概念开发

早期在制作电子设备时，需要将所有元器件用导线连接起来，我所说的电子元器件最早是指像电子管这样的有源器件，即需要供电的器件。这些导线不是印制电路板 (PCB) 上的走线，而是焊接到器件（有源和无源器件都一样）端子的实际电线。PCB 的出现要晚很多。

因此，与今天的板路复杂程度相比，当时连接电子电路可谓轻而易举，几乎无人不能。在初期，电路比较简单。别忘了，第一代收音机只需要一个电子管，所需的主要技能是焊接。

这种简单装配方法的优势在于，无论是电子爱好者，还是专业人士，亦或是学生，都能轻松地开展实验。他们只需有焊接工具和元器件就行。那时，这种新颖而又容易掌握的技术让很多天性好奇的人士着迷，面向业余爱好者的杂志因此风靡一时。

第二次世界大战后，出现了另一种现象——市场上开始提供电子套件。许多公司销售元器件，并提供有关如何装配元器件来制作成品的说明书。这些小册子包括“工作原理”，解释装配好的元器件如何工作和实现何种功能。Heathkit、Eico、Precision 等公司就制作此类套件。人们可以组装自己的收音机、示波器、电视和各种其他产品。那是一个关注和了解电子设备的绝佳时代。

后来，我们从电子管过渡到晶体管，但布线仍然简单。使用晶体管的电路占用的空间更少，而且可以用端子条来构建，这些端子条由成排的附着于非导电条（如酚醛塑料）的焊接端子组成。在这个时代，电子设备的费用降低，而且可以实现更复杂的功能，所以电路变得更加复杂。但随着电路越来越复杂，就越来越有必要简化布线，因此 PCB 应运而生。

PCB 十分不错，因为操作者不需要任何新工具，而且他们已经掌握了必要的技能——焊接。人们或许只需要为其烙铁配备一个更小的焊头。早期制作 PCB 的常用方法是在需要导电材料的地方将不透明胶带放在一片聚脂薄膜上。通过照相法可以将胶带的图案“蚀刻”到覆铜板上。这个制作 PCB 所需的工艺让许多玩家望而却步，因为很少有人有意愿制作自己的 PCB，也不具备相关专业知识。人们可以选择付费让别人为自己制作 PCB，但增加的费用无疑也“劝退”许多人。

然而，这个领域有太多令人兴奋的新产品不断问世，因此对许多人来说仍然充满诱惑力。电子设备已变得非常先进，它能实现的功能可谓只有想不到，没有做不到。这对于任何涉猎该行业的人士来说都是绝好的机会，无论是电气工程师、物理学家、学生、爱好者，还是任何拥有足够兴趣和毅力的人。

从早期技术发展到现在，PCB 已经成为无处不在的元器件连接手段，电子产品本身也经历了变革。我们从分立晶体管过渡到了集成电路 (IC)。IC 本质上是包含电子元器件的预装 PCB。因为 IC 大幅缩小了复杂电子电路的尺寸，而且 IC 的成本与其在硅基底上占用的面积成正比，所以也就不得不变得更小，进而使得 PCB 成为连接电子电路的不二之选。当然也有例外情况，但我敢肯定大抵如此。

在 IC 的早期，人们可以开发概念设计，并使用万用表和示波器等典型实验室仪器调试电子设备。人们可以比较容易地接触电路的器件引脚和探针连接点，但客户更想要的是小型电子产品，而不是尺寸较大的产品。人们想要便携产品，还希望增强功能并降低成本。

功能增强、成本降低、尺寸小巧，这三点可能是开发电子产品或重新设计现有产品的最常见原因。有一种办法可以实现这些目标，那就是使用集成度更高、功能更强大的 IC。电子行业的命脉是不断推进半导体技术。智能手机就是范例，今天的手机款式比旧款的功能更强而成本更低。有人可能反对我说成本更低，我想问一问，您指的是产品的价格还是成本。可以肯定的是，在功能水平相同的情况下，若成本降低，而其他因素不变，那么价格就几乎是一样的。本质上，我们愿意为产品提供的更多功能付费，让制造商获得更丰厚的利润。最终结果是，智能手机的价格（仅作为示例）相对而言一直未变。

为了在缩小尺寸的同时推动电子设备的成本降低，业界瞄准了 IC 封装。这种方法是在 20 世纪 80 年代匆忙开始采用，随之而来的是更加依赖于 PCB。所使用的封装技术称为表面贴装。现在，进行表面贴装时，手动焊接单个引脚（即端子）虽然可行，但不够明智。如今是通过一种名为波峰焊的方法将元器件安装到 PCB 上，这种方法已经成为开发 PCB 进行概念设计的基本手段。IC 的封装包住了所有引脚，因此想要探查这些引脚已不再可能。

