さまざまなハードウェア コンポーネントの製造は、これまでも、そしてこれからもハードウェア設計に大きな影響を受け続けるでしょう。 そうは言っても、現在ソフトウェアが組み込み設計のプロセスを支配しているため、一部の専門家は今日のハードウェア設計の状態について考えるようになりました。

プラットフォームベースの設計により、ハードウェア設計者が時代遅れになり、ハードウェア設計の技術が危険にさらされるのではないかと懸念する人もいます。

しかし、現在ではソフトウェアの違いによって多くのバリエーションが生まれ、多くのSoCやASSPがブラックボックスのように利用されており、一部のハードウェア専門家はハードウェア設計者が絶滅するのではないかと懸念している。

また、ハードウェア設計レイアウト業界が間もなく外部委託されるのではないかと懸念する人もいます。 ここでは、ハードウェアの設計レイアウトと、現在の社会および経済への適用可能性を検討します。

組み込み設計用のハードウェアおよびソフトウェア リソース

今日のガジェットは以前よりも多くの機能を提供しているため、適切なソフトウェア開発に必要な時間は、負担の増大を反映して何らかの形で増大しています。

ソフトウェア開発に費やされる工数は、ユーザー入力用のタッチ スクリーン、統合制御の改善を含む最先端のグラフィック ディスプレイの採用により、ここ数年で大幅に増加しました。

ただし、典型的なものはプロジェクトごとに、またセクターごとに大きく異なる場合があります。 たとえば、重要な軍事任務では、非常に複雑なソフトウェアを適切にサポートするには、市販の既製テクノロジーを使用する必要があります。

その結果、このプロジェクトに取り組むために、ハードウェア エンジニアよりも多くのソフトウェア開発者が雇用される可能性が高くなります。 今日作られている家電製品の多くはカスタムベースのハードウェアに依存しているため、ハードウェア設計とソフトウェア設計の取り組みの対比は大きく異なるものとなるでしょう。

さらに、ファームウェアのアップデートはソフトウェアのアップデートに使用できるが、現在使用されているハードウェアをアップデートするのは困難であるか、事実上不可能である可能性があることを強調しておく必要があります。 したがって、テクノロジーを将来にわたって使用できるようにするには、ハードウェアが最初から確実に最適化されるように、追加の作業と資金が投入される可能性があります。

ハードウェア設計レイアウトは依然として重要ですか?

ソフトウェアが常に特定のデバイスの機能を保証する役割を果たすのは事実ですが、ハードウェアの設計とパフォーマンスは依然として重要な考慮事項です。 たとえば、EMC 基準を満たすために、より高速なデータ プロセッサとバス ラインには、ハードウェア設計の入力、PCB レイアウトの改善、およびその他の特性が必要になります。

さらに別の例として、センサーやオーディオ信号などのアナログ システムがデジタル干渉に対してどの程度影響を受けやすいかを考えてみましょう。 したがって、安全対策のように、ハードウェアの内部に非常に慎重に組み込む必要があります。

今日の電気コンポーネントにはより優れた機能が詰め込まれているため、ハードウェア設計者は設計アイデアへのアプローチにおいてより実践的になる必要があります。 大多数の顧客は、毎日の家事をすべて小型の持ち運び可能なパッケージで完了できる製品を必要としています。

過熱、ハードウェアの損傷、潜在的なシステム障害を防ぐために、ハードウェア設計者は、小型化し続けるデバイスにより多くの機能を詰め込む、新しく独創的な方法を考え出す必要があります。 これは、パッケージングの新しい仕様と、解決しなければならない放熱のパズルにつながります。

これが意味するのは、ハードウェア設計からソフトウェア設計への大きな移行はなかったと言われるかもしれないということです。 しかし、今日の電子機器の複雑さにより、設計者は製品の全体的なデザインを開発プロセス全体の構成要素として考慮する必要があります。

ハードウェア設計は常に重要です

ソフトウェアは、それを動作させるために必要なハードウェアがなければ単独では役に立たないのとは対照的に、ハードウェアはこのエレクトロニクス ビジネス内での地位を維持することになります。 したがって、現時点では、すべての製品ニーズに対応できるブラック ボックスは存在しません。 その結果、プロのハードウェア設計者の需要と必要性は、時間の経過とともに減少することなく、むしろ変化しています。

