با کمال تعجب، بسیاری از مهندسان در مرحله اولیه طراحی محصول خود ، توجه کافی به انتخاب قطعات الکترونیکی مناسب ندارند.
انتخاب قطعات الکترونیک با مولفه های مناسب یکی از مهمترین جنبه های طراحی در فرایند تولید محصول است. در این مقاله، ما قصد نداریم توضیح دهیم که چگونه اجزای مختلف مانند مقاومت، خازن، ترانزیستور، آی سی های دیجیتال، میکروکنترلرها، رله ها، آی سی مدیریت انرژی، رابط، نمایشگر و غیره را انتخاب کنیم زیرا هیچ پاسخی برای این مسئله وجود ندارد. در این چالش بزرگ، پاسخ صحیح این است که، شما باید بدانید که دقیقا مولفه های مورد نیاز برای شما از یک قطعه چیست.
همیشه روشهای زیادی برای حل این چنین مسئله هایی وجود دارد، ولی اینکه شما به عنوان طراح کدام مورد را انتخاب می‌کنید، به موارد مختلفی بستگی دارد. مانند اینکه شما نیاز به یک طراحی جمع و جور دارید و یا به دنبال طرحی هستید که فرایند ساخت آسانی داشته باشد یا مقرون به صرفه ترین و یا داشتن کمترین میزان مصرف انرژی یا کمترین تعداد اجزا و یا ساخت دستگاهی با قابلیت اطمینان بالا، ولی در انتها این شما هستید که با توجه به نیازهای خود دست به انتخاب قطعاتی می‌زنید، که بیشترین سازگاری را با نیاز های شما داشته باشند. ولی در هر صورت هر قطعه دارای چند مزیت و چند عیب است.
برای شروع، توصیه می‌شود لیستی از اجزای سازنده مدار به همراه پارامتر های مهم و مورد نیاز را که نیاز به بررسی دارند تهیه نمایید. پارامتر هایی هم وجود دارند که فارغ از نوع طراحی باید همیشه در زمان انتخاب قطعات در نظر گرفت.
اما قبل از آن یک نکته مهم در مورد استفاده از قطعات مورد استفاده در طراحی های قبلی.
ساده ترین روش طراحی استفاده از قطعاتی است که قبلاً در طراحی اثبات شده، این امر به شما کمک می کند ریسک مسائل مربوط به طراحی، از جمله بالا رفتن هزینه و زمان طراحی را از بین ببرید، همچنین هیچ قطعه اضافی در انبار شما که مربوط به طراحی قبلی باشد را به وجود نمی‌آورد، و این امر باعث صرفه جویی در هزینه ها می‌گردد.
اما، این روش یک اشکال بزرگ دارد. اگر شما در طراحی به یک قطعه اثبات شده قدیمی بچسبید، ممکن است مزیت استفاده یک از قطعات جدید را از دست بدهید، که ممکن است مزایایی مانند جمع و جور تر بودن، یکپارچه سازی بیشتر، مصرف انرژی کمتر، محافظت بهتر، طول عمر و ... باشد. هنگام شروع یک طراحی جدید، فرصتی است برای امتحان قطعات جدیدتر و در دسترس (اگر به عملکرد قطعه جدید شک کردید، می‌توانید به راحتی به طراحی قبلی خود باز گردید.)
انتخاب قطعات جدید
حال، فرض کنید باید قطعه ای را انتخاب کنیم که قبلاً از آن استفاده نکرده‌ایم، بهترین راه برای شروع این چالش کدام است. همانطور که قبلاً ذکر شد، ابتدا باید لیستی از قطعات مورد نیاز و تمام پارامترهایی را که باید در نظر گرفته شوند، آماده می‌کنیم. سپس شروع به جستجو می‌کنیم، بهترین کار جستجو در وب سایت های فروش قطعات الکترونیک است. همچنین می‌توانید در وب سایت توزیع کنندگان آنلاین جهانی مانند DigiKey، Mouser، Farnell به دنبال قطعات موجود بگردید.
حال، اجازه دهید در مورد پارامترهایی که باید در هنگام جستجو در نظر گرفت صحبت کنیم.
1- سازنده
سازنده قطعه را هوشمندانه انتخاب کنید. همیشه تولیدکننده ای را انتخاب کنید که مستندات محصول خوبی مانند دیتاشیت، داکیومنت نکات کاربردی، طراحی های مرجع، فروم های گفتگو و ... داشته باشد. برای قطعات پیچیده، ممکن است نیاز به مطالعه بیشتر داشته باشید. به دلیل وجود تحریم ها و در دسترس نبودن پشتیبانی تولید کننده ها برای ما، وجود مستندات زیاد در اینترنت بسیار راهگشاست.
وجود داکیونت نکات کاربردی (application notes) باعث درک بهتر از اجزای مدار و قطعه می‌شود. همچنین بررسی برد های راه انداز در صورت وجود می‌تواند باعث ارزیابی بهتر و دقیق تر ما از قطعه گردد.
