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Jul 08, 2023

Sehen Sie, wie Clem Mayer sein einzigartiges USB-Kartenleseprojekt von der Idee zum Prototyp führte

Jedes Projekt/Produkt muss mit einer Idee beginnen, aber der Weg von diesem ersten Schritt bis hin zu einem funktionierenden Prototyp kann ein sehr einschüchternder Prozess sein, insbesondere für Anfänger. Als ein

Jedes Projekt/Produkt muss mit einer Idee beginnen, aber der Weg von diesem ersten Schritt bis hin zu einem funktionierenden Prototyp kann ein sehr einschüchternder Prozess sein, insbesondere für Anfänger. Um zu verdeutlichen, was passieren muss, wenn der Sprung von der Idee zum konkreten Produkt gemeistert wird, hat der Moderator von element14 Presents, Clem Mayer, ein Projekt in Angriff genommen, bei dem er seinen eigenen USB-Kartenleser mit relativ häufigen Komponenten und einem DIY-PCB-Design baute.

Bevor man überhaupt eine Idee für etwas findet, das man bauen kann, kann Innovation und Brainstorming oft die Form annehmen, dass man sich bereits bestehende Produkte anschaut und sich vorstellt, wie sie verbessert werden könnten. Mayers Inspirationsquelle war sein alter USB-/SD-Karten-Hub, der aufgrund fehlerhafter Anschlüsse ständig die Verbindung trennte und aufgrund seines nicht idealen Formfaktors schwierig zu verwenden war. Um es zu wiederholen, dachte er darüber nach, die USB-Hub-Idee zu übernehmen, das Design auf eine dünne Kartenform abzuflachen, gleichzeitig USB-C-Funktionalität hinzuzufügen und eine SD-Karte in voller Größe für eine einfachere Verwendung einzubinden.

Laut Mayer ist es eine kluge Idee, vorhandene Komponenten in ein Design zu integrieren und möglicherweise zumindest zunächst separate ICs für verschiedene Aufgaben statt monolithischer ICs zu verwenden, um Fehlerquellen zu beseitigen. Bei diesem Entwurf entschied er sich für einen USB-Hub USB2640 + Mediencontroller-IC von Microchip, der die USB-Funktionalität und die Fähigkeit zum Lesen/Schreiben von SD-Karten in einem einzigen Chip vereint. Zusätzlich zu dieser Komponente fügte Mayer einen ESP32-C3 hinzu, um die vom externen Micro-USB-Anschluss bereitgestellte Strommenge anzupassen, zwei USB-C-Anschlüsse für Daten und Strom sowie zwei ESD-Schutzschaltungen für die zukünftige Verwendung.

Da zuverlässige 3D-gedruckte Gehäuse sowohl beim Design als auch bei der Herstellung eine Herausforderung darstellen können, weist Mayer darauf hin, dass es bereits ein großes Ökosystem vorgefertigter Gehäuse gibt. Mit den Größen, die im Voraus aus den Datenblättern bekannt sind, können Leiterplatten so gestaltet werden, dass sie gut passen, und es können maßgeschneiderte Frontplatten für Anschlussöffnungen und zusätzlichen Schutz hergestellt werden.

Nachdem er seinen USB-Kartenleser-Schaltkreis zusammengebaut hatte, steckte Mayer den USB-C-Anschluss an seinen PC und stellte fest, dass nichts erkannt wurde, weil der Stecker nicht richtig verlötet war. Nach einer schnellen Lösung funktionierte es immer noch nicht, diesmal aufgrund eines fehlenden Vorspannungswiderstands. Nach dem Hinzufügen wurde der Media-Controller-Chip endlich vom Betriebssystem gezählt, der ESP32-Chip wurde jedoch immer noch nicht erkannt, was wiederum an einem fehlerhaften Reflow aufgrund zu vieler nahegelegener Kühlkörper lag.

All diese Probleme und eventuellen Lösungen sind ein natürlicher Teil des iterativen Designprozesses, und jede Lektion auf dem Weg dorthin führt am Ende zu einem weitaus besseren Produkt. Wie Mayer in seinem Video betont, sind das sorgfältige Lesen des Datenblatts, das Überprüfen der Footprints und das Hinzufügen zahlreicher Testpunkte wichtige Schritte, um sicherzustellen, dass alles beim ersten Mal funktioniert. Für seine nächste Iteration plant Mayer, auf einen früheren USB-/Medien-Controller-Chip, einen SD-Kartensteckplatz und eine Spannungsregelungsschaltung zurückzugreifen, da diese bekannter sind.

Um mehr darüber zu erfahren, wie dieser USB-Kartenleser entworfen/gebaut wurde und welche Herausforderungen er mit sich brachte, können Sie sich unten Mayers e14 Presents-Video ansehen!