่อกับบอร์ด FPGA หรือบางทีอาจจะเป็นชุดสายไฟเพื่อสร้างโมดูลบางส่วนจากพีซีพอร์ตขนาน (มักใช้สิ่งที่อยู่ระหว่างทางเพื่อ กลายเป็นเฟิร์มแวร์อุปกรณ์เฉพาะด้วยตัวห่อหุ้ม I / O ระดับต่ำที่แตกต่างกัน)

เมื่อคุณเริ่มสายผลิตภัณฑ์ PCB จากผลิตภัณฑ์รุ่นปัจจุบัน (หรือแม้แต่ผลิตภัณฑ์จากสายอื่นที่ใช้เทคโนโลยีเดียวกัน) สามารถใช้เป็นแพลตฟอร์มต้นแบบได้ นั่นอาจหมายถึงอะไรก็ได้จากการทดลองใช้เฟิร์มแวร์ใหม่ไปจนถึงการใช้พวกมันกับบอร์ด eval หรือทำอะแดปเตอร์เล็ก ๆ เพื่อแทนที่หนึ่งชิปหรือแม้แต่แค่ใช้ PCB โดยถอดส่วนประกอบทั้งหมดออก

ถึงแม้ว่ามันจะสามารถกลายเป็นสิ่งที่ทำให้ไขว้เขวได้ง่าย แต่ก็มีบางครั้งที่ความสามารถในการทำบอร์ด PC อย่างง่ายตามคำสั่งของผู้ให้บริการสำหรับไอซีเฉพาะหรือวงจรขนาดเล็กเพื่อเพิ่มฟังก์ชั่นเพิ่มเติม . ฉันทำงานในสถานที่ที่ทำสิ่งนี้ด้วยทรัพยากรการกัด / เลเซอร์ที่จำเป็นสำหรับบอร์ด RF วัตถุประสงค์พิเศษซึ่งบางครั้งเราใช้ประโยชน์จากโมดูลลอจิกขนาดเล็ก สำหรับโครงการส่วนบุคคลบอร์ด SMT ที่มีการส่งผ่านผงหมึกขนาดเล็กสามารถผลิตได้ในหนึ่งชั่วโมงและประกอบในหนึ่งวินาที - ไม่ใช่คุณภาพของ PCB turn turn ที่รวดเร็ว แต่การหมุนเร็วไม่ได้หมายถึงการทำงานของวงจรในวันเดียวกัน บางครั้งฉันจะส่งไฟล์ไปยังบอร์ดเฮ้าส์จากนั้นสร้างเวอร์ชั่นของฉันเองเพื่อให้โปรเจ็กต์เคลื่อนไหว

โดยปกติแล้วโรงงานในจีนที่เราทำงานสร้างต้นแบบให้กับเราจากนั้นเราจะทำการแก้ไขเพื่อแก้ไขปัญหาเพิ่มคุณสมบัติ ฯลฯ จากนั้นพวกเขาสร้างต้นแบบขึ้นมาใหม่ด้วยการเปลี่ยนแปลงของเราเราทดสอบการแก้ไขพบว่าพวกเขาพลาดอะไรบางอย่าง หรือการปรับปรุงของเราทำให้เกิดปัญหาอื่น ๆ และทำซ้ำรอบการแก้ไขจนกว่าจะทำงานได้ดีพอที่จะขาย (โปรดทราบว่าฉันไม่ได้พูดว่า "ทำงานได้อย่างสมบูรณ์แบบ" ... ) บางครั้งการเปลี่ยนแปลงที่เราทำเกี่ยวข้องกับเขียงหั่นขนม แต่โดยปกติแล้วพวกเขาเป็นเพียงส่วนประกอบที่แขวนอยู่ในอวกาศที่ถูกบัดกรีให้กันและกันซึ่งแข็งแรงพอที่จะพิสูจน์ได้

ฉันสามารถคิดได้เพียงไม่กี่ครั้งเมื่อฉันสร้างต้นแบบต้นแบบส่วนใหญ่บนบอร์ดที่ไม่มีการบัดกรีก่อนและแม้กระทั่งบางสิ่งที่เสียบเข้ากับเขียงหั่นขนมเป็นแผงวงจรขนาดเล็กของตัวเอง หรือโต๊ะอื่น ๆ ที่ฉันนอนอยู่รอบ ๆ ที่ฉันสามารถตัดเพราะชิปเป็นไปไม่ได้ที่จะใช้กับเขียงหั่นขนมด้วยตัวเอง