کتاب Designing Electronics That Work

طراحی موفق الکترونیک در گرو جزئیات است. از تلرانس قطعاتی که انتخاب می‌کنید تا آلیاژ دقیق لحیمی که به کار می‌برید، هر جزئیاتی اهمیت دارد. در طول فرآیند طراحی و پیاده‌سازی محصولات و دستگاه‌ها، یک جعبه ابزار شخصی از تکنیک‌ها و ترفندها برای مدیریت این جزئیات در خود جمع خواهید کرد. آنچه در ابتدا جزئیات کوچکی به نظر می‌رسد – جابه‌جا کردن یک کانکتور به سمت دیگر برد، یک خازن بای‌پس اضافی، یا تغییر عرض یک مسیر – می‌تواند در ادامه به تأثیرات بزرگ‌تری منجر شود، و کاربرد دقیق این جزئیات باعث صرفه‌جویی در مقدار زیادی زمان و پول می‌شود.

کتاب Designing Electronics That Work مجموعه‌ای از جزئیات ضروری و اغلب نادیده‌گرفته‌شده در طراحی الکترونیک است. پر از نکات، تکنیک‌ها و ترفندهایی است که ممکن است اجرایشان فقط چند لحظه طول بکشد اما تأثیری نامتناسب بر موفقیت طراحی شما داشته باشد. دستورالعمل‌های این کتاب بلافاصله قابل استفاده هستند و من تقریباً همه آنها را به روش سخت یاد گرفتم: با خراب کردن کار در اولین بار. امیدوارم با خواندن این کتاب، شما بتوانید از همان اشتباهات اجتناب کنید.

کتاب Designing Electronics That Work چیست؟

این کتاب راهنمایی برای طراحی و تولید الکترونیک است که به مسائلی می‌پردازد که اکثر مردم فقط از طریق تجربه یاد می‌گیرند. این کتاب سرشار از ترفندها و تکنیک‌هایی است که با کمک به طراحان برای تسریع در فرآیند توسعه و اجتناب از اشتباهات، در زمان و پول آنها صرفه‌جویی می‌کند.

کتابی است مختصر، منحصربه‌فرد و مهم‌تر از همه، مفید. کتاب Designing Electronics That Work به هر کسی که دانش ابتدایی مهندسی برق دارد، امکان می‌دهد سخت‌افزاری زیبا بسازد که در اولین تلاش کار کند. علاوه بر این، دلایل هر روش را توضیح می‌دهد تا طراحی‌های شما بر اساس بصیرت و نه صرفاً پیروی کورکورانه از قوانین انجام شود.

بیشتر کتاب‌های الکترونیک به سؤالاتی مانند “خازن چیست و چگونه کار می‌کند؟” پاسخ می‌دهند. کتاب Designing Electronics That Work به جای آن به سؤالاتی مانند “چگونه از بین صدها هزار خازن موجود که همه شبیه به هم هستند، بدانم کدام را بخرم؟ و چگونه از آن خازن در شماتیک و طرح‌بندی خود استفاده کنم تا همان‌طور که انتظار دارم عمل کند؟” می‌پردازد. این نوع سؤالات در کتاب‌های الکترونیک یا حتی در دانشگاه به خوبی پوشش داده نمی‌شوند، اما اگر پاسخ‌ها را ندانید، طراحی شما کار نخواهد کرد و روزها یا هفته‌ها برای عیب‌یابی تلف خواهید کرد.

کتاب Designing Electronics That Work برای چه کسانی است؟

این کتاب برای فارغ‌التحصیلان جدید مهندسی برق، علاقه‌مندان، بنیان‌گذاران استارت‌آپ‌ها، هکرهای سخت‌افزار، هنرمندان، محققان، دانشجویان تحصیلات تکمیلی، افرادی که می‌خواهند از بردهای آردوینو فراتر رفته و بردهای مدار چاپی (PCB) سفارشی بسازند، و هر کسی که می‌خواهد طراحی‌های خود را از مرحله ساخت دریافت کرده و در اولین ویرایش آن‌ها را عملی ببیند، نوشته شده است.

