Existem muitas maneiras de chegar a uma solução de hardware eletrônica abaixo do ideal. Este artigo é uma visão geral, não uma compilação abrangente de possíveis erros de engenharia de hardware e como evitá -los.
Os erros comuns incluem seleção incorreta de componentes, práticas ruins de projeto de circuitos, como problemas de aterramento ou integridade do sinal, especificações inadequadas da fonte de alimentação, negligenciando o gerenciamento térmico e a falta de responsabilidade adequadamente por fatores ambientais como umidade ou vibração.
Exemplos de erros relacionados à especificação e integração da fonte de alimentação AC/CC e DC/CC incluem exceder a classificação máxima dos principais componentes, não considerando a capacidade de suportar as demandas atuais de operações de cargas capacitivas ou indutivas e de decompatores insuficientes que levam a armas de tensão em linhas sensíveis.
O sistema de energia deve atender aos requisitos apropriados de compatibilidade eletromagnética (EMC), incluindo emissões e suscetibilidade à interferência eletromagnética conduzida e irradiada (EMI). Considerações adicionais para as fontes de alimentação CA/CC incluem sensibilidade a surtos e transientes na linha de entrada e um alto fator de potência.
A localização dos conversores de energia e tipos específicos de cargas, como motores, pode resultar em pontos quentes que requerem atenção extra durante o projeto térmico. O resfriamento inadequado devido ao afundamento de calor insuficiente ou fluxo de ar inadequado pode levar ao superaquecimento, causando falhas e reduzindo a vida útil operacional.
Os componentes devem ser compatíveis com a faixa de temperatura operacional e a umidade prevista e ter as classificações de energia necessárias. As placas de circuito unem o sistema e os erros de layout podem ser graves. O roteamento inadequado de rastreamento pode levar a problemas de diafonia e sinalização de integridade.
Problemas de largura de rastreamento e espaçamentos incorretos de rastreamento podem reduzir a integridade do circuito. O dimensionamento correto e a colocação dos planos de terra é crucial, especialmente em sistemas de alto desempenho.
A colocação de componentes requer consideração cuidadosa para evitar a colocação de dispositivos sensíveis perto de componentes de alta potência, onde o ruído, o EMI e os fatores térmicos podem interferir no funcionamento adequado. A integração da conectividade sem fio traz desafios exclusivos de PCB e design do sistema.
Os módulos podem acelerar o design do circuito sem fio
Projetar o circuito de RF para conectividade sem fio é complexo e apresenta vários desafios que podem aumentar os custos e atrasar o tempo de mercado. Mesmo que o circuito seja projetado corretamente, a necessidade de certificações adicionais da FCC pode demorar muito e adicionar incerteza.
Projetar PCBs RF é diferente de projetar circuitos para sensores ou lógica digital. Por exemplo, é necessária a transferência máxima de energia de RF para a antena, o que requer correspondência das impedâncias do circuito do transceptor e da antena.
Isso leva uma linha de transmissão de RF adequadamente projetada na PCB. A maioria dos projetos precisa de uma linha de transmissão de 50 ohm para garantir a transferência máxima de energia. A impedância é uma função de transferência complexa que envolve a linha de transmissão e os planos terrestres adjacentes, não uma resistência simples.
Projetar a linha de transmissão de 50 OHM é complexo, mas não é a única consideração. A maioria dos projetos também precisa de um circuito de correspondência de LC para ajuste fino para garantir o máximo desempenho. Em vez de lidar com as nuances do design de RF, existem módulos de RF pré-certificados para quase qualquer protocolo e frequência (Figura 1).
Hardware pode causar falhas de software
Depois que o design for concluído, um protótipo construído e os testes começaram, falhas podem aparecer. Mas a fonte pode não ser óbvia. As falhas de hardware podem causar falhas de software.
Os sistemas de depuração com hardware e software fortemente acoplados são complexos. As falhas de hardware podem corromper transmissões de sinal ou valores variáveis, levando a erros de execução do programa. Os resultados podem parecer falhas de software.
As fontes potenciais são muitas e variadas. Talvez haja uma articulação de solda ruim em um local de difícil acesso. Talvez as tolerâncias críticas de componentes estejam aumentando de uma maneira ruim. Talvez haja margens de tensão para culpar. Algumas fontes de falha podem ser mais fáceis de identificar do que outras.
Falhas como margens de tensão mais baixa podem causar erros de link lógica ou de comunicação e não -determinísticos. Isso pode dificultar a identificação do culpado, pois seu impacto pode ser difícil de distinguir de erros de software, como acesso inválido à memória ou exceções na operação da CPU. O registro de dados e o monitoramento cuidadoso das condições operacionais do sistema podem ajudar a identificar erros de hardware que se disfarçam de anomalias de software ou dados (Figura 2).
Resumo
Evitar erros de engenharia de hardware eletrônicos comuns tem tudo a ver com detalhes: detalhes relacionados à conversão de energia e distribuição de energia, detalhes relacionados ao gerenciamento térmico e condições ambientais, detalhes relacionados à seleção e colocação de componentes e detalhes relacionados ao layout da PCB. O uso de módulos pré-engenhados pode simplificar e acelerar a integração da conectividade sem fio. Após a conclusão do design, os problemas de hardware podem ser mascarados como falhas de software.
Referências
6 tipos de falhas de componentes eletrônicos em PCBsCircuitos da Sierra
7 desafios comuns durante o design e desenvolvimento de hardware para sistemas incorporadosWoodswallow
Método automático para distinguir falhas de hardware e software com base em dados de execução de software e contadores de desempenho de hardwareMDPI Electronics
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