表面贴装出现以后，电子产品领域的学生和爱好者有了一道无法逾越的难关。我记得自己装配最后一个 Heathkit 万用表是在 20 世纪 90 年代末，之后 Heathkit 就彻底停止销售那些闻名世界的套件了。这家公司也成了“最后一个莫西干人”，不再提供套件。

前面说过，电子产品的成本一直处于下行趋势，这使得电子行业必将出现一些非常美妙的事情。现在能够以电路板的形式购买电路功能。IC 虽然提供功能，但常常需要其他配套元器件才能工作。配套元器件包括电源芯片、时钟、主机控制器等。而以 PCB 的形式提供的话，则可以获得完全能工作的子系统，并且其成本不会过高。有些 PCB 被称为模块，还有些被称为系统级封装 (SiP)。

除了 IC 生产商提供此类新型 PCB 以便潜在客户评估其技术之外，还涌现了一类新电子产品提供商。他们是“创客专业服务”公司，例如 Mikroe（即 Mikroelektronika）、Adafruit、Seeed、SparkFun 等等。现在，使用世界上最复杂的电子产品开发一个概念设计重新变得简单。

有成千上万的电子子系统可用于生产定制集成系统。无论专业组织还是业余爱好者，都会使用这些商业成品 (COTS)。在为 DigiKey 工作时，我曾注意到，我们销售的一些模块上也有我们销售的 IC，而且大型公司不仅会购买 IC，也会购买包含这些 IC 的模块！我开始思考“为什么一家能够以最低成本、最高生产率、经济高效的方式制作产品的公司，还要购买更昂贵的 PCB 外形尺寸产品呢？”后来我明白了他们这样做的几个可能原因。

首先是模块可提供更高的价值，就射频模块而言，可以由美国联邦通信委员会 (FCC) 等监管机构进行“预认证”。合规性测试既昂贵，又费时费力。其次是上市时间。如果不确定市场有多大规模，最好早点测试一下。如果市场规模足够大，则可以重新设计，从而以较低级别的设计方法降低产品成本。第三个原因是适应产品变化。采用模块化子系统，产品的特性组合和价位就可以更容易差异化。我想强调的是，如果电子子系统对于那些有资源进行最低水平电子设计的公司而言具有成本效益，那么对于业余爱好者和学生而言也肯定是不错的选择，但事情到此还没有结束。

模块化子系统有各种各样的接口。最常见的有串行外设接口 (SPI)、内部集成电路 (I²C)、模拟、准模拟脉冲宽度调制 (PWM)、通用异步接收器发送器 (UART) 和并行接口。其中，只有最后一种接口具有丰富多变的引脚分配。可能 95% 或以上的模块化子系统不需要并行接口，这意味着子系统本身的引脚数量较少，成本和价格就可以做得较低。

由于上述接口的流行，Mikroe 创立了自家的 MikroBUS 标准，并免费提供给任何人使用（参见图 1）。越来越多的 IC 制造商开始采用此子系统接口。我相信 Microchip 是第一家在其评估和开发板上采用 MikroBUS 标准的公司。他们这样做是因为有一千多种模块基于 MikroBUS。在无需接线、重新接线或装配任何 PCB 的情况下，几乎可以开发或评估无限的概念，具体取决于板上有多少个 MikroBUS 站点。MikroBUS 标准现在已被广为接受，其规定了电路板的电气接口和物理特性，使得人们重新可以花费不多，就可以轻松实现几乎任何功能水平和灵活复杂度的概念。但这并非全部。

图 1：MikroBUS 标准。（图片来源：Mikroelektronika）

Mikroe 是一家开发工具公司。除了采用 MikroBUS 标准制作名为 "Click" 板的电路板之外，他们还提供开发工具。在这些工具当中，有一个名为 "CodeGrip" 的工具。CodeGrip 除了有 USB 接口外，还有 WiFi 接口。通过其中任何一种连接，可以编写和调试软件，对设计中存在的任何子系统进行集成。能够支持 WiFi 连接，表示具备能轻松桥接到互联网的接口。他们已经利用名为 Planet Debug 的系统实现了这一点。

通过 Planet Debug，任何人只要其个人电脑上安装了 Mikroe 集成开发环境 (IDE) 且有互联网连接，就能访问世界各地的远程硬件。实际上，Mikroe 将使用您申请的任何 Click 板配置自家硬件。这意味着，技术进步已经达到了这样一个阶段，即您无需开发或连接自己的任何硬件，就能探索概念或学习自己希望更深入了解的技术。

这是一个关注和了解电子设备的美好时代。我要讲述的故事到此就结束了，而您还可以通过开发自己的概念来继续演绎接下来的故事。