کتاب Designing Electronics That Work شامل تکنیک‌های صرفه‌جویی در زمان است و به شما کمک می‌کند قبل از ساخت، باگ‌ها را پیدا کنید. از زیاده‌گویی پرهیز کرده و مستقیماً به آنچه نیاز دارید بدانید و نحوه اعمال آن می‌پردازد.

من فرض می‌کنم شما حداقل یک درک اولیه از مهندسی برق دارید. همان‌طور که گفتم، وقت را برای توضیح اینکه خازن چیست هدر نمی‌دهم، بلکه بر روی نحوه انتخاب صحیح آن و استفاده مؤثر از آن تمرکز خواهم کرد. اگرچه کتاب Designing Electronics That Work به سمت طراحی و پیاده‌سازی محصول گرایش دارد، اما به همان اندازه برای پروژه‌های علاقه‌مندان، اینستالیشن‌های هنری و سایر پروژه‌های آماتور مهندسی برق کاربرد دارد.

اگر در حال طراحی اولین PCB خود هستید، خواندن این کتاب ممکن است به شما کمک کند از اشتباهاتی که نمی‌دانستید قرار است مرتکب شوید، اجتناب کنید. اگر صدها PCB طراحی کرده‌اید، این کتاب بیشتر به عنوان یک چک‌لیست عمل می‌کند تا هر ناحیه‌ای که فراموش کرده‌اید به آن فکر کنید را روشن سازد.

برخی از بخش‌های کتاب Designing Electronics That Work ممکن است به نظر برسد که فقط برای کارهایی که یک مهندس برق حرفه‌ای در یک شرکت انجام می‌دهد، کاربرد دارند. اگرچه درست است که برخی از دستورالعمل‌های مبتنی بر فرآیندهای دقیق‌تر که در مورد آن‌ها بحث خواهیم کرد، برای یک علاقه‌مند چندان مرتبط نیستند، اما مفاهیم سطح بالا پشت این دستورالعمل‌ها همچنان کاربردی و مفید هستند.

به عنوان مثال، نوشتن یک سند الزامات قابل ردیابی برای یک پروژه جانبی احتمالاً ضروری نیست، اما از پیش فکر کردن به اهداف طراحی، به جای صرفاً اضافه و حذف ویژگی‌ها به صورت بی‌هدف، می‌تواند به شما کمک کند پروژه‌های خود را به اتمام برسانید، از «خزش ویژگی‌ها» (Feature Creep) جلوگیری کنید و هزینه‌ها را پایین نگه دارید. قبل از اینکه بخشی را به عنوان “بیش از حد شرکتی” رد کنید، به این فکر کنید که چگونه روح آن ایده می‌تواند برای شما مفید باشد.

کتاب Designing Electronics That Work به گونه‌ای نوشته شده است که به طراحی انواع مختلف دستگاه‌های الکترونیکی مرتبط باشد، اما تمام اطلاعات مربوط به تمام دسته‌های دستگاه‌ها را پوشش نمی‌دهد.

اگر در حال طراحی چیزی هستید که نیاز به گواهینامه، ایمنی یا محدودیت‌های اطمینان‌بخشی خاصی دارد (مانند یک دستگاه پزشکی، دستگاه با رتبه پرواز فضایی یا دستگاه حیاتی ایمنی)، از کتاب Designing Electronics That Work فقط به عنوان یک مرجع استفاده کنید و به استانداردهای مورد نیاز رجوع کنید.

پیروی کامل از تمام دستورالعمل‌های این کتاب تضمین نمی‌کند که طراحی شما تمام گواهینامه‌ها را پاس کرده و در اولین تلاش کار خواهد کرد، اما به شما کمک می‌کند از بسیاری از مشکلات رایج و قابل پیشگیری اجتناب کنید.

