ТОП-10 фактов об интернете вещей, которые нужно знать разработчику электроники
Обновлено: 18 июн. 2020 г.
Интернет вещей (IoT) уже здесь, он огромен, и будет становиться все масштабнее с течением времени. Создание IoT считается четвертой промышленной революцией. И если все исследования и предположения компании Gartner верны, то уже к 2020 году, по меньшей мере, 26 миллиардов устройств будет подключены к интернету. Все это здорово, но когда ты инженер – конструктор, то понимаешь, насколько далек от всех этих разговоров о будущем. В конце концов, какая именно роль нам отведена в этих модных маркетинговых определениях – «умные дома», «умные автомобили» и «умные города»?
Варианты применения технологии интернет вещей (картинка сверху)
Как оказалось, довольно большая. Разработчикам печатных плат во всем мире, вероятно, приходится труднее всего, когда речь заходит о IoT, ведь им необходимо вмещать весь этот расширенный функционал в корпус, который продолжает уменьшаться. Итак, мы перешли к практическим нюансам мира IoT, и хотим рассказать вам о 10 фактах, которые необходимо знать каждому разработчику печатных плат для того, чтобы стать успешным в мире, где все будет связано между собой.
№1 - Вы будете бороться за каждый сантиметр на вашем макете
Прошли те времена, когда у вас было изобилие свободного пространства для размещения всех дорожек, компонентов и переходных отверстий. Благодаря интернету вещей вам нужно будет вместить огромный функционал во что-то, что вы сможете носить на своем теле, одежде или даже внутри себя.
Возьмем, к примеру, Apple Watch. Модель из алюминия имеет размеры 38,6 мм х 33,3 мм, ее толщина равна 11,4, а вес всего 28,2 г. Снаружи это устройство выглядит отлично, но и внутри оно имеет большие возможности. Мы имеем светодиодный дисплей, память, микроконтроллер SoC, множество сенсоров, чип Bluetooth и объемный аккумулятор. И в итоге мы получаем функционал, который вписывается в размер смартфона, только теперь мы носим его на запястье.
Посмотри на все, что им удалось запихнуть в Apple Watch,
это сумасшествие! (картинка сверху)
Вы можете быть уверены в том, что инженеры Apple боролись за каждый сантиметр пространства на плате, и будьте уверены, что вам предстоит то же самое. Вам нужно будет размещать такие элементы, как дисплеи, камеры, микрофоны, сенсоры, зарядные порты и т. д. И все это в корпусе, который, кажется, становится меньше с каждым годом. Чтобы достичь всей этой компактной функциональности и гибкости, вы, скорее всего, окажетесь на совершенно новом уровне проектирования, включающем гибко-жесткие (Rigid-Flex) печатные платы, а также печатные платы с высокой плотностью трассировки на единицу площади (High Density Interconnect, HDI).
Технология печатных плат HDI прекрасна, поскольку она позволяет более плотное размещение компонентов, а также использование глухих, скрытых и микро переходных отверстий в целях экономии пространства. Что касается гибко-жестких печатных плат, то перед вами все преимущества изгибов и скручиваний, что помогает расположить сразу несколько печатных плат даже в самый маленький корпус. Все идет к тому, что просто «достаточно хорошие» печатные платы больше не будут приниматься рынком.
№2 - Вам придется познакомиться с новыми технологиями монтажа
Попрощайтесь с традиционным сквозным и поверхностным монтажом компонентов печатной платы. Для современных IoT устройств применяются новые технологии, для того, чтобы они выглядели тонкими и изящными, например:
Многокристальные (многочиповые) модули (Multi-Chip Modules (MCM), которые помогают сохранять тонкие форм-факторы, соединяя несколько интегральных схем на одной пластине.
«Система в пакете» (System-in-Package (SiP), облегчающая интеграцию цифровых логических, моделирующих и радиочастотных систем в один чип.
Трехмерная интегральная схема (Three-Dimensional ICs (3D-IC), позволяющая размещать несколько кремниевых схем вместе вертикально для того, чтобы все они действовали как единое устройство и обеспечивали сниженное энергопотребления и занимали меньшую площадь.
У этого MCM модуля четыре микросхемы и все на одной пластине! (картинка сверху)
№3 - Вы будете проектировать весь продукт, а не только печатную плату
Мы все, вероятно, привыкли к процессу разработки традиционной печатной платы и последующей передаче ее инженеру-механику для проверки соответствия. Но в мире IoT все иначе. При меньших форм-факторах действительно важно, чтобы все заинтересованные стороны были вместе в самом начале процесса проектирования. Все для того, чтобы были гарантии, что функционал, форма и бизнес-потребности гармонично сойдутся вместе.
Будьте готовы увидеть свою печатную плату, как часть полноценного
продукта в эпоху IoT. (картинка сверху)
Что значит это для разработчика печатных плат? Прежде чем погрузиться в детали схемы, вам придется сделать больше виртуальных моделей для оценки размеров печатной платы, общего веса продукта и расположения платы в корпусе. Этот способ виртуального моделирования позволяет сосредоточиться на всех аспектах процесса разработки электроники, включая 2D-макет, 3D моделирование физических размеров, а также составление спецификации обязательных материалов, до момента расположения дорожек и компонентов.
№4 - Вы станете лучшими друзьями с вашим инженером-механиком
Помимо виртуального моделирования и процесса планирования продукта, вы должны быть готовы к тому, что потратите некоторое время, общаясь с вашим инженером-механиком. Вполне вероятно, что когда интернет вещей войдет в полную силу, вы и ваша команда механиков будете разрабатывать свой продукт вместе. Больше никаких сборочных линий.
Подожди, Стив (соучредитель компании Apple), это не
твой MCAD-дизайнер! (картинка сверху)
Это означает, что на каждом этапе проектирования, изменений и модификаций механической сборки и печатной платы идет распределение между направлениями в режиме реального времени. Ушли в прошлое дни, когда процесс импорта/экспорта осуществлялся для обмена моделями компонентов и контурами плат только для того, чтобы провести базовую проверку. Вместо этого вы познакомитесь с электронными системами автоматизированного (ECAD) и механического проектирования (MCAD), которые объединяют инженеров и их данные в одном месте, в одном инструменте.
Это действительно вызывает некоторые опасения, в частности, для отрасли ECAD. Существует множество инструментов проектирования печатных плат, которые действительно плохо работают вместе, что и говорить о программном обеспечении MCAD. С каждым инструментом, использующим свой собственный фирменный формат файлов и структуру данных, нам предстоит пройти долгий путь для того, чтобы инженеры-электрики оказались с нами на одной волне, не говоря уже о механике.