将来のハードウェア設計者は、消費電力だけでなくパフォーマンスの最適化もより重要視されるため、対応するソフトウェアのニーズを認識し、ソフトウェアと協力して難しい設計を完成させる必要があります。

結論として、製品設計には、ハードウェア、ソフトウェア、そして設計目的にとって使いやすく、適切で、望ましい製品を製造するための工業デザインチームなど、3 つの専門チーム間のコラボレーションが必要です。

ハードウェア設計レイアウト中に直面する課題

「元に戻す」ボタンはありません

私たちの意見では、主な難点は、作業を助ける「元に戻す」キーがないことです。 これらのボードが作成されると、修正や調整の余地はほとんどありません。 当然ですが、一度開けた穴は穴のままです。 ファームウェア エンジニアが行うこと、つまり製品がいつリリースされたかに関係なく、新しいリリースをプッシュすることができればいいのにと思います。

ハードウェア エンジニアはチェスのプレイヤーに相当し、生き残るために常に手を計画します。 PCB 用に実行された特定のプロトタイプが意図したとおりに機能するという保証はなく、そのためコストは数万ドルに達する可能性があります。 ルート上には数え切れないほどの間違いがあり、ほんの小さな間違いでも全体の設計が台無しになる可能性があるため、防止する必要があります。

長い開発サイクル

特にソフトウェアとファームウェアに関しては、ハードウェアの開発サイクルは非常に長くなります。 したがって、検出された障害に関係なく、実際にはすぐには解決されません。

回路図設計、レイアウト、回路基板の製造、組み立て、機能テスト、および文書化の各段階はすべて、ハードウェア開発の典型的なサイクルを通じて行われ、そのサイクルは数か月かかる場合もあります。 ソフトウェアまたはファームウェアのエンジニアは、ハードウェア レイアウト設計者がそのようなボードのエディションを作成するのに必要な同じ期間に、簡単に多くの (数百もの) リリースを作成する可能性があります。

更新中

ハードウェア設計レイアウトの分野は常に発展しており、最新の状態を維持することがますます困難になっています。 ハードウェアには、過酷な条件、長距離、高速、高出力、コンピューティング、制御 (モーターやバルブなど)、センサーなどの幅広い分野が含まれます。

さらに、ビデオやオーディオ ストリーム内のオブジェクトやキーワードの検出を可能にするニューラル ネットワークなど、まったく新しいサブフィールドが出現しています。 新しいテクノロジーが次々と登場しています。 クライアントの重量、サイズ、性能の目標を満たすためには、新しいテクノロジーを調整して設計に統合できることが重要です。

適切なコンポーネントを選択することは、ほぼ不可能な作業であることが判明する可能性があります。 Digikey では、1 つの抵抗に数百、数千もの異なる可能性があります。 誰かが代替案を素早く絞り込み、最も適切なコンポーネントを選択できる必要があります。 長期間にわたって正確なコンポーネントに固執する場合、この選択はより簡単になりますが、その設計者は最終的に時代遅れになり、新世代の設計者によって市場から追い出されてしまいます。

経験豊富なエンジニアがすべての重要なコンポーネントを暗記していた時代は遠い昔に終わりました。

今日のメーカーはかつてないほど急速に変化しており、常に新しい製品を導入し、古い製品を廃止し、組み合わせたり、相互に購入したりしています。 同時に、最先端の技術を備えた新しい企業が市場に参入し続けています。 極東の企業は安価な部品で競争を強めている。 物事が急速に変化しているため、そのような部品には実際には正しいデータシートがない場合があります。 あなたのデザインがうまくいきますように。

より複雑な

テクノロジーの複雑さはますます高まっています。 1990 年代初頭には、8051 プロセッサの完全なデータシートを「学習」することが可能でした。 現在の一般的な 32 ビット マイクロコントローラーには、2,000 ページを超える長さの特定のデータシートがあります。

この中のどの部分が本当に記憶に残るのでしょうか? この時点での選択肢は 2 つあります。情報検索の方法を学ぶことと、素早く読むことです。 さて、見落とすべき詳細が他にもたくさんあります。 ただし、特定のアプリケーション向けにコンポーネントをカスタマイズするには、これらのコンポーネントがどのように動作するかを理解できなければなりません。 オンラインやデータシートにある設計のコピーは決して作成しないでください。 成功するかどうかに関係なく、新しい情報や洞察は得られません。

