wersja mobilna
Online: 774 Czwartek, 2017.11.23

Galeria produktów

Podzespoły elektroniczne - wokół nich kręci się cały biznes

wtorek, 28 marca 2017 12:35
Spis treści » Mikrokontrolery i IoT
» Komponenty i moduły do komunikacji przewodowej i bezprzewodowej
» Elementy indukcyjne
» Złącza silnoprądowe
» Przekaźniki elektromagnetyczne
» Pokaż wszystko
Mikrokontrolery i IoT - dobry zestaw startowy to dzisiaj podstawa

Coraz tańsze zestawy ewaluacyjne, nierzadko proste od strony sprzętowej, ale o dużych możliwościach oraz udostępniane za darmo środowiska programistyczne, biblioteki procedur, dotyczących obsługi elementów dotykowych lub zaawansowanej grafiki, powodują, że zacząć dzisiaj pracę z nową rodziną mikrokontrolerów nie jest tak trudno, jak kiedyś.

Niemniej pytania, który dostawca jest kompetentny, kogo się radzić w sprawach technicznych i czyje wskazówki brać pod uwagę, są cały czas aktualne, a nawet zyskują na wartości w miarę, jak tempo pojawiania się nowości się zwiększa. Stąd wybór dostawcy mikrokontrolerów oraz narzędzi staje się jednym z ważniejszych problemów związanych z mikrokontrolerami, bo podczas projektowania aplikacji z reguły można wybierać pomiędzy wieloma równorzędnymi układami i architekturami.

Dostępność i możliwości funkcjonalne zapewniane przez narzędzia projektowe dla mikrokontrolerów mają potencjalnie największy wpływ na rozwój tego sektora rynku. Płytka zawierająca mikrokontroler oraz inne specyficzne dla niej chipy, takie jak układ komunikacyjny, konwerter zasilający oraz czujniki, w praktyce stanowi większą część platformy sprzętowej dla popularnych aplikacji. Projektant oszczędza mnóstwo czasu z jej użyciem, bo może pracę zacząć natychmiast, ponosi mniejsze ryzyko projektowe, opierając się na sprawdzonym rozwiązaniu oraz chroni się przed pomyłkami, które jak wiadomo zdarzają się wszystkim.

Często zysk na czasie jest jeszcze większy, bo producent zestawu daje w komplecie oprogramowanie, biblioteki kluczowych procedur, stosy komunikacyjne lub narzędzia do konfiguracji. W innym przypadku trzeba by je tworzyć samemu lub samemu implementować kod ogólnie dostępny, a to znowu oznacza czas i pieniądze oraz niepotrzebne ryzyko. Nawet jeśli zestaw startowy, płytka ewaluacyjna lub testowa nie są za darmo, to per saldo i tak praca z ich użyciem się opłaca, bo dzisiaj czas inżynierski jest kosztowny.

Zestawy projektowe są dzisiaj w centrum uwagi rynku mikrokontrolerów także dlatego, że ogólnie liczba nowości, technologii, które warto znać i stosować, szybko się zwiększa. Nie ma już chyba fachowców, którzy samodzielnie byliby w stanie zrealizować cały skomplikowany projekt. Nikt nie zna się na wszystkim, obowiązuje specjalizacja i dzielenie się zadaniami. Wykorzystanie zestawów jest elementem takiej wspólnej pracy.

Coraz więcej narzędzi projektowych

Na skutek opisanych zjawisk w ostatnich trzech latach asortyment i dostępność w sieci sprzedaży płytek projektowych znacznie się polepszyły. Przełomem było pojawienie się komputera Raspberry Pi, ale dużo dobrego przyniosła wcześniej także platforma Arduino. One wielu biznesmenom otworzyły oczy.

Zestawy projektowe są też wdzięcznym materiałem do szkoleń i warsztatów, stając się bazą do tego, aby w ciągu jednego dnia przygotować przynajmniej szkielet aplikacji. Nierzadko uczestnicy szkoleń mogą zabrać wykorzystywane zestawy ze sobą, po to, aby pracować na nich dalej. To, że inżynierowie są tym zainteresowani widać po dużej frekwencji na szkoleniach.

