כיצד לבחור מיקרו-בקר בתכנון אלקטרוני PCB
שלב קריטי (יש שיגידו הקריטי ביותר) בתהליך של תכנון כרטיס הוא בחירת מיקרו-בקר המתאים לכרטיס. שלב בחירת הבקר הוא השלב הראשוני של תכנון מערכת חדשה מכיוון שהרכיב הנבחר צריך למלא את כל הדרישות הפונקציונאליות של המערכת שנרצה לפתח. בבלוג הבא נדבר על מספר שלבים אשר יעזרו לכם לבחור את הבקר הבא שלכם.
אז מה זה מיקרו-בקר?
מיקרו-בקר הוא התקן מעגל משולב (IC) אשר מרכיב מערכת מחשב פונקציונלית שלמה, המכווצת לשבב אלקטרוני בודד (או מודול קטן מאוד).
מיקרו-בקר כולל התקנים כמו מעבד, זיכרון, חיבורים היקפיים וקלט / פלט, הכל בתוך אריזה קטנה. רכיבים אלה מותאמים במיוחד ליישומים משובצים הדורשים פונקציונליות עיבוד וגם תקשורת מהירה עם רכיבים דיגיטליים, אנלוגיים או אלקטרומכניים.
אז איך נבחר את ה- מיקרו-בקר המתאים לנו?
שלב 1 – ערכו רשימה של ממשקי חומרה נדרשים
בעזרת דיאגרמת בלוקים כללית של החומרה, ערכו רשימה של כל הממשקים החיצוניים בהם יצטרך הבקר לתמוך. ישנם שני סוגים כלליים של ממשקים שצריך לרשום. הראשון הם ממשקי תקשורת. אלה הם חיבורים היקפיים כגון USB, I2C, SPI, UART וכן הלאה. הסוג השני של הממשקים הוא כניסות ויציאות דיגיטליות, כניסות אנלוגיות לדיגיטליות, PWM וכו'. שני סוגי הממשקים הללו יכתיבו את מספר הכניסות שיידרשו על ידי המיקרו-בקר.
המערכת יכולה להופיע כתמונה או כבלוקים ממשיים שמתחברים לאובייקטים במעגל בתוך שרטוט ב-Altium.
דוגמא לדיאגרמת בלוקים בסכימה שהודבקה כתמונה ב- Altium
שלב 2 – בחירת תדר השעון
קצב השעון מתייחס בדרך כלל לתדר העבודה (או קצב ייצור הפולסים שמיוצר לרוב על ידי מתנד גבישי, oscillator crystal) של המעבד. אם אתה רוצים בקר בעל יכולות DSP חזקות ובכלל ביצוע פעולות כפי שנדרש, עליכם לתעדף מכשירים התומכים בתדרי מעבד גבוהים. הדבר כמובן נקבע בהתאם לקצב העיבוד והניתוח שתרצו להגיע אליו אשר נגזר בסופו של דבר מהממשקים שבחרתם יחד עם הפעולות שתרצו לעשות.
שלב 3 – זיהוי צרכי זיכרון
Flash ו- RAM הם שני רכיבים קריטיים מאוד של כל מיקרו-בקר. אין ספק כי הקפדה על שטח התוכנה היא ללא ספק בראש סדר העדיפויות. הרבה יותר קל לבחור בקר עם יותר מדי תכונות מאשר לא מספיק. באותו אופן להגיע לסוף התכנון ולגלות שאתם צריכים 120% מהשטח הקיים יכול ליצור בעיה ממשית. לכן יהיה קל יותר להתחיל עם יותר שטח ואז לעבור אחר כך לחלק מוגבל יותר באותה משפחת שבבים. באמצעות ארכיטקטורת התוכנה מהנדס יכול להעריך כמה פלאש ו- RAM יידרשו ליישום. אל תשכחו להשאיר מקום נוסף לתכונות נוספות ולגרסאות הבאות. זה יחסוך כאבי ראש רבים בעתיד.
שלב 4 – התחילו לחפש מיקרו-בקר
כעת לאחר שאנחנו יודעים מה התכונות והפרמטרים הנדרשים ניתן לחפש את הבקר.
מקום אחד שיכול להיות מקום טוב להתחיל בו הוא עם ספק מיקרו-בקר כמו Arrow, Avnet, Future Electronics או אחר. שוחחו עם מהנדס אפליקציה של אותן החברות על היישום והדרישות שלכם, לעתים קרובות הם יכולים לכוון אתכם לבקר חדש העומד בדרישות אבל תמיד מומלץ להתייעץ עם יותר מספק אחד.
