概念開發

在電子元件發展的早期，電路的作法是將所有東西用電線連接在一起。我這裡說的電子元件是指需要供電的主動元件，而第一種就是真空管。這些電線不是印刷電路板 (PCB) 上的走線，而是焊接到元件 (主動和被動元件都一樣) 端子的真實電線。PCB 是很晚才出現。

因此，與今日的情況相比，當時要連接成一個電子電路是相當容易的，幾乎任何人都辦得到。起初的電路比較簡單。畢竟，第一個無線電收音機只需用到一個真空管。所需的主要技能就是焊接。

這種簡易組裝方法的好處在於，無論是電子元件的業餘玩家，還是專業人士，亦或是學生，都能輕鬆地動手實驗。只要自備焊接工具和電氣元件就夠了。那時，在這項新技術的吸引下，加上這類技術容易取得，並風靡了許多好奇的個人玩家，因此業餘愛好者雜誌便如雨後春筍般出現。

第二次世界大戰之後，浮現另一種現象，即現成電子元件套件問市了。許多公司都在銷售元件，同時提供相關的說明書，指導如何將這些元件組裝成最終的成品。這些說明書包含「操作理論」，解釋組裝後的元件如何運作，以及提供哪些功能。Heathkit、Eico、Precision 等都是生產這類套件的公司。人們可以自行組裝無線電收音機、示波器、電視和其他許多產品。當時的環境激起人們對電子元件的興趣，並進而學習相關的知識。

我們從真空管過渡到電晶體，但佈線還是很簡單。使用電晶體後，電路佔用的空間更少，還能加入端子條，其能提供數排焊接端子，並附接到酚類等非導電端子條。在這個年代，由於電子元件價格降低，同時能實作更複雜的功能，因此電路變得更加複雜。但隨著這種複雜性的成長，就越來越需要簡化電路佈線，於是出現了 PCB。

PCB 是個很好的發明，因為組裝者不需要任何新的工具，他們已具備必要的技能，也就是焊接。也許只需要一個較小的烙鐵頭。早期，常見的 PCB 製作方法是在需要導電材料的地方，將不透明膠帶鋪在一片麥拉 (mylar) 上。再透過顯影製程將膠帶的圖形「蝕刻」到銅箔板上。這個必要的 PCB 製作程序讓玩家卻步了，很少人願意或懂得如何自製 PCB。另外的作法是付錢訂製 PCB，不過這樣會增加費用，絕對會讓人想要「退出」。

不過，那麼多讓人興奮的新產品不斷面巿，因此對許多人仍是充滿誘惑力。電子元件的進步驚人，人們對於自己的夢想可能達到的境界，幾乎是毫無限制。無論是電氣工程師、物理學家、學生、業餘玩家或是有足夠興趣和毅力的任何人，這都是絕佳的研習領域。

PCB 從早期發展以來，到今天成為元件「連接」在一起的普遍手段，電子產品本身也經歷了一場大變革。我們從離散電晶體過渡到積體電路 (IC)。IC 在本質上是內含電子元件且預先組裝好的印刷電路板 (PCB)。因為 IC 大幅縮減複雜電子電路的尺寸，加上 IC 的成本與所使用矽基的面積成正比，它們也不得不變得越來越小，因此使用 PCB 之外的元件將電路連接在一起，已經變得不切實際。雖有例外情況，但我認為基本上是正確的。

在 IC 的早期發展階段，人們可以進行概念開發，並使用三用電表和示波器等常見的實驗室儀器，對電子元件進行除錯。電路元件引腳和探針接點的使用或許相對容易，但客戶更想要較小的電子產品，而不是更大的元件。人們希望容易攜帶，也希望功能更多且成本更低。

在保持小尺寸的前提下增加功能和降低成本，可能是開發電子產品或重新設計現有產品最常見的原因，而一直以來有一種方法能做到這一點，亦即透過整合度更高且功能更強的 IC。這個產業的命脈是推動半導體技術發展。智慧型手機就是一個範例，現今的機型與舊款相比，不但功能更多，成本也更低。您現在可能不認同我有關成本更低的說法，但我想問問，您指的是產品的價格還是成本。我可以保證，在特定功能等級下的成本降低，且其他因素保持不變，價格則會幾乎持平。如果製造商利用增加產品功能來提高利潤，我們基本上是願意掏錢的。結果就是，智慧型手機 (舉例而已) 的價格相對來說維持不變。

為了降低電子元件的成本，同時讓元件的尺寸更小，產業便從 IC 封裝下手。這個趨勢從 1980 年代突然出現，造成的結果就是更加依賴 PCB。那時所使用的封裝技術稱為表面黏著。現在，進行表面黏著時，以人工方式焊接個別的引腳 (也就是端子) 根本不切實際。簡單的說，雖是可行，但不切實際。現在，零件是以稱為波峰焊接的方法焊到 PCB 上，因此開發概念時就必須開發 PCB。IC 的所有引腳已被封裝覆蓋，因此再也無法探測這些引腳。