Lista popularnych funkcji, parametrów lub zagadnień technicznych, które wiążą się z wykorzystaniem mikrokontrolerów, plus jako punkt odniesienia podano niską cenę, bo wiadomo, że w wielu przypadkach tani mikrokontroler jest najlepszy także od strony technicznej. Jak widać z rysunku, w twierdzeniu tym jest dużo prawdy, bo niska cena znalazła się na drugim miejscu tego rankingu. Niemniej pomijając to specyficzne kryterium, warto zauważyć, jak bardzo duże znaczenie przypisano niskiemu poborowi mocy i wbudowanym funkcjom oszczędzania energii. Wysoko w hierarchii znalazły się także kryteria takie, jak dostępność bezpłatnych narzędzi, kompatybilność pinowa i programowa oraz dostępność wielu interfejsów cyfrowych.

Kolejny ważny trend zmieniający rynek mikrokontrolerów jest taki, że zestawy projektowe, nawet te darmowe lub oferowane za symboliczne sumy, mają całkiem spore możliwości. Producenci dotują takie konstrukcje, instalując tam kosztowne elementy, takie jak FPGA lub nowoczesne czujniki MEMS itp. Działania te mają na celu popularyzację nowych technologii i sztandarowych produktów, bo wiadomo, że w handlu detalicznym (katalogowym) nie wszystko pojawia się od razu ani też nie dzieje się automatycznie. Tylko producent jest w stanie wypuścić na rynek zestaw ewaluacyjny równolegle z premierą nowego mikrokontrolera i taka możliwość jest wykorzystywana.

Miniaturyzacja i montaż SMT

Ostatnią kwestią wpływającą na szybko rosnącą popularność zestawów projektowych jest miniaturyzacja. Wraz z rosnącym znaczeniem elektroniki konsumenckiej na rynku, duża część wolumenu produkcyjnego producentów chipów trafia do urządzeń produkowanych masowo. Wytwórcy ograniczają więc liczbę dostępnych obudów, nierzadko wyłącznie do tych najmniejszych, jak BGA i QFN. Jeszcze kilka lat temu były one zarezerwowane dla złożonych układów cyfrowych, takich, które stanowią jądro systemu cyfrowego (procesor, układ graficzny, matryca programowalna), ale widać, że obecnie montowane są w nich także układy średniej skali integracji, na przykład kontrolery zasilaczy, wzmacniacze operacyjne, układy komunikacyjne.

Montaż płytki prototypowej wymaga skorzystania z procesu SMT, co nie zawsze jest możliwe, łatwe, tanie i szybkie. Dlatego płytka ewaluacyjna, nawet jeśli zawiera jedynie chip i złącze, jest dla konstruktora zawsze cenna. Miniaturyzacja i coraz większa złożoność projektów zmuszają też konstruktorów do sięgania po płytki wielowarstwowe. O ile płytkę dwuwarstwową można zlecić stosunkowo niedrogo i wykonać w parę dni, o tyle 4-warstwowa to już wyraźnie większy wydatek i dłuższy termin realizacji.

Projektować aplikację razem z klientem

Skoro mikrokontroler jest centralną częścią prawie każdej aplikacji, wybór tego a nie innego układu przez konstruktora staje się zagadnieniem kluczowym dla rynku dystrybucji. Wiele działań obliczonych jest na to, aby nie czekać na pytanie ofertowe, ale podejmować takie działania, aby jak najwięcej układów z listy BOM pochodziło z własnej oferty handlowej.

Klienci kupujący mikrokontrolery oczekują od dostawców przede wszystkim niskich cen i dobrej dostępności rozumianej przez pryzmat szybkości zamówień. Na trzeciej pozycji w liście oczekiwań znalazły się pomoc dla projektantów ułatwiająca przygotowanie projektu, co potwierdza wcześniejsze rozważania na temat znaczenia pomocy technicznej dla dobrej sprzedaży omawianych układów.

W praktyce oznacza to właśnie opisane wyżej mechanizmy, a więc prowadzenie szkoleń i warsztatów, przekazywanie próbek chipów i zestawów startowych, dokumentacji i konsultacje inżynierskie. Ukierunkowany szkoleniami konstruktor, wzbogacony o narzędzia, z większym prawdopodobieństwem zdecyduje się na proponowany chip w projekcie, a potem jego decyzja zaowocuje sprzedażą. Strategia tych działań jest jasna - ofertę trzeba prezentować klientom jak najwcześniej, najlepiej gdy rysują schemat.

