Emriver Circuit Board Design

事業の成長に伴い、私たちは機器の製造方法を改良してきました。過去には、Arduinoを含むすべてのスルーホール部品を特注の回路基板に手作業でハンダ付けしていました。これは少量生産や製品の試作品には適していますが、特に年間数百台を生産する現在の大規模生産においては最適とは言えません。手作業でのハンダ付けは作業ミスの原因になりやすく、コストがかかり、時間もかかります。.

電子部品の完全な表面実装（SMT）への移行と、ターンキー実装に向けた回路設計の最適化に注力してきました。これは、基板を製造する外部メーカーが、機械の自動化を使用してすべての部品の実装も行うことを意味します。表面実装技術（SMT）と実装に関する詳細については、以下をご覧ください。 https://en.wikipedia.org/wiki/Surface-mount_technology. これらの回路基板の工程変更を行うと同時に、製品の機能や動作を改善するための変更を検討するのにも絶好の機会です。.

Arduino全体を基板に載せる代わりに、私はArduinoが使用しているマイクロコントローラそのものを新しい回路基板に実装することを選択しました。これにより、私や私たちのユーザーはArduino IDEで計測器のソフトウェアを記述および編集できるようになります。これは当社の科学計測器が長年サポートしてきた機能です。.

もう一つの大きな変更点は、電源管理に関するものでした。当社の製品はすべてDCデスクトップ電源アダプターで駆動されており、一部は12V、一部は24V、一部は48Vです。これにより、当社の製品は汎用バッテリーを使用して現場で稼働させることも可能です。12Vの機器の場合、以前はArduinoが電力削減を担当し、マイクロコントローラーのレベルまで電圧を下げていました。24Vの機器の場合は、これを行うために追加の電力レギュレーターを追加していました。48Vの機器の場合は、外付けのDC-DC電圧コンバーターボードを接続し、調整していました。新しい設計では、5〜60VのDC入力に対応できるオンボードのスイッチング電源を採用しています。これにより、当社のすべての機器を同じ基板で動作させることができ、追加のチップや回路基板を追加する必要がなくなります。すべての機器に適合する単一の電源管理ソリューションを持つことは、基板の調達において規模の経済の恩恵を受けられるため重要です。.

製造機器に搭載されている最新のプリント基板は、ビッグ・マディ・コントロール・ボード（BMCB）です。この名前は、地元の川であるビッグ・マディ川と、地元の伝説であるビッグ・マディ・モンスター（https://www.nytimes.com/1973/11/01/archives/yetilike-monster-gives-staid-town-in-illinois-a-fright-halloween.html）へのオマージュです。.

機能面において、BMCBには従来のK500ボードからの大きな変更点があります。BMCBはデュアルマイクロコントローラーを搭載しています。私たちのWave Maker（造波装置）機器において、このPCBはステッピングモーターの動きを精密に制御し、1秒間に数百ものマイクロステップをモーターに送信します。また、パラメーターの変更や波の動作の開始・停止を行うために、オプティカルエンコーダーからのユーザー入力を検知する必要もあります。旧設計では単一のマイクロコントローラーが採用されており、マイクロコントローラーが一度に1つの動作しか実行できないため、パラメーターの変更時に動作がわずかに途切れる現象（ヒカップ）が発生していました。新しいデュアルマイクロコントローラー設計により、同時に2つの動作を実行できるようになり、Wave Makerにおけるすべてのカクつきが解消されました。さらに、このボードを利用して今後開発する新しい製品に対しても、追加の拡張性と汎用性をもたらします。.

複数の異なる製品に対して1枚のプリント基板（PCB）を製造する際に考慮すべき要因の一つは、使用されていない部品のコストや、一部の製品で十分に活用されていない部品に対する過剰な支払いです。ほとんどの製品で使用されていないにもかかわらず、なぜ追加のマイクロコントローラーの費用を支払う必要があるのでしょうか。このような基板を設計する際には、非常に悩ましい決断となります。同じPCBの2つのバージョンを用意するには、2回のPCB発注が必要になります。2つ目の^nd マイクロコントローラーは、大量購入割引の喪失によって相殺される。.

話は変わりますが、BMCBのすべてのスクリュー端子をデフォルトではメーカーに実装させないことにしました。特定の計測器では、ボード上の異なるスクリュー端子が使用されます。これらは、電子機器エンクロージャー内でワイヤ基板間接続を行うために使用されます。どの製品にも必要となりうるすべてのスクリュー端子を実装することも可能でしたが、そうした場合のコストが過大でした。そのため、これらはボード上で唯一のスルーホール部品であり、手作業でハンダ付けされます。必要なものだけが実装され、その後、保持を助け手ハンダ付けを容易にするためのカスタムジグを使用して固定されます。.

もう一つのコスト削減テクニックは、可能な限りプリント基板（PCB）メーカーのハウスパーツ（標準在庫部品）を利用することです。我々の場合、メーカーはこれらの部品をより安価に提供しており、常に在庫を切らしていません。K28コントローラーおよびBMCBにおいては、厚膜抵抗器、電解コンデンサー、ダイオード、LEDなどのハウスパーツを使用しています。このように、新しいPCBは、製品機能の向上、生産の簡素化、品質と信頼性の向上、そしてコスト削減を目指しています。.