מקום נוסף שתמיד כדאי לבחון הוא ספק שאתם כבר מכירים או ששמעתם עליו ממכרים. לדוגמא, אם השתמשתם בעבר ב- STMicroelectronics והייתה לכם חוויה טובה איתם, התחילו באתר שלהם. לרוב הספקים יש מנוע חיפוש המאפשר לכם להזין את הממשקים ההיקפיים שלכם, קלט / פלט ודרישות הספק. זה יצמצם את רשימת הבקרים התואמים את הקריטריונים. מרשימה זו תוכלו להתקדם לקראת בחירת מיקרו-בקר רצוי.
שלב 5 – בחנו עלויות וצריכת חשמל
בשלב זה יכולים להיות מספר מועמדים פוטנציאליים. זה יהיה זמן טוב לבחון את דרישות החשמל ועלותו של הרכיב. אם המכשיר יופעל מסוללה ומנייד, וודאו כי החלקים בעלי צריכת חשמל נמוכה שתתאים לכם. אם הוא אינו עומד בדרישות צריכת החשמל, המשיכו לצמצם את הרשימה עד שיש לכם מספר מצומצם של רכיבים. אל תשכחו לבחון גם מחיר של כמות גדולה יותר של הרכיב, לשלבי ייצור המוני בעתיד, זה גם משהו שכדאי לקחת בחשבון.
שלב 6 – בדקו את זמינות הרכיב
עם רשימת הבקרים הפוטנציאליים בידכם, זה זמן טוב להתחיל לבדוק עד כמה הם זמינים. כמה דברים שכדאי לבחון הם מה זמני ההובלה? האם הם מוחזקים במלאי אצל מפיצים מרובים או לא? מהן הדרישות שלנו לזמינות? אתם לא רוצה להיתקע עם הזמנה גדולה שצריך לחכות שלושה חודשים כדי שנוכל למלא אותה. ואז השאלה היא עד כמה הרכיב חדש והאם הוא יהיה זמין במהלך כל מחזור חיי המוצר שלכם. אם המוצר שלכם יהיה קיים במשך 5 שנים אתם צריכים למצוא רכיב שהיצרן מבטיח שייוצר בעוד 5 שנים.
חלון ה-Manufacturer Part Search מאפשר למצוא נתונים על רכיבים, לראות זמינות אצל ספקים, להשוות בין רכיבים שונים מבחינת פרמטרים ואפילו לבצע השמה של הבקר הנבחר ישירות על הסכימה שלכם.
השוואה בין שני בקרים של ST, מסומנים כ-A ו- B בחלון ה- Manufacturer Part Search
שלב 7 – בחרו ערכת פיתוח – Development Kit
אחד החלקים החשובים ביותר בבחירת מיקרו-בקר חדש הוא מציאת ערכת פיתוח שאפשר לשחק איתה וללמוד את העבודה הפנימית של הבקר. לאחר שמהנדס בחר את הבקר שהוא רוצה להשתמש בו, כדאי לבחון אילו ערכות פיתוח זמינות עבורו. אם ערכת פיתוח אינה זמינה, ככל הנראה הרכיב הנבחר הוא לא בחירה טובה וצריך לחזור אחורה כמה צעדים ולמצוא בקר טוב יותר עם ערכה כזו. מרבית ערכות הפיתוח כיום עולות מתחת למאה דולר. לשלם יותר מזה (אלא אם הוא נועד לעבוד עם מספר מודולי מעבד) זה פשוט יותר מדי.
שלב 8 – התחילו להתנסות
אפילו לאחר בחירת מיקרו-בקר שום דבר לא חקוק בסלע. בדרך כלל ערכת הפיתוח מגיעה הרבה לפני סיום אב-טיפוס החומרה הראשוני. נצלו את הזמן לבניית מעגלי בדיקה וממשקם למיקרו-בקר. בחרו בממשקים בעלי סיכון גבוה (בתכנון שלכם) וחברו אותם לערכת הפיתוח. יכול להיות שתגלו שממשק שחשבתם שיעבוד נהדר, מכיל סוגיה או מגבלה בלתי צפויה שתאלץ לבחור מיקרו-בקר אחר.
בכל מקרה, ניסויים מוקדמים יבטיחו שעשיתם את הבחירה הנכונה ואם יהיה צורך בשינוי, ההשפעה תהיה מינימלית. ניתן גם לבקש מהיצרן מודל סימולציה ולבצע סימולציה של המעגל שלכם ישירות על הסכימה שיצרתם עם אפשרות לסנן איזורים מסוימים (שלא תרצו לסמלץ) בתוך Altium באמצעות סימולציית Spice מובנית.
דוגמא לסימולציית SPICE עם איזורים מסוננים ב- Altium
ישנם כמובן נושאים נוספים שאפשר להתייחס אליהם והם תלויים גם בצורת העבודה בתוך הארגון, שיקולים כמו ממשקים עם אנשי תוכנה, ארכיטקטורת תוכנה וכמובן כלי בדיקה נוספים לערכת הפיתוח, אך ניסינו להתמקד במספר נקודות מרכזיות שראינו כקריטיות.