Wersje specjalizowane pod aplikacje

Mówiąc ogólnie, mikrokontroler tym różni się od mikroprocesora, że jest w stanie funkcjonalnie pracować bez konieczności dołączania z zewnątrz dodatkowych obwodów peryferyjnych. Patrząc wstecz, nietrudno dostrzec, że wraz z każdą kolejną generacją i nową architekturą mikrokontrolery zawierają coraz więcej obwodów peryferyjnych oraz tracą swój ogólny charakter. Wiele jednostek jest ukierunkowanych do pracy w określonych aplikacjach i zawiera zestaw obwodów peryferyjnych kompletny z punktu widzenia zastosowań aplikacyjnych

. Przykładem mogą być układy z obwodami analogowymi przeznaczone do pracy w zasilaczach cyfrowych, jednostki z wbudowanym transceiverem do komunikacji bezprzewodowej lub mikrokontrolery o bardzo niskim poborze mocy i z wysokorozdzielczym przetwornikiem A/C, a także blokiem obliczeniowym do kalkulacji zużycia mediów.

Wersje specjalizowane kierowane są także do motoryzacji, do aplikacji przetwarzających sygnały (z funkcjami DSP i koprocesorem matematycznym), do urządzeń ze sterownikiem ekranu lub przycisków dotykowych, kontrolerem wyświetlacza i tak dalej. Wymagania rynku są takie, że z czasem będzie ich jeszcze więcej, bo zawsze rozwiązanie maksymalnie zintegrowane będzie w centrum uwagi, nie tylko z uwagi na cenę.

Silnie połączona z tematyką mikrokontrolerów jest komunikacja bezprzewodowa, co wynika z ekspansji aplikacji IoT oraz popularności połączeń tego typu w każdej dziedzinie techniki. Mikrokontrolery z wbudowanymi transceiverami przebijają się coraz częściej w aplikacjach, bo wiedza i doświadczenie projektantów jest znacznie bogatsze niż pięć-dziesięć lat temu, a producenci półprzewodników znacznie lepiej wspierają tych, którzy się decydują na taki krok.

Przy wykorzystaniu projektów referencyjnych, narzędzi i oprogramowania dostarczanego przez producentów ryzyko niepowodzenia jest minimalne, dlatego gdy tylko skala projektu wchodzi w zakres średnich serii, a produkt ma charakter konstrukcji zamkniętej, rozwiązania scalone jednoukładowe stają się konkurencją dla modułów komunikacyjnych.

Sebastian Hopp

Microrisc

  • Jaka jest rola wsparcia technicznego w sprzedaży mikrokontrolerów?

Dla każdego klienta odpowiednie wsparcie techniczne świadczone przez dystrybutora jest bardzo istotne. Pozwala dokonać optymalnego wyboru podzespołów do projektu. Jest to szczególnie ważne na początku, kiedy szuka się optymalnego rozwiązania do nowej aplikacji lub poznaje nową rodzinę układów. Wraz z rozwojem partnerskiej współpracy, rola wsparcia technicznego ulega zmianie, jednak w dalszym ciągu to na dystrybutorze spoczywa odpowiedzialność informowania klientów chociażby o nowych możliwościach mikrokontrolerów.

Klient, kontaktując się z dystrybutorem, oczekuje uzyskania potrzebnej informacji. Rolą dystrybutora jest udzielenie rzetelnej i kompletnej informacji zwrotnej w możliwie najkrótszym czasie. Już po nawiązaniu współpracy, dla klienta bardzo ważna jest szybkość realizacji zamówień oraz zapewnienie ciągłości dostaw, szczególnie jeśli zarządzanie w procesie produkcyjno-magazynowym opiera się na metodzie just in time.

  • Jakie najważniejsze cechy mikrokontrolerów brane są pod uwagę przez klientów?

Nie można jednoznacznie wskazać jednej uniwersalnej cechy, która byłaby wyraźnie dominująca. Wynika to z faktu specyfiki projektu, do którego dobierany jest konkretny mikrokontroler. Najczęściej klienci pytają jednak o takie parametry jak niski pobór mocy, moc obliczeniową, cenę oraz czas wybudzenia ze stanu uśpienia. W dobie miniaturyzacji często pojawiają się również pytania o rozmiar mikrokontrolera.

