Progettare un PCB per la Internet of Things (IoT) – Parte 1
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Progettare un PCB destinato a un prodotto IoT (Internet of Things) è un’attività nella quale è necessario affrontare problematiche specifiche, che tratteremo in questo breve tutorial.
Parliamo di Internet of Things perché in questa categoria rientrano oggi i prodotti sempre più diffusi, che spingono i progettisti a ripensare in modo del tutto nuovo non solo gli oggetti, ma anche le stesse metodologie di progettazione. I dispositivi IoT sono destinati a invadere il mondo. Secondo un recente rapporto IHS si passerà dai 15,4 miliardi di dispositivi del 2015 a 30,7 nel 2020 e a 75,4 nel 2025.
Un aspetto interessante di questa diffusione è che essa non interesserà solo le grandi aziende di elettronica. L’accessibilità delle attuali piattaforme per l’IoT ha abbassato le barriere d’ingresso per inventori, makers e giovani imprenditori, che possono passare sempre più velocemente dall’idea al prototipo.
Nell’ambito Internet of Things di più larga diffusione possiamo far rientrare due tipologie rappresentative di prodotti: i “wearables”, cioè i vari gadget destinati a stare a contatto col corpo, e i dispositivi per la domotica, come ad esempio i termostati di nuova generazione.
Che progettare un PCB per un prodotto IoT abbia una particolare complessità è dimostrato dalle caratteristiche degli stessi prodotti IoT. Prendiamo ad esempio i fitness tracker, cioè i dispositivi che monitorano le attività svolte quotidianamente - come camminare, correre, dormire – analizzando parametri come il consumo di calorie, i battiti cardiaci o i cicli di sonno. Questi oggetti si sincronizzano in modalità wireless con smartwatch, smartphone e computer. Nonostante debbano essere molto semplici nella forma esterna, ospitano al proprio interno circuiti molto complessi, miniaturizzati e di vari tipi - analogici, digitali, RF e MEMS – che devono lavorare insieme in modo efficiente.
I convertitori analogico-digitali (ADC) vengono usati nei progetti IoT per portare qualsiasi tipo di segnale analogico verso un microprocessore. Le informazioni analogiche hanno un infinito numero di rappresentazioni, che rispecchiano fedelmente la realtà. Le informazioni digitali riducono tale gamma a un numero finito di possibilità, che pero diventano in questo modo processabili e consentono di elaborare gli input provenienti dal “mondo”.
I MEMS - Micro Electro-Mechanical Systems (microsistemi elettromeccanici) sono sensori basati sulla nanotecnologia che raccolgono informazioni dall’ambiente che li circonda per renderle utilizzabili. Dal fitness tracker che rileva i passi allo smartphone che capisce in che posizione si trova lo schermo, i MEMS sono componenti chiave dei progetti IoT.
La radiofrequenza (RF) gioca un ruolo ugualmente importante nei dispositivi IoT perché consente di connetterli alla rete tramite WiFi, Bluetooth o altri protocolli proprietari. La connettività wireless richiede ai progettisti di considerare fattori quali i requisiti dell’applicazione, i vincoli tecnologici e la diversità dei requisiti per l’integrazione tra hardware e software.
Nella prossima puntata entreremo più nello specifico di aspetti progettuali del PCB per l’IoT come la scelta dei componenti, la cattura dello schematico, il disegno del layout e la simulazione, tutte operazioni che noi ovviamente consigliamo di effettuare con PADS Professional, la suite più completa per la creazione di prodotti elettronici.
