如何制作原型?

电器工程 电路板 pcb设计 pcb制造 原型制作
2022-01-26 08:46:01

在专业的 EE 环境中如何进行原型设计?您是在面包板上、覆铜板、曼哈顿风格上制作原型,还是只是绘制原理图、订购制造和组装的 PCB 并与它们一起工作,如有必要,到处乱砍?

4个回答

有一次,大约 15 年前,我直接从拼贴画中雇佣了一个新的 EE。他上班的第一天,他问我我们是如何制作原型的(面包板、绕线器等)。我说我们直接去制作PCB,如果可行,我们就发货!

虽然我在开玩笑,但事实并非如此。我设计的 90% 的产品(我做过很多)都是这样完成的。我们决定我们想做什么,然后去做。通常第一个版本的 PCB 不能完美工作,所以我们尽我们所能修复它并构建另一轮 PCB。然后重复这个过程,直到它起作用。

同样的过程也适用于非电气事物。金属或塑料底盘等。

我们很少会觉得需要纯粹的研究驱动型 PCB。这是我们需要发明的技术非常困难的时候,我们需要在投入资源制造实际产品之前进行尝试。在这种情况下,我们将在设计 PCB 时考虑到研发,而不是批量生产。这意味着 PCB 上的零件是分散的,因此很容易探测,而且我们不太关心制造它的成本。

在我工作过的每家公司中,产品都是这样开发的。这些公司不像美国国家航空航天局那样专注于研究。

我在一家非常小的公司工作,生产的 PCB 数量非常少,所以我们制作原型的方式可能更类似于 David Kessner 的做法。我们通常非常缺乏时间和资金,所以我们经常真的需要第一次尝试把它弄好,如果不是,那么我们只需要手工修补电路板。

使我们的 PCB 与众不同的是,在机器人设备中,我们总是拼命地寻找空间,而空间通常是一个愚蠢的形状。当我设计原型时,我试图回答的问题是:“这些组件适合这个空间吗?” 该原型有时仅存在于 CAD 中,但在确定设计可行之前,我必须完成大部分布局。完成大部分设计工作后,我会在下一次 PCB 运行时将该设计偷偷放到空闲的空间中。

例如,这个小圆形 PCB 直径只有 15 毫米,但上面有 49 个元件,而且还需要空间让电线焊接到焊盘上,用于供电、通信和编程。我做了布局,看看是否可能。是的,所以我做了一个。

PCB原型

话虽如此,对于更复杂的电路板,确实值得布置一个大电路板,用于探测和确定范围。该设计的布局为 100x100mm(巨大!),对于调试非常有用。然后它被布置在那个形状怪异的板上,这是物理限制的噩梦,很难添加调试功能。我很高兴有原型。

没有简单的“董事会”。一个产品,可能主要是一块电路板,要经过几个步骤。

大多数时候,我为我们认为我们希望产品做的事情设计电路,但第一个版本是一个台架测试板。这甚至不是假装拥有最终的机械形态。它是一块具有尽可能多的空间的板,可以进行探测、必要时进行编辑等。这通常是一块矩形板,底部的角落有橡胶脚。该电路是用于生产的,但通常带有一些额外的调试工具。例如,未使用的处理器引脚被引出到标记的焊盘,而不是仅仅在处理器处结束。可能有额外的 LED,或者即使最后一个单元没有串行端口,也可能有一个串行端口。为各种中间网络添加了有意标记的测试点,这些中间网络可能对连接、使用示波器查看、将信号馈入等有用。一些地方可能有跳线来断开部分电路。该板的目的是验证电路并启动和运行基本固件。

在不寻常的情况下,当我认为电路有风险或很难知道真正需要什么时,我可能会在其中一个插排面包板上测试一小块。例如,前段时间我不得不让产品接收和处理超声波信号,但电流非常低。你可以阅读所有的数据表,但对于这样的事情,需要真正的实验来找出什么增益足够好,实际上可以消除多少带宽,以及一些超低电流技巧是否真的有效预期的。晶体管数据表通常不会告诉您只有几 µA 的器件特性是什么。有时你只需要尝试一些东西。幸运的是,这是不寻常的,并且可以仅限于特定的子电路。顺便一提,我将超声前端放大器在 3 V 静态电流下降至 35 µA,在 40 kHz 下增益为几 1000,所有这些都使用分立晶体管。这需要一些实验。

在第一个台架测试板之后,客户不可避免地想要一些与最初设想不同的东西,你发现你可能想要不同的小东西,等等。下一个版本通常会考虑机械限制,所以可能是一个更小更拥挤的板。你会认为就是这样,但很少有第二个版本准备好发布。这通常不是因为电路问题,而主要是因为现在更多的人可以看到它、闻到它、触摸它、感受它,或者以其他方式处理它。这些人对产品的细节都有自己的看法,有些事情会发生变化。

第三个版本有时可以投入生产,但通常需要再转一两次才能让每个人都满意或放弃,有些部分被感动了,因为最初的古怪这个东西应该在两年后被淘汰了有人想出了产品创意等。我想说,最有可能总共有 4 或 5 个版本的董事会,对于那些以流程和程序为荣的大型组织来说更是如此。

在过去,当小型封装设备是 8 针 DIL 并且每个针的间距为 0.1 英寸时,原型插板将被推出并压入服务,连同一些手工焊接的 3D 雕塑,具有无数组件,只是为了证明一个概念。

现在,我倾向于将制造商的开发板用于我想尝试的大多数新设备。这些都倾向于将其 I/O 引脚引出到接头上,并且可以连接到其他评估板(微控制器、接口设备等)。我只需将这些板连接在一起就构建了大部分新产品。