Niski pobór mocy

Rosnące znaczenie elektroniki mobilnej, sieci rozproszonych, komunikacji bezprzewodowej, a więc urządzeń zasilanych najczęściej z baterii, przekłada się na rynek mikrokontrolerów w tematyce niskiego poboru mocy. Aplikacje zużywające do swojego działania minimalną ilość energii są na topie i co chwila padają jakieś rekordy, np. w zakresie czasu pracy na jednym komplecie baterii.

Przegląd krajowych dostawców mikrokontrolerów i narzędzi projektowych

Nowe technologie pozwalają na usypianie działania procesora i szybkie wybudzanie, automatyczne dopasowanie wydajności do realizowanych zadań, skalowanie napięcia zasilania i inne podobne techniki. Są układy z autonomicznie działającymi układami peryferyjnymi, które mogą samodzielnie wymieniać dane bez udziału procesora. W zakresie niskiego poboru mocy producenci z pewnością nie powiedzieli jeszcze ostatniego słowa, wraz z kolejnymi rekordami można liczyć na wzrost popularności zasilania energią wolnodostępną (energy harvesting), przed którą widać wielki potencjał i która powinna być głównym źródłem zasilającym dla aplikacji elektroniki noszonej (wearables).

Ceny maleją

Mikrokontrolery są coraz tańsze, co może niekoniecznie widać w cenach bezwzględnych, ale z pewnością daje się dostrzec pod względem stosunku ceny do możliwości (wydajność, pamięć, układy peryferyjne). Funkcjonalność, jaką dostaje się za symbolicznego dolara, jest bardzo duża i niemożliwa do osiągnięcia w jakimkolwiek rozwiązaniu bazującym na elementach dyskretnych. Wydajność i zasoby sprzętowe wielu mikrokontrolerów 32-bitowych dostępnych na rynku od firm, takich jak Microchip, Atmel, TI oraz oczywiście ARM, są na tyle imponujace, że można na nich zainstalować "duży" system operacyjny, jak Linux lub Android.

Projektanci przez cały czas szukają oszczędności na najdroższych układach stosowanych w modułach elektronicznych, stąd wynika prawdopodobnie zapotrzebowanie na tanie mikrokontrolery, które nie muszą być uniwersalne. To zapewne też przyczyna, dla której jednostki 8-bitowe cały czas znajdują chętnych, bo takiego mikrokontrolera opłaca się użyć nawet do prostych funkcji logicznych.

Kolejną odsłonę możliwości integracji i obniżki cen przynoszą układy SoC (system na krzemie) zawierające w jednym chipie praktycznie całą aplikację (procesor, pamięć, komunikację).

Mateusz Choromański

Arrow Electronics

  • Jakie są oczekiwania klientów w stosunku do dostawcy mikrokontrolerów?

Bardzo ważny jest łatwy dostęp do próbek oraz szybkie i profesjonalne wsparcie udzielane najczęściej przez producenta mikrokontrolerów. Klienci doceniają zwłaszcza możliwość komunikacji z inżynierem producenta w języku polskim, więc duża część rynku mikrokontrolerów w Polsce należy do firm, które mają lokalne przedstawicielstwo w Polsce.

W wielu przypadkach kluczowym elementem ułatwiającym sprzedaż okazuje się posiadanie stanów magazynowych na ilości preprodukcyjne, które często przekraczają dozwolone ilości próbkowe, a są poniżej ilości dostępnej w opakowaniu zbiorczym (np. w tape and reel).

Gdy projekt wchodzi w fazę produkcji, kluczowym elementem staje się terminowość dostaw (brak opóźnień w produkcji). W naszej ocenie ceny mikrokontrolerów (zwłaszcza tych opartych na rdzeniu ARM) spadły obecnie do stosunkowo niskich poziomów i przestało to być głównym kryterium wyboru. Mikrokontroler w wielu aplikacjach przestał być najdroższym elementem na płytce.

  • Jaka jest rola kompleksowej oferty podzespołów w sprzedaży mikrokontrolerów?

Z perspektywy klienta kupującego komponenty elektroniczne Arrow jest świetnym partnerem z powodu największej liczby reprezentowanych producentów spośród wszystkich dystrybutorów w Polsce. Z tego powodu klienci zwracają się do nas o pomoc w wyborze mikrokontrolera, gdyż wiedzą, że nie jesteśmy ograniczeni tylko jedną linią produktową i możemy zaproponować naprawdę najlepsze rozwiązanie.