برخی از تولیدکنندگان همچنین منابع زیادی مانند طراحی های مرجع، ابزارهای نرم افزاری تحلیلی برای کمک به فرایند طراحی و ارزیابی عملکرد مدار، مطابق با طراحی شما را دارند که باعث می‌شود پروسه طراحی سریعتر و احتمال شکست و خطا در آن کمتر شود.
2- پیچیدگی قطعه و مدارات جانبی آن
مسلم است همیشه در انتخاب بین دو قطعه با مدارات جانبی پیچیده و ساده، انتخاب قطعه ای با مدارات جانبی ساده است. اما در خیلی موارد پای عوامل دیگر مانند فضای مورد نیاز و یا قیمت در میان است. اینجا است که شما با توجه به باید و نباید های مورد نیاز در طراحی دست به انتخاب می‌زنید. به طور کلی هر قطعه مزیت های نسبی خود را دارد مثلا ممکن است دارای حفاظت ESD باشد ولی در عوض اندکی گرانتر بوده. ولی یک طراح باید علاوه بر موارد فنی به موئلفه هایی مانند وابستگی به یک تولید کننده، لید تایم، زمان تست و غیره هم دقت نظر داشته باشد.
3- پارامترهای الکتریکی [ولتاژ، جریان، قدرت، دقت، زمان پاسخ، سرعت، رزولوشن و غیره]
این ها اصلی ترین پارامتر ها در انتخاب یک قطعه الکتریکی هستند، به عنوان مثال: برای یک مقاومت، مقدار مقاومت، درصد خطا، ضریب دما، و توان از پارامترهای اصلی برای انتخاب هستند. و یا در مثالی دیگر، در انتخاب یک IC مبدل DC-DC ، برخی از پارامترهای الکتریکی مانند دامنه ولتاژ ورودی، دقت ولتاژ خروجی، حفاظت داخلی موجود مانند اضافه ولتاژ، اضافه جریان، خاموش شدن حرارتی، بازده بار سبک، بازه توان و ... از پارامترهای کلیدی هستند. همیشه با تهیه یک لیست از پارامترها مطمئن شوید که حتی یک پارامتر مهم را هم از دست نمی‌دهید.
4- پارامترهای مکانیکی [ابعاد ، پکیج ، وزن و غیره]
ابعاد قطعه نقش مهمی در انتخاب قطعه دارد. و همیشه اینگونه شروع می‌شود، شما چه نوع محدودیتی در اندازه دارید؟ آیا کمی بیشتر فضا دارید، یا باید پکیجی را انتخاب کنید که تا حد ممکن فشرده باشد؟ با انتخاب پکیج کوچکتر، پیچیدگی مونتاژ و آزمایش و تعمیر محصول نیز اضافه می‌شود. به طور مثال: اگر یک مقاومت SMD انتخاب کرده باشید ، لحیم کاری دستی پکیج 0402 در مقابل 0603 یا 0805 بسیار دشوار است، مثال دیگر با انتخاب قطعات با پکیج بدون پایه(BGA) قابلیت لحیم کاری دستی از بین خواهد رفت، بنابراین با دقت تصمیم بگیرید که مهمترین نیاز برای محصول شما چیست. آیا می‌خواهید مسیر مونتاژ PCB خودکار را طی کنید یا به پکیج هایی که می توانند به صورت دستی لحیم شوند، پایبند باشید؟
به طور کلی، ما باید وزن محصول نهایی را پایین نگه داریم زیرا مستقیماً بر هزینه حمل و نقل شما تأثیر می گذارد. در برخی موارد، وزن ممکن است محدودیت بزرگتری اعمال کند مانند طراحی محصولات قابل حمل و پرتابل
5- توجه به پروسه ساخت و آزمایش
به هر صورت قطعاتی که انتخاب می‌شوند، نباید باعث بروز مشکل در فرآیند تولید و آزمایش محصول گردند. ما در زمان انتخاب و جا نمایی قطعات باید به پروسه مونتاژ و تست قطعه هم فکر کنیم. می‌توانیم با ساخت یه تصویر ذهنی از مرحله مونتاژ و تست در ذهنمان ایراد های احتمالی را قبل از بروز شناسایی و برطرف کنیم.
6- پارامترهای محیطی: دما / رطوبت / فشار / لرزش
پارامترهای محیطی بسیار مهم هستند، این پارامترها باید قبل از شروع فرآیند طراحی شناسایی و تحلیل شوند، شما باید بدانید محصولی را که طراحی می‌کنید، قرار است در چه محدوده دمایی استفاده شود و یا بدترین شرایط دمایی کدام است، و به همین ترتیب برای سایر پارامترها.
درجه حرارت، رطوبت، فشار، لرزش و تأثیر آن بر عملکرد قطعه را به درستی بررسی کنید. لحاظ نکردن این پارامترها ممکن است به یک فاجعه تبدیل شود. محصولات در محل شما به درستی کار می‌کنند، ولی در محل نصب اصلی یا کار نمی‌کنند و یا عملکرد درستی ندارند.