محتویات کتاب Designing Electronics That Work

این کتاب به گونه‌ای چیده شده است که شما را در فرآیند شناسایی آنچه باید بسازید، انجام کار طراحی و نمونه‌سازی، شامل انتخاب قطعات و ساخت شماتیک و طرح‌بندی، و ساخت، مونتاژ و آزمایش طراحی، همراهی کند. همچنین شامل فصل‌هایی در مورد موضوعات مفید دیگر مانند اینکه چه تجهیزاتی بخرید و چگونه بفهمید مدارتان چرا کار نمی‌کند، است.

کتاب Designing Electronics That Work تقریباً به ترتیب زمانی فرآیند کامل مهندسی محصول چیده شده است. در اینجا یک تفکیک دقیق‌تر از آنچه در هر فصل یاد خواهید گرفت ارائه شده است:

فصل ۱: چه چیزی بسازیم و چگونه برای آن برنامه‌ریزی کنیم

اصول اولیه انجام تحقیقات محصول، صحبت با کاربران، نوشتن الزامات و مشخصات و زمان‌بندی را پوشش می‌دهد. این فصل از کتاب Designing Electronics That Work، همچنین یک مرور کلی سطح بالا از فرآیند کامل تولید ارائه می‌دهد.

فصل ۲: مشخصات و خرید قطعات

به شما نشان می‌دهد چگونه مطمئن شوید که قطعات شما مشخصات مورد نیازتان را برآورده می‌کنند و روش‌های مختلفی که معمولاً برای خرید قطعات استفاده می‌شود را توضیح می‌دهد.

فصل ۳: انتخاب قطعات غیرفعال (Passive)

توصیه‌های خاصی در مورد طیف گسترده‌ای از قطعات غیرفعال، از جمله مقاومت‌ها، خازن‌ها، سلف‌ها، کابل‌ها، کانکتورها و حفاظت مدار، ارائه می‌دهد. چگونه بدانید کدام خازن را باید بخرید؟ در مورد یک کانکتور به چه پارامترهایی باید اهمیت دهید؟ این فصل از کتاب Designing Electronics That Work به شما خواهد گفت.

فصل ۴: انتخاب قطعات فعال (Active)

راهنمایی‌هایی در مورد طیف گسترده‌ای از قطعات فعال، از جمله اسیلاتورها، ADCs و DACs، منابع تغذیه، میکروکنترلرها، قطعات RF، ترانزیستورها، دیودها و باتری‌ها ارائه می‌دهد.

فصل ۵: طراحی شماتیک

نشان می‌دهد چگونه یک شماتیک را طوری ترسیم کنید که خواندن و درک آن آسان باشد. قواعد طراحی شماتیک را توضیح داده و مشکلات رایجی که باید از آنها اجتناب کرد تا طراحی شما به خوبی کار کند را برجسته می‌کند.

فصل ۶: طراحی طرح‌بندی (Layout)

از یک شماتیک انتزاعی به یک طراحی طرح‌بندی فیزیکی می‌پردازد، با توجه به فیزیک واقعی درگیر در یک PCB. طراحی سرعت بالا، انتخاب لایه‌ها (stackup) و انواع وایاها (vias) را پوشش می‌دهد.

فصل ۷: طراحی برای تعالی (Design for Excellence)

جنبه‌های کلیدی طراحی را مورد بحث قرار می‌دهد که اطمینان حاصل می‌کند PCB شما واقعاً قابل تولید است، از جمله طراحی برای ساخت (fabrication)، طراحی برای مونتاژ (assembly)، طراحی برای آزمایش (test) و طراحی برای اطمینان (reliability).

فصل ۸: الزامات نظارتی برای سازگاری و مقاومت الکترومغناطیسی

پوشش می‌دهد که چگونه برد شما گواهینامه FCC یا سایر گواهینامه‌های نظارتی برای تداخل و سازگاری الکترومغناطیسی را پاس کند. حتی اگر قصد دریافت گواهینامه را ندارید، این فصل از کتاب Designing Electronics That Work به شما کمک می‌کند از مشکلات دشوار عیب‌یابی جلوگیری کنید.