W Arrow sprzedajemy zarówno układy scalone jak i elementy pasywne, elektromechanikę oraz złącza, które są nieodłącznymi sąsiadami mikrokontrolera na płytce. Doświadczenie pokazuje, że szerokie portfolio komponentów dostępnych w Arrow pozwala nam na pokrycie zazwyczaj około 90% BOM-u. Nierzadko na komponenty producentów spoza naszej reprezentacji możemy dobrać odpowiedniki w konkurencyjnej cenie.

ARM-y i SoC-e

Jak doskonale wiadomo, w zakresie wydajnych mikrokontrolerów największe znaczenie na rynku mają 32-bitowe układy ARM Cortex. Ich atutem jest niska cena, dobra możliwość integracji w ramach jednochipowego układu SoC, niski pobór mocy, możliwość instalacji i obsługi systemu operacyjnego Android lub Linux Embedded oraz wsparcie ze strony dużych producentów półprzewodników zaangażowanych w ARM-y, np. NXP/Freescale (i.MX, LPC), Texas Instruments (Sitara i OMAP), Atmel (SAM), STMicroelectronics (STM32).

Pod każdą z tych nazw kryją się całe rodziny układów różniące się taktowaniem, pamięcią, układami peryferyjnymi itd. tak, że w sumie całość obejmuje kilka setek jednostek, dla których dostępna jest masa narzędzi projektowych i oprogramowania.

Zestawienie popularnych architektur mikrokontrolerów na rynku polskim. Poza pierwszą pozycją przypisaną układom Cortex- M reszta odzwierciedla pozycję wielkich producentów, jak Atmel, Microchip, ST i TI. Dominacja układów ARM jest przytłaczająca, bo za najpopularniejszą architekturę uznało ją 95% ankietowanych specjalistów.

ARM-y zawojowały świat mikrokontrolerów i widać, że rodzina ta stała się standardem takim, jak kiedyś była słynna 51. Na ARM- y przechodzą powoli nawet najbardziej konserwatywni projektanci, znają je młodzi inżynierowie kończący studia, co dobrze wróży na przyszłość.

Znaczenie układów ARM powiększają rozwiązania SoC, które stają się bazą małych komputerków jednopłytkowych i rozwiązań modułowych. Niby to już inna kategoria układów i segment rynku, ale od strony architektury to dalej homogeniczna całość.

Dostawcy mikrokontrolerów

W zasadzie można powiedzieć, że wszystkie firmy dystrybucyjne, które sprzedają półprzewodniki, mają też mikrokontrolery, bo inne działania byłyby nienaturalne. Niemniej czasem zaangażowanie jest wyraźnie większe i sięga znamion specjalizacji, zwłaszcza gdy dystrybutor jest związany ze znanym producentem i występuje na rynku jako autoryzowany dystrybutor.

Są to np. Arrow, Masters i Future, mające w ofertach wiele linii takich produktów, często wszystkie popularne, a także TME i Gamma (Microchip), JM elektronik (Atmel i Holtek) oraz Contrans TI (Texas Instruments). Druga grupa dostawców łączy firmy powiązane umowami z mniej popularnymi producentami mikrokontrolerów, jak Marthel (Nuvoton Technology), Glyn (Renesas).

Osobną kategorię tworzą przedsiębiorstwa, które sprzedają głównie narzędzia projektowej, takie jak oprogramowanie, programatory i płytki uruchomieniowe do projektów. Takie oferty mają WG Electronics, Evatronix, Computer Controls, Kamami i RK-System, w części także Propox.

Tytułową tematyką zajmują się wszystkie firmy katalogowe (Farnell, RS, Elfa, Conrad, TME), które w ostatnich latach znacznie i przekrojowo poszerzyły swoje oferty w zakresie narzędzi projektowych, bo chipy sprzedawały zawsze, a także grono firm niezależnych w omawianym obszarze (Elhurt, Micros, BNS i inne). W gronie dostawców są też firmy od przemysłowego IoT takie jak Advantech, bo od tej strony wiele granic też się już zaciera.



 

Najlepsi w branży