物聯(lián)網(wǎng)電路板設(shè)計(jì)：當(dāng)今的主要挑戰(zhàn)

如今，就像整個(gè)設(shè)計(jì)工程領(lǐng)域一樣，隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的發(fā)展，電路板設(shè)計(jì)也發(fā)生了許多變化。有人形容這項(xiàng)技術(shù)革命在寬度和對(duì)我們?nèi)粘Ｉ畹挠绊懛矫娴韧?a href="http://www.wenjunhu.com/v/" target="_blank">工業(yè)革命。以獨(dú)特而出乎意料的方式在這個(gè)新世界上留下您的印記的令人興奮的潛力。

及時(shí)了解物聯(lián)網(wǎng)電路板設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題將為您提供競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)瞬息萬變，以至于不了解關(guān)鍵方面或趨勢(shì)可能意味著交付出色的設(shè)計(jì)或失敗的設(shè)計(jì)之間的區(qū)別。在這里，我們收集了為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)計(jì)電路板時(shí)需要克服的主要挑戰(zhàn)，其中包括一些技巧。

能量消耗

當(dāng)前正在設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品類型不太可能具有專用的插入式電源。大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備依靠電池或能量收集技術(shù)，因此高效的功耗至關(guān)重要。

與其著眼于整個(gè)設(shè)備的功耗，不如考慮通過為電路板上的每個(gè)功能電路塊分配一部分來劃分功率預(yù)算。與組件供應(yīng)商進(jìn)行協(xié)商也非常有用，他們可能會(huì)為您提供替代零件的建議，以使您的功率預(yù)算降至最低。

設(shè)計(jì)重用

隨著物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，我們目睹了電子設(shè)計(jì)向標(biāo)準(zhǔn)化的轉(zhuǎn)變。重復(fù)使用已證明在日常使用中可靠有效地工作的電路塊是前進(jìn)的道路。這樣，您就不必?zé)o休止地重新設(shè)計(jì)原理圖的同一塊，就像西西弗斯（Sisyphus）不斷地將他的巨石滾上山一樣。借助物聯(lián)網(wǎng)，傳統(tǒng)的原理圖設(shè)計(jì)流程現(xiàn)在是模塊設(shè)計(jì)。謹(jǐn)慎使用開始在過去的項(xiàng)目中已確認(rèn)成功的零件清單，模塊化原理圖和布局的零件。

與電路板設(shè)計(jì)串聯(lián)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)

電路板設(shè)計(jì)者必須增加他們對(duì)整體產(chǎn)品設(shè)計(jì)的了解，才能滿足當(dāng)今世界的需求。在筒倉(cāng)中工作并將電路板設(shè)計(jì)交給機(jī)械設(shè)計(jì)師進(jìn)行裝配檢查的日子已經(jīng)一去不復(fù)返了。有了物聯(lián)網(wǎng)，鑒于外形尺寸較小，從概念開發(fā)到最終測(cè)試的整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，每個(gè)利益相關(guān)者都必須在同一頁(yè)面上。虛擬樣機(jī)變得至關(guān)重要。它用于評(píng)估電路板的尺寸，設(shè)備的整體重量以及電路板是否有效地安裝在外殼中。

有限的布局空間

有了用于IoT的設(shè)備，幾乎沒有足夠的空間來容納您的所有軌道，組件和過孔。設(shè)備通常必須足夠緊湊以使其可穿戴甚至可攝入。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將需要適應(yīng)顯示器，攝像頭，麥克風(fēng)，傳感器等功能。為了包括所有這些緊湊功能，經(jīng)常使用諸如剛?cè)犭娐钒搴透呙芏然ミB（HDI）電路板之類的技術(shù)。HDI在處理有限的空間時(shí)非常有用，因?yàn)樗鼈冊(cè)试S更密集的組件放置以及使用盲孔，埋孔和微孔。Rigid-Flex電路板的彎曲和扭曲能力可將多個(gè)電路板安裝到一個(gè)很小的外殼中。

可靠性比以往任何時(shí)候都重要

更換傳統(tǒng)電路板上的油炸通孔組件既繁瑣又簡(jiǎn)單。對(duì)于小型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，該過程要復(fù)雜得多。在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備市場(chǎng)中，定期維修的容忍度極低。從智能冰箱到可穿戴設(shè)備，消費(fèi)者都不愿意接受功能的降低。

在產(chǎn)品首次發(fā)布期間，消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的評(píng)價(jià)不佳會(huì)從一開始就對(duì)設(shè)備造成沖擊，因此它需要正常工作，并且必須運(yùn)轉(zhuǎn)良好。在為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)計(jì)電路板時(shí)，仿真程序變得必不可少。這些程序使您可以精心優(yōu)化原型的各個(gè)方面，以實(shí)現(xiàn)最佳性能。熱管理對(duì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備非常重要；如果將多個(gè)板放置在同一空間中，更不用說敏感組件了，正確放置冷卻裝置至關(guān)重要。

與機(jī)械設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)

作為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的電路板設(shè)計(jì)師，與機(jī)械設(shè)計(jì)部門的聯(lián)系超出了虛擬原型設(shè)計(jì)和產(chǎn)品計(jì)劃的階段。在設(shè)計(jì)過程的每個(gè)階段，與機(jī)械組件或電路板變化有關(guān)的持續(xù)雙向通信是關(guān)鍵。不幸的是，由于每個(gè)工具都使用自己專有的文件格式和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因此目前還沒有簡(jiǎn)化的流程或標(biāo)準(zhǔn)化的軟件可用于團(tuán)隊(duì)之間的通信。

可穿戴技術(shù)

總之，人體非常“有損”。在與可穿戴技術(shù)之間傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，要保持強(qiáng)信號(hào)，這是一個(gè)挑戰(zhàn)。保持電磁場(chǎng)盡可能遠(yuǎn)離人體的需求提出了許多后勤問題。輻射是公眾深切關(guān)注的問題。在該領(lǐng)域中進(jìn)行了大量研究，并且諸如低噪聲放大器之類的組件的使用正變得越來越普遍。

人體釋放出濕度，這帶來了其他問題。濕度和電路并不是最好的朋友，因此，在可穿戴設(shè)備中設(shè)計(jì)高阻抗電路時(shí)，仔細(xì)計(jì)劃是關(guān)鍵。從機(jī)械設(shè)計(jì)的角度來看，一種解決方案是設(shè)計(jì)一種完全密封的防潮包裝。另一種解決方案是在電路板上包括保形涂層，這有助于防止水分進(jìn)入敏感組件。

無線模塊和協(xié)議

無線連接對(duì)于任何物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品都是必不可少的，使設(shè)備能夠收集，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。尋找空間以適合無線連接的組件可能是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。如今，已推出了專為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化模塊和RF組件。這些零件設(shè)計(jì)為占用空間小，并且仍提供所需的功能。IoT產(chǎn)品通常使用的協(xié)議包括通信和傳輸，標(biāo)識(shí)，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)，設(shè)備管理和發(fā)現(xiàn)。