فصل ۹: مهندسی هزینه

نشان می‌دهد چگونه هزینه محصول خود را بدون اینکه آن را به یک محصول بی‌کیفیت تبدیل کنید، کاهش دهید. به طور جداگانه به مهندسی هزینه در طول طراحی شماتیک، طراحی طرح‌بندی و مونتاژ می‌پردازد.

فصل ۱۰: نمونه‌سازی (Prototyping)

در مورد نحوه اثبات سریع یک ایده با ترکیب کردن قطعات مختلف بحث می‌کند. پلتفرم‌های نمونه‌سازی مختلف را در نظر گرفته و ترفندهایی برای آزمایش سریع و ارزان یک ایده ارائه می‌دهد. همچنین به نگهداری دفترچه آزمایشگاه اشاره می‌کند.

فصل ۱۱: ساخت یک آزمایشگاه

راهنمایی‌هایی در مورد اینکه به چه نوع تجهیزاتی نیاز دارید، از کجا آنها را تهیه کنید و چگونه یک آزمایشگاه را حتی با بودجه‌ای متوسط بسازید، ارائه می‌دهد. تجهیزات لحیم‌کاری و آزمایش، و همچنین ایمنی ضروری آزمایشگاه را پوشش می‌دهد.

فصل ۱۲: ساخت و مونتاژ

به شما می‌گوید چگونه کسی را برای ساخت PCB و لحیم‌کاری قطعات به آن پیدا کنید، و چگونه خودتان این کار را انجام دهید. شامل نکاتی در مورد اینکه چگونه به یک متخصص لحیم‌کاری تبدیل شوید و استراتژی‌هایی برای ادغام تمام زیرسیستم‌ها با یکدیگر.

فصل ۱۳: آزمایش

به شما کمک می‌کند بفهمید محصول شما واقعاً به چه آزمایش‌هایی نیاز دارد و شما را در طراحی آن آزمایش‌ها راهنمایی می‌کند تا به طور واقعی ارزیابی کنید که آیا محصول شما در تماس با دنیای واقعی دوام می‌آورد یا خیر. آزمایش‌های نظارتی مختلف، فرآیند راه‌اندازی برد و نحوه طراحی وسایل آزمایش را مورد بحث قرار می‌دهد.

فصل ۱۴: عیب‌یابی

پیشنهاداتی در مورد اینکه وقتی در محصول شما مشکلی پیش می‌آید، چه کاری انجام دهید، ارائه می‌دهد. راه‌های رایج خرابی دستگاه‌های الکترونیکی را شرح داده و استراتژی‌ها و مدل‌های ذهنی مختلفی برای حل یک مشکل و رسیدن به علت اصلی واقعی آن را بیان می‌کند.

پیوست الف: چگونه یک دمو ارائه دهیم

در مورد نمایش محصول شما برای مشتریان یا سرمایه‌گذاران به شیوه‌ای جذاب بحث می‌کند. نشان می‌دهد چگونه احتمال خراب شدن کارها را به حداقل برسانید و چگونه چشم‌انداز محصول خود را بفروشید، حتی اگر هنوز آماده تولید نیست.

پیوست ب: منابع پیشنهادی

یک لیست سازمان‌یافته از شرکت‌هایی را ارائه می‌دهد که می‌توانند به شما کمک کنند محصول خود را از یک ایده به یک دستگاه واقعی که برای میلیون‌ها مشتری ارسال می‌شود، تبدیل کنید.

پیوست ج: نمونه یادداشت‌های ساخت

شامل یک الگو است که می‌توانید برای ارسال یادداشت‌های ساخت به سازنده PCB خود از آن استفاده کنید تا مطمئن شوید آن‌ها آنچه را که می‌خواهید می‌فهمند و شما می‌توانید به طور پیشگیرانه به سؤالات آن‌ها پاسخ دهید.