7- در دسترس بودن طولانی مدت / پایان زندگی (EOL)
در صورت امکان از قطعاتی استفاده کنید که نمونه جایگزین با پین بندی مشابه دارند. البته این امر نباید به سهل انگاری در بررسی موئلفه های حیاتی قطعه منجر گردد. در دسترس بودن طولانی مدت برای انتخاب هر قطعه جدید موضوع مهمی است، هرگز در طراحی های جدید از قطعاتی که وضیعت NRND باشد (برای طراحی جدید توصیه نمی شود)،استفاده نکنید. و از در دسترس بودن اجزای مهم سیستم مانند میکروکنترلر، نمایشگر و IC ها برای چند سال آینده اطمینان حاصل کنید.
در صورت وجود ابهام می‌توانید از وب سایت https://ciiva.com برای اطلاع از اینکه قطعه شما در چه مرحله ای از چرخه زندگی خود قرار دارد، استفاده کنید.
8- تاخیر زمان تولید (Lead time)
تاخیر زمان تولید نقش مهمی در انتخاب قطعه دارد. اگر از قبل متوجه زمان تولید قطعات دارای لید تایم نباشید، ممکن است در مسیر توسعه تولید دستگاه خود به مشکل بخورید و زمانبندی تولید شما دچار مشکل شود. و یا ممکن است مجبور به انبار کردن این گونه قطعات شوید که خود باعث افزایش هزینه تولید خواهد شد. حتما قبل از انتخاب این گونه قطعات از زمان تولید آنها برای مقادیر دلخواه خود آگاه گردید.
9- هزینه
همه ما می‌خواهیم بهترین قطعات را با کمترین صرف هزینه تهیه کنیم. اما هرگز سعی نکنید از کیفیت در قبال قیمت چشم پوشی کنید. بعضی اوقات هزینه بیشتر باعث عملکرد بهتر دستگاه مورد طراحی، صرفه جویی بیشتر در مصرف انرژی، سایز کوچکتر، و یکپارچه سازی بیشتر می‌گردد و یا باعث افزایش قابلیت اطمینان دستگاه با اضافه شدن امکاناتی مانند جداسازی نوری، حفاظت ESD داخلی در ارتباطات RS485 و غیره می‌گردد. از این رو در هنگام انتخاب قطعه فقط به قیمت همان قطعه توجه نکنید، بلکه به ارزش افزوده آن قطعه برای دستگاه مورد طراحی خود نیز بیندیشید.
فقط ارزان ترین ها را خریداری نکنید، بلکه تأثیر آن انتخاب را بر هزینه کل، زمان تولید، زمان تعمیر و غیره بررسی کنید و سپس تصمیم بگیرید. اگر این روش را مورد استفاده قرار دهید می توانید تصمیم بهتری بگیرید.
10- از کجا بخریم
توصیه می‌شود قطعات الکترونیک مورد نیاز خود را از منابع معتبر تهیه کنید. و از کانال های معتبر اقدام به واردات قطعات الکترونیک بفرمایید. زیرا با تهیه قطعات اورجینال زمان تست و تعمیر شما به حداقل ممکن می‌رسد. و همچنین به اعتبار برند شما لطمه وارد نمی‌شود.
11- راه حل های جایگزین در مورد قطعات و مونتاژ
در هنگاه طراحی جدید بهتر است راهکارهای جایگزین برای مواقع ضروری مثل پیدا نشدن یک قطعه و یا ایراد در یک قسمت برد را در نظر بگیرید، تا در صورت نیاز راه حل جایگزین داشته باشیم. راه حل جایگزین می‌تواند شامل قطعه جایگزین و یا حتی تغییر مدار به صورت دستی و موارد دیگری باشد. در محصولاتی که ممکن است بخش هایی از آن به صورت انتخابی مورد استفاده قرار گیرد، وجود راه حل هایی مثل مونتاژ یک مقاومت صفر برای بای پس کردن آن قسمت می‌تواند بسیار مفید باشد.
12- بررسی مجدد طراحی
توصیه می‌گردد، هر طراحی را در سه سطح بازنگری کنید. در سطح اول توسط خود طراح و در سطح بعدی توسط یک طراح دیگر از همکاران شما در داخل سازمان و در سطح سوم در صورت امکان توسط یک مهندس و یا ناظر با تجربه در بیرون از سازمان طرح بازنگری گردد. در این روش ایرادات و ابهامات طراحی بهتر مشخص می‌شود و از احتمال ایجاد خسارت در مرحله ساخت می‌کاهد.
13- ساخت برد راه انداز قبل از تکمیل طراحی نهایی
در طراحی های پیچیده، نهایی کردن طراحی محصول بعد از انتخاب قطعات و طراحی اجزای سیستم، فرایند زمان بری است. توصیه می‌شود قبل از نهایی کردن طرح خود، با ساخت برد راه انداز برای قطعات پیچیده و تست آنها به صورت جدا از هم از صحت قطعات و عملکرد آنها اطمینان حاصل نمایید. تا متحمل صرف وقت و انرژی بسیار برای باز طراحی محصول نشوید.
با تشکر بابت صرف وقت و توجه شما همراهان گرامی
لیون الکترونیک (وارد کننده و توزیع کننده قطعات الکترونیک)
نظرات کاربران