In 6 Wochen zur individuellen Elektronik Schneller fertig

Design-Methoden sind notwendig in der Elektronikentwicklung.
Design-Methoden sind notwendig in der Elektronikentwicklung.

Aktuelle Herausforderungen in der Elektronik-Entwicklung machen neue Design-Methoden notwendig. Phytec setzt mit dem SBCPlus-Konzept auf Wiederverwendung erprobter Schaltungsteile und entwickelt damit individuelle Steuerungen, Bedieneinheiten und Gateways in nur sechs Wochen.

Elektronikentwicklungen sollen schnell, agil und mit möglichst geringem Risiko abgeschlossen werden, wenn nicht gar ein Produkt von der Stange eingesetzt werden kann – so der Tenor des Marktes in den vergangenen Jahren. Gleichzeitig kämpft die Branche mit einem gravierenden Fachkräftemangel.

Unternehmen, die noch vor Jahren ihre komplette Elektronik selbst entwickelt haben, konzentrieren sich heute auf ihre Kernkompetenzen und setzen für Randbereiche – zum Beispiel für Gateways und Bedieneinheiten ihrer Maschinen – zunehmend auf externe Entwicklungspartner. Deren Unterstützung nutzen auch Software-Unternehmen und Start-ups, die über kein eigenes Know-how für die Elektronikentwicklung verfügen, weil ihre Wertschöpfung in den Anwendungen oder Services liegt. Die Elektronik wird zur wichtigen Nebensache – und entsprechenden Spezialisten überlassen.

Vorgefertige Einheiten senken Design-Risiken

Für beide Kundengruppen sind möglichst fertige oder zumindest vorgefertigte Lösungen von großem Interesse. Sie beschleunigen die Entwicklung und senken Design-Risiken auf ein Mindestmaß. Im besten Fall hält der Entscheider schon bei der Vergabe des Entwicklungsauftrags eine Elektronik in Händen, die seiner geplanten, individuellen Embedded-Komponente möglichst nahe kommt. Dieser Wunsch ist durchaus realistisch: Trotz der vielfältigen Anwendungs- und Einsatzbereiche solcher Elektroniken, etwa für Bedien- und Steueraufgaben oder für den Einsatz als Gateway, überschneiden sich die grundlegenden Funktionen und Schnittstellenanforderungen häufig. Ethernet, USB und Grafik-Interface sind grundlegende Bestandteile jedes HMIs – und kein Gateway kommt ohne Ethernet, RS485 oder CAN aus.

Gleichzeitig stellte Phytec in über 30 Jahren in der Elektronikentwicklung aber auch fest, dass Bedieneinheiten, Gateways und andere Fertigkomponenten von der Stange oft nicht perfekt passen: Zusätzlich gewünschte Schaltungskomponenten, projektspezifische Eigenschaften und Vorgaben bezüglich Platinenformat und Gehäuse machen individuelle Entwicklungen notwendig.

Baukasten für individuelle SBCs

Mit dieser Erkenntnis hat Phytec vor nunmehr fast drei Jahren eine Reihe von Single Board Computern (SBC) und das Modifizierungskonzept SBCPlus entwickelt. Die SBCs sind komplett industrietauglich, für den Serieneinsatz optimiert und auf Basis unterschiedlicher ARM-Prozessoren erhältlich. Sie zeigen Kunden die hohe Qualität der Elektronik und der Produktion am Phytec-Standort in Mainz. Mit ihrer robusten Software-Unterstützung ermöglichen Sie die Evaluierung der Leistungsfähigkeit und einen ersten Einstieg in die Anwendungsentwicklung. Der Clou der Single Board Computer liegt aber in ihrem Design: Sie basieren auf einer Design Library vorgefertigter Schaltungsteile, die sich frei kombinieren lassen. So entstehen aus den bewährten und serienerprobten Schaltungsteilen der SBCs ähnlich einem Lego-Modell innerhalb kürzester Zeit und mit minimalen Design-Risiken individuelle Boards.

80 Prozent Standard, 20 Prozent individuell

Über 50 kundenspezifische Entwicklungsprojekte hat Phytec in den ver¬gangenen drei Jahren im Rahmen des SBCPlus-Modifizierungskonzepts umgesetzt. In der Regel konnten dabei rund 80 Prozent der Schaltungsteile aus bestehenden Funktionsblöcken kombiniert werden – ein entscheidender Zeitvorteil gegenüber Neuentwicklungen. Hinzu kommen in typischen Projekten ca. 20 Prozent neue Elemente für kundenspezifische Funktionen, besondere Schaltungen für GPIOs oder neue Steckverbinder.

Die Phytec Design Library umfasst derzeit rund 50 Schaltungsteile. Technisch unterscheidet das Unternehmen dabei zwischen Re-Use-Blöcken und Funktionsblöcken. Bei den Re-Use-Blöcken handelt es sich um nicht veränderbare, in sich abgeschlossene Schaltungsfunktionen. Sie existieren für alle häufig verwendeten Funktionen wie RS232, RS485, CAN und Netzteile. Sie können ohne Einschränkung und in allen Projekten wiederverwendet werden – im Schaltplan müssen lediglich die Eingänge (in der Regel zum System-on-Module) und Ausgänge (in der Regel zum Steckverbinder) verbunden werden. Jeder dieser Blöcke besteht aus einem Schaltungsblock mit korrespondierendem Layoutblock und einem entsprechenden Stücklistenmakro. Sie sind ausführlich verifiziert und dokumentiert – eine umfassende Inbetriebnahme ist nicht erforderlich.

Die Funktionsblöcke sind im Gegensatz zu den Re-Use-Blöcken veränderbar. Diese Schaltungsfunktionen sind bereits in Standardentwicklungen oder kundenspezifischen Projekten zum Einsatz gekommen und wurden nach erfolgreicher Serienqualifizierung in die Design Library aufgenommen. Beim Einsatz in neuen Projekten werden sie in der Regel an die spezifischen Anforderungen angepasst, zum Beispiel durch Änderung von Spannungsteilern und Anpassung von Konfigurationsbauteilen.

Löten statt Stecken – die Direct-Solder-Connect Technologie

Als Alternative zum Aufstecken der System-on-Modules bietet Phytec die Direct-Solder-Connect-Technologie (DSC) an, bei der das Modul direkt auf das Basis-Board aufgelötet wird. Geringe Bauhöhe und Kostenreduktion durch Wegfall der Steckverbinder auf Modul und Basis-Board sind die wesentlichen Argumente für dieses Verfahren. Wird der Bereich unter dem Modul im Design ausgespart, können in der Startphase der Entwicklung Steckverbinder zum Einsatz kommen. Sie ermöglichen das unkomplizierte Kontaktieren der einzelnen Pins und bieten damit bessere Inbetriebnahmebedingungen. Für die Serienproduktion ist dann nur ein minimales Re-Design notwendig, weil sich die Pad-Geometrie für die DSC-Verbindung leicht von derjenigen der Steckverbinder unterscheidet.