表面黏著技術剛出現時，電子領域的學生和業餘玩家面臨一個難以克服的問題。我還記得在九十年代後期組裝的最後一個 Heathkit 公司套件，這是一台三用電表。不久之後，這家公司就徹底停售他們全球知名的套件。他們退出套件供應巿場，成為「最後的戰士」。

我提到過，電子產品的成本一直有下降趨勢，這使得電子業將來必有一番作為。現在能夠買得到電路板板載的電路功能。雖然 IC 本身具有功能性，但通常還需要加裝其他元件才能正常運作。這些元件包括電源供應器晶片、時脈、主機控制器等。如果是 PCB 形式，不必很高的成本就能取得可完整運作的子系統。有些 PCB 稱作模組，有些仍稱作系統級封裝 (SiP)。

除了那些向潛在客戶提供這些新 PCB，以作為評估之用的 IC 製造商外，新一代的電子元件供應商也應運而生。這些「創客專業」公司包括 Mikroe (即 Mikroelektronika)、Adafruit、Seeed、SparkFun 及其他公司。現在，使用世界上最精密的電子元件來開發概念，再次變得簡單化。

目前已有數千種電子子系統可用來打造客製化整合系統。無論專業組織還是業餘玩家，都會採用這些商用現貨 (COTS) 產品。我在 DigiKey 任職期間曾經注意到，我們銷售的一些模組上也有我們銷售的相同 IC。而且我也注意到，超大型公司不只會買 IC，也會買內建這些 IC 的模組！我想，「為什麼一家已有資源，且能以最低成本、最高產量和符合經濟效益的方式製造產品的公司，還要購買 PCB 這類價格稍高之尺寸的產品呢？」我想我知道他們可能會這樣做的一些原因。

首先，模組提供的價值更高。以射頻模組為例，模組可以由美國聯邦通信委員會 (FCC) 等監管機構「預先認證」。合規性測試相當昂貴，需要大量時間和金錢。其次是上市時間。如果不確定市場的規模，最好早點進行測試。如果市場規模夠大，則可以重新設計，以使用等級較低的設計方法來降低產品成本。第三個原因是適應產品變化。有了模組化子系統，產品的功能集和價格點更容易差異化。我想指出的一點是，如果對於那些擁有資源，能夠以最低電子元件等級進行設計的公司來說，電子子系統可符合經濟效益，那麼對於業餘玩家和學生來說一定是夠好，但事實不僅如此。

在模組化子系統領域中，有各種不同的介面。最常見的介面有序列周邊裝置介面 (SPI)、內部整合電路 (I²C)、類比及近似類比脈寬調變 (PWM)、通用異步收發器 (UART) 和並聯介面。其中，只有最後一個具有各式各樣的引腳配置。可能有 95% 或更多的模組化子系統不需要並聯介面，這代表子系統本身已有少量引腳，因此能夠維持較低的成本和價格。

由於前面提到的介面非常受歡迎，Mikroe 因此制訂自家的 MikroBUS 標準，並且開放給所有人免費使用 (請見圖 1)。越來越多的 IC 製造商開始採用這套子系統介面。我相信 Microchip 是第一家在評估和開發板上採用 MikroBUS 標準的公司。他們之所以這樣做，是因為這家公司有一千種以上的模組採用 MikroBUS 標準。不需要接線、重新接線或組裝任何 PCB，就能開發或評估幾乎任何數量的概念，端視電路板上有多少個 MikroBUS 點而定。MikroBUS 標準用來定義電路板的電氣介面和物理性質，由於如今已獲廣泛接受，因此在幾乎所有功能等級和靈活複雜性下，能再次簡單地以較低成本進行概念實作。但優點不僅如此。

圖 1.MikroBUS 標準。(圖片來源：Mikroelektronika)

Mikroe 是一家開發工具公司。除了使用自家的 MikroBUS 標準生產電路板 (稱為「Click」板)，這家公司也提供開發工具。在這些工具當中，有一項稱為「CodeGrip」的工具。除了 USB 介面，CodeGrip 還提供一個 WiFi 介面。透過這兩個連接介面之一，可以編寫軟體並進行除錯，整合設計中存在的任何子系統。有了 WiFi 連線能力，代表具備可輕鬆橋接至網際網路的介面。這家公司已利用一個稱為 Planet Debug 的系統辦到了。

任何人只要在個人電腦上安裝 Mikroe 的整合式開發環境 (IDE) 並連上網際網路，就能透過 Planet Debug 遠端使用世界任何地方的硬體。事實上，Mikroe 會透過您要求的任何 Click 板來設定自家的硬體。這意味著，技術發展至今已經達到一個境界，使用者無需自行開發或連接自己的任何硬體，就能開發概念或學習任何想更完整暸解的技術。

現在，對電子元件感興趣或學習相關知識，已是一大樂事。我的經驗分享就先到此告一段落，接下來輪到您分享自己開發概念的經驗了。