この複雑さの増大が設計のあらゆる面にどのような影響を与えるかを見ていきます。 私の記憶によれば、ボードの残りの部分は 12VDC によって電力供給されていました。 使い始めてすぐに 5VDC まで低下し、その後何年もその状態が続きました。

その後、電圧は再び 3.3V、次に 2.5V、さらに 1.8V に低下し、現在では 0.5V のみを必要とするコンポーネントが見られます。 今日では、このような回路基板に、基板全体が機能するために正しくシーケンスする必要がある多くの電源レールが含まれていることは珍しいことではありません。 信頼性の高いクリーンな電力を生み出すという課題はますます大きくなっているに違いありません。 高いクロックレートで適切に機能するには、トレースの形状と長さの一致を注意深く調整する必要があります。

コスト目標の達成

 

多くのデザイナーは、最高品質の商品を作ることに大きな満足を感じています。 場合によっては、これは製品のコスト (またはその他) のニーズに完全に反することになります。 このような状況では、設計者は譲歩せざるを得なくなります。 これは、おもちゃに金属製の歯車の代わりにプラスチック製の歯車を採用するなど、さまざまな形で現れています。

この予算では支出を優先する必要があるため、低価格を目指すアイテムに高価な材料やスイッチを採用するのは意味がありません。

たとえば、その製品の需要がどのくらい続くと予想されるかは、必要な価格に影響を与える可能性があります。 いずれにしても、製品の独自性は永遠ではありません。 テクノロジーが発展するにつれて、最終的には時代遅れになります。 同じことが製品にも当てはまります。 どんなに美しく作られても、永遠に存続することはできません。 その結果、製品が期待よりも大幅に長く存続することでコストを節約できる可能性があると考える人もいます。 その結果、企業は製品の寿命と心理的な老朽化の両方に関連する費用を狙うことがよくあります。

デザイナーはこれに対してほとんど影響力を持ちませんが、適応するのは依然としてデザイナーの責任です。 良い製品を設計してこの目標を達成しようとすると、大きな障害が発生する可能性があります。

ハードウェア設計者とは何ですか?

コンピュータ ユーザーが使用するハードウェア システムを作成、テスト、構築するのは、ハードウェア エンジニアまたは設計者の仕事です。 いくつかのタイプのハードウェアが使用される可能性がありますが、それらの基本的な機能は同じです。 ハードウェア要件を決定し、製品設計を作成するために、開発チームと協力することがよくあります。

コンピューター関連のシステムとコンポーネントを作成および設計するこのプロセスは、ハードウェア設計レイアウト エンジニアリングとして知られています。 ハードウェア設計レイアウト エンジニアリングにより、あらゆるシステムのソフトウェアをスムーズに動作させることができます。 この手順では、多くのコンポーネントが徹底的に分析およびテストされます。

プロセッサ、センサー、回路基板は、コンピュータ システムのハードウェア設計を構成するいくつかのコンポーネントの一部です。 ハードウェア設計レイアウト エンジニアリングには、コンポーネントが適切に機能することを確認するための設計に加えて、コンポーネントのテストが含まれます。

ソフトウェア エンジニアとハードウェア デザイン レイアウト エンジニアは、どちらの専門職も異なる程度の専門知識を必要とするという事実にもかかわらず、異なる能力で業務を遂行する場合があります。 ハードウェア エンジニアはさまざまな物理構造を作成する場合がありますが、ソフトウェア エンジニアはソフトウェア アプリケーションを設計および作成する場合があります。

結論

今日のガジェットは以前よりも多くの機能を提供しているため、適切なソフトウェア開発に必要な時間は、負担の増大を反映して何らかの形で増大しています。 コンピュータ ユーザーが使用するハードウェア システムを作成、テスト、構築するのは、ハードウェア エンジニアまたは設計者の仕事です。 今日の電気コンポーネントにはより優れた機能が詰め込まれているため、ハードウェア設計者は設計アイデアへのアプローチにおいてますます実践的になる必要があります。 ハードウェア設計レイアウトとは、エンジニアが製品内に含める必要があるすべての機能の部品を選択し、回路を設計するプロセスを指します。 また、BOM の予備コスト分析を実行して、そのようなハードウェア設計が目標の製造コストを遵守していることを確認します。