Проектирование

Проектирование современных электронных устройств представляет собой сложный инженерно-технологический процесс, требующий привлечения широкого круга специалистов, начиная от менеджеров по поставке компонентов до математиков-программистов, разрабатывающих прошивки FPGA и CPLD микросхем и коды для микроконтроллеров, включая сигнальные процессоры (DSP). Этот процесс разбиваеся на следующие этапы:

1. Выбор элементной базы. Здесь не достаточно только поиска комонентов функционально удовлетворяющих поставленным задачам. Необходимо учитывать множество факторов, начиная от доступности компонентов и их цены, до технологических проблем монтажа спроектированного устройства при серийном производстве. Эффективное решение задачи на данном этапе требует от разработчиков энциклопедических знаний в области элементной базы и отличного знания рынка электронных компонентов. Иными словами, при проектировании устройств сложнее детекторного приемника, знаний о местоположении Митинского радиорынка будет не достаточно.

2. На этом этапе необходимо разрабатывать принципиальную схему устройства. Здесь необходимо начинать с построения математической модели будущего устройства. Модель должна учитывать как физические параметры используемых компонентов, так и функционирование алгоритмов, которые будут заложены в программное обеспечение устройства. Также необходимо предусмотреть возможные отклонения в параметрах компонентов. Это может оказать в будущем неоценимую услугу при появлении проблемных позиций в поставках компонентов. Здесь от разработчиков требуется знание современной элементной базы в плане функционирования компонентов, их описательных моделей (типа Spice) и различных систем автоматизированного проектирования (CAD). То есть не достаточно, допустим, освоить PCAD последней версии. Встроенная в него система моделирования сильно ограничена.

3. Далее наступает пора создания топологии печатной платы. Здесь на первое место выступает опыт в создании электронных устройств. Если топология печатной платы была произведена без учета физических процессов, происходящих в готовом изделии, то устройство может оказаться не работоспособным даже при абсолютно правильной принципиальной схеме. К счастью современные CADы позволяют провести моделирование готовой топологии на предмет стабильности работы, целостности сигналов (signal integrity) и шумовых характеристик. Кроме этого необходимо учитывать технологические требования, возникающие при монтаже изделий. Правильно спроектированная топология печатной платы позволяет существенно уменьшить затраты при серийном производстве, что, в свою очередь, уменьшает конечную себестоимость изделия.

4. Следующий этап – изготовление опытных образцов. Первым и обязательным условием является наличие всех требуемых компонентов. Выполнение этого условия напрямую зависит от квалификации специалистов, выполнявших первый этап. Далее необходимо выбрать из огромного числа производителей печатных плат наиболее достойных. В тендере учитываются факторы сроков изготовления, цены, но главным образом способность производства изготовить печатную платы в точном соответствии техническим требованиям заказчика. Не последнюю роль играет оборудование используемое производителем. Так что без визита на предприятие не обойтись, также как и без консультаций с заводскими технологами на третьем этапе. Все выше сказанное относится и к организации производящей монтаж устройств. Лучшим решением безусловно является размещение всего производственного цикла под одной крышей. Это позволяет существенно уменьшить вероятность возникновения технологических нестыковок, хотя и может привести к удорожанию изделия.

5. Последний этап – оживление готового устройства. Это удел наладчиков и программистов. Требуются специалисты, умеющие пользоваться измерительной апаратурой и владеющие различными средствами разработки программного обеспечения. В основном это касается языков “C”, “VHDL” и различных ассемблеров для микроконтроллеров.

Все перечисленные стадии разработки лучше всего производить в одной организации. В этом случае значительно упрощается процесс приемки работ. Должны быть представлены работающее в соответствии с ТЗ устройство и сопутствующая документация в установленном формате. Инженеры, сотрудничающие с Поставщик.ру имеют многолетний опыт разработки электронных устройств для различных областей промышленности. По ТЗ заказчика в разумные, для обеспечения высокого уровня качества, но, тем не менее, максимально сжатые сроки будет спроектировано и изготовлено устройство и подготовлен комплект конструкторско-технологической документации, а, также, пакет файлов для производства печатной платы. Также мы готовы сотрудничать с заказчиком на любом из перечисленных этапов разработки. Например, разработать FPGA дизайн или код для DSP. Или топологию печатной платы по предоставленной заказчиком схеме. Кроме этого, мы можем выполнить обновление дизайна серийного изделия, переведя его на современную элементную базу.

Ре-дизайн.

Отдельным пунктом следует выделить достаточно часто возникающую необходимость модификации дизайна давно разработанного и успешно работающего устройства. Здесь речь идет не о добавлении новых функций, это прерогатива разработчиков самого устройства, а о оптимизации именно конкретного исполнения авторской задумки. Зачастую разработчики в результате решения достаточно узкого круга задач невольно сужают сектор поиска оптимальных решений для своих разработок. Это связано в основном со стремительным развитием микроэлектроники и, как следствие, с невиданным расширением номенклатуры электронных компонентов. Реально в настоящее время для охвата всего поля подходящих для решения задачи комплектующих нужны поистине энциклопедические знания. Поэтому зачастую принятые решения оказываются далеко не оптимальными в плане себестоимости, технологичности, времени изготовления и многих других параметров. С другой стороны при разводке печатной платы могут быть нюансы и подводные камни, которые уже научились обходить. Так что начинать проектирование с нуля представляется нецелесообразным.

Если авторы разработки по прежнему плодотворно трудятся в компании заказчика, то в процессе модернизации зачастую достаточно ограничиться консультациями по поводу альтернативных решений в выборе элементной базы. Хуже обстоят дела при тиражировании давно разработанных устройств, когда контакт с авторами утерян или затруднен по каким-либо причинам. Очевидным, на первый взгляд, решением является производить все по старым лекалам. Особенно в случаях, когда себестоимость собственно электроники составляет весьма малую часть в окончательной стоимости изделия. Но это на первый взгляд. Проблема в том, что производители электронных компонентов имеют привычку изобретать новые компоненты, при этом совершенствуя технологию их производства в сторону миниатюризации. Как следствие этого процесса, заводы, выпускающие собственно комплектующие, также модифицируются и это не всегда обратимо. В результате электронные компоненты прошлых лет просто оказывается негде делать и, их снимают с производства.

Здесь неискушенный человек может подать идею. Да накупить проблемных комплектующих на сто лет вперед и жить на этих запасах. С одной стороны идея не плохая, особенно помятуя про инфляцию. Но следует иметь ввиду, что компоненты не могут храниться вечно. Из-за естественных химических процессов происходит окисление контактных площадок и, в будущем никто не даст гарантии в надежности пайки при монтаже устройства.

Следовательно, остается единственный выход, модификация дизайна печатной платы. Это, как уже упоминалось, более тонкая работа по сравнению с разработкой устройства с нуля. Здесь требуется скрупулезно изучить имеющийся образец в плане осознания его функционирования. Необходимо составить четкое представление о причинах тех или иных решений в топологии печатной платы. После этого нужно аккуратно заменить проблемные компоненты, так чтобы не нарушить функционирование устройство в целом. В этом смысле уместно уподобить данный процесс работе хирурга. Естественно такого, который не лечит от насморка при помощи гильотины.

Вот это и называют ре-дизайном. Квалификация инженеров компании Поставщик.ру позволяет решать весьма не простые задачи ре-дизайна. Но в этом вопросе естестествено присутствует индивидуальный подход. В ходе анализа может выяснится, что ре-дизайн займет столь много времени, что дешевле произвести разработку с нуля, в смысле с техзадания.