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Modularización de los productos electrónicos

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modularización de los productos electrónicos
Leonie Clayson, DesignSpark Community Manager, RS Components

La modularización de los productos electrónicos está generando una estandarización enorme en el diseño actual. Para muchos ingenieros electrónicos puede ser evidente que un gran volumen de dispositivos de electrónica de consumo, como los Smartphones, se sirve de una amplia serie de módulos, en lugar de utilizar componentes electrónicos diferenciados.

Parece que tiene sentido, visto que la combinación de módulos inalámbricos Wi-Fi y BLE (una elección popular entre los fabricantes de Smartphones) hace más fácil añadir funciones estándar. Por ejemplo, el iPhone X, el último que ha salido al mercado, incorpora un módulo inalámbrico Murata, al igual que muchos otros Smartphones populares. Varios mini módulos de micrófonos digitales basados en MEMS del iPhone X han sustituido al humilde micrófono analógico.

Pero, en un mercado tan sensible a los precios, ¿acaso los grandes volúmenes no justificarían un enfoque diferenciado? Claramente, no, al menos eso piensan los fabricantes de Smartphones. Observe cualquier sitio de desmontaje conocido para ver el alcance del uso que se da actualmente a los módulos y los dispositivos altamente integrados, en comparación con las soluciones diferenciadas.

La conversión de potencia se basa también, y cada vez más, en módulos. Podemos comprobarlo en todos los rangos de potencias de salida con cientos de vatios, pero, curiosamente, es particularmente popular en los rangos de DC/DC de potencias muy bajas, de unos pocos vatios, en aplicaciones de baja tensión (< 5 voltios).

Un enfoque modular suele limitarse a una sola función, como la conversión de potencia o la comunicación inalámbrica, y la tendencia ha sido la de integrar cada vez más funcionalidades en un único paquete compacto. Véase, por ejemplo, el ESP32 WROOM-32 de Espressif, un módulo de microcontrolador inalámbrico integrado que incorpora un transceptor Wi-Fi/BLE, conversión de potencia y funciones de gestión, junto con un microcontrolador de 32 bit, es decir, todo un sistema empaquetado en un solo chip (SoC, por sus siglas en inglés).

Los diseños actuales se estandarizan hacia los módulos

Muchas funciones básicas, como la gestión de energía, la computación o la comunicación, son comunes en prácticamente todos los diseños de los productos actuales, tanto si se utilizan en aplicaciones industriales como en las de consumo. La sustitución de secciones enteras de circuitos discretos en un solo módulo está produciendo la modularización de los sistemas electrónicos. En este contexto, la modularización está permitiendo que se estandaricen los diseños de los sistemas integrados mediante el uso de un creciente número de bloques funcionales fácilmente disponibles. Estos bloques pueden ser módulos, dispositivos SoC altamente integrados o incluso un ordenador completo de una sola placa (SBC, por sus siglas en inglés).

El motivo de que se haya asimilado tan rápidamente este enfoque es, en gran medida, pragmático: las funciones estándar como Wi-Fi y BLE, e incluso la conversión de potencia, siguen siendo complejas, pero añaden poca diferenciación o «valor», por lo que ¿por qué dedicar valiosos recursos de ingeniería para crearlas desde cero?

Desde la perspectiva de la gestión de ingeniería, el enfoque de la estandarización puede agilizar enormemente los tiempos de desarrollo, facilitar el proceso o eliminar por completo la necesidad de aprobaciones de tipo normativo, y ahorrar costes de gestión de materiales e inventario.

La otra cara de la moneda es que las funciones estandarizadas son, por definición, todas iguales; esto significa que los fabricantes tienen que encontrar otra forma de añadir su propia diferenciación. Los fabricantes de módulos reconocen este dilema y aseguran que sus módulos siguen proporcionando la flexibilidad que los clientes necesitan para añadir su propio valor.

Muchas funciones en muy poco espacio

Tomemos el módulo SoC ESP-WROOM-32 como ejemplo (en la figura se muestra el grado de integración del dispositivo): consta de más de nueve bloques funcionales y una cantidad adicional de nueve interfaces de E/S periféricas, un sensor de temperatura, un convertidor de analógico a digital y de digital a analógico, y función de sensor táctil. Además, la función de radio incorpora la antena, el interruptor de transmisión/recepción y todos los componentes compatibles.

Diagrama de bloques del módulo SoC WROOM-32 del microcontrolador inalámbrico ESP32 de Espressif (fuente: Espressif)
Diagrama de bloques del módulo SoC WROOM-32 del microcontrolador inalámbrico ESP32 de Espressif (fuente: Espressif)

Todas estas características están incluidas en un paquete de 18  x 25,5  x 3,1 mm que en cantidades individuales tan solo cuesta unos pocos euros. Para los equipos de ingeniería y compras, esto significa que el mismo artículo, de bajo coste pero altamente flexible, puede utilizarse en diversos diseños, lo que resulta en un solo componente para gestionar el inventario y el abastecimiento, en lugar de tener que utilizar los, potencialmente, cientos de componentes individuales necesarios para introducir la misma función con un enfoque diferenciado personalizado.

Lograr la ventaja de ser el “primero en llegar” a la hora de elaborar el diseño de un producto nuevo es crucial, especialmente en el vertiginoso mercado de la electrónica de consumo. El viejo dicho de “no reinventar la rueda” se hace realidad para el ingeniero de diseño de hoy en día.

¿Por qué embarcarse en el diseño de una plataforma integrada personalizada si se dispone fácilmente de una combinación periférica adecuada y un precio asequible, especialmente si también proporciona los medios para diferenciar su producto final?

Siga leyendo en Beneficios de utilizar módulos en un diseño

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