Курс Hardware Development

Hardware Development - це інженерна розробка електроніки, яка запускається, проходить тестування і доходить до серійного виробництва. Курс допомагає перейти від роботи з dev-board і прототипами до ролі hardware engineer, який проєктує production-ready плати й має попит у deftech, embedded та robotics-проєктах.

Програма курсу

Вступ до курсу та життєвий цикл розробки

• Познайомитесь із лектором і структурою курсу
• Розберетесь у напрямках hardware development і ролях інженерів у команді
• Ознайомитесь із прикладним проєктом IP-радіо на ESP32
• Орієнтуватиметесь в інструментах hardware-розробки: KiCad і LTspice
• Знатимете, де шукати та як підбирати електронні компоненти
• Зможете формувати BOM і працювати з відповідними інструментами
• Використовуватимете онлайн-калькулятори та симулятори для перевірки рішень

Компонентна база: пасивні та активні компоненти

• Працюватимете з даташитами та знаходитимете ключові параметри для вибору компонентів
• Застосовуватимете критерії вибору компонентів: номінал, точність, корпус і температурний діапазон
• Розумітимете роботу пасивних компонентів - резисторів, конденсаторів, індуктивностей - і їхні реальні моделі (ESR, ESL)
• Орієнтуватиметеся в активних компонентах: діодах, транзисторах (BJT, MOSFET), стабілітронах, тиристорах та операційних підсилювачах

Цифрова схемотехніка симуляції схем

• Розумітимете основи цифрової логіки та принципи побудови логічних схем
• Орієнтуватиметеся в роботі логічних елементів
• Пояснюватимете принципи роботи тригерів
• Працюватимете з мультиплексорами та їхніми таблицями істинності
• Симулюватимете базові цифрові схеми

Аналогова схемотехніка симуляції схем

• Розумітимете базові принципи аналогової схемотехніки
• Проєктуватимете пасивні фільтри НЧ, ВЧ і смугові та симулюватимете їхню роботу
• Застосовуватимете типові схеми включення операційних підсилювачів
• Орієнтуватиметеся в принципах роботи ЦАП і АЦП
• Аналізуватимете блок ЦАП у проєкті IP-радіо на ESP32

Інтерфейс KiCad і створення проєкту

• Працюватимете з менеджером проєктів, редактором схем і редактором символів
• Дотримуватиметеся правил good practice під час створення схем
• Коректно іменуватимете ланцюги: nets, ports і buses
• Імпортуватимете бібліотеки схематики з правильною розбивкою компонентів на parts
• Імпортуватимете і використовуватимете бібліотеки footprint

Архітектура MCU та системи живлення

• Розумітимете архітектуру ARM Cortex-M на прикладі STM і ESP32: ядро, пам'ять і периферію
• Орієнтуватиметеся в архітектурі ПЛІС (FPGA) та принципах її роботи
• Відрізнятимете FPGA від MCU та обиратимете рішення під конкретні задачі
• Проєктуватимете систему тактування з використанням кварцових резонаторів та внутрішніх осциляторів
• Реалізовуватимете схеми скидання та підключатимете інтерфейси програмування SWD і JTAG

Проєктування minimal system board

• Створюватимете ієрархічні схеми для складних апаратних проєктів
• Розроблятимете схему IP-радіо на ESP32
• Орієнтуватиметеся в інтерфейсах комунікації I2C, UART, SPI, SDIO та MIPI
• Перевірятимете схеми на електричні помилки (ERC) і генеруватимете специфікацію компонентів (BOM)

Джерела живлення. Частина 1

• Розрізнятимете типи джерел живлення та принципи роботи джерел струму й напруги
• Застосовуватимете лінійні джерела живлення під конкретні апаратні задачі
• Працюватимете з імпульсними джерелами живлення та розумітимете їхні обмеження
• Орієнтуватиметеся в перетворювачах AC-DC, DC-DC та DC-AC і аналізуватимете типові схеми

Джерела живлення. Частина 2

• Використовуватимете онлайн-калькулятори для розрахунку та симуляції DC-DC перетворювачів
• Орієнтуватиметеся в принципах USB-C Power Delivery та Quick Charge
• Розбиратиметеся в типах хімічних джерел живлення - акумуляторах і батареях - та особливостях їхньої експлуатації

Основи PCB Layout і технології виробництва

• Розумітимете види друкованих плат і етапи їхнього виробництва
• Проєктуватимете структуру плати (stack-up): шари міді, діелектрика та паяльну маску
• Застосовуватимете стратегії розміщення компонентів для аналогової та цифрової частин на прикладі проєкту IP-радіо на ESP32

Трасування (Routing) та полігони

• Розраховуватимете ширину провідників відповідно до струмів та вимог плати
• Організовуватимете шари живлення та землі (power і ground planes)
• Працюватимете з диференційними парами та високошвидкісними інтерфейсами

Трасування проєкту

Розробите проєкт IP-радіо на ESP 32.

Електромагнітна сумісність (EMC/EMI)

• Проєктуватимете схеми й плати з урахуванням вимог EMC/EMI
• Виявлятимете та уникатимете типових помилок, що призводять до проблем з ЕМС

Підготовка файлів для виробництва

• Формуватимете Gerber-файли, файли свердління та Pick and Place для виробництва
• Готуватимете складальне креслення для монтажу плати
• Орієнтуватиметесь у вимогах і можливостях виробничих сервісів JLCPCB та PCBWAY

Замовлення, монтаж і "перше ввімкнення" (Board Bring-up)

• Розумітимете процес замовлення друкованих плат і компонентів
• Знатимете основи монтажу та ручного паяння SMD- і THT-компонентів
• Застосовуватимете методологію першого запуску плати

Робота з вимірювальними приладами

• Працюватимете з інструментами та обладнанням і знатимете особливості роботи з ними
• Діагностуватимете несправності за допомогою мультиметра, осцилографа та логічного аналізатора
• Розумітимете основи метрології та коректність вимірювань

Основи 3D-моделювання

• Орієнтуватиметеся в основах 3D-моделювання для апаратних проєктів
• Створюватимете корпус для проєкту у FreeCAD або Fusion 360

Введення мікросмужкові лінії передачі даних

• Розумітимете поняття імпедансу та хвильового опору
• Розрізнятимете види ліній передачі даних та їхні відмінності
• Орієнтуватиметеся в Y-параметрах для аналізу ліній передачі
• Використовуватимете інструменти й калькулятори для розрахунку ліній передачі

Введення у високошвидкісні інтерфейси

• Орієнтуватиметеся в інтерфейсах HDMI, SDIO та MIPI
• Розраховуватимете диференційні пари для високошвидкісних сигналів
• Реалізовуватимете ці інтерфейси на друкованій платі з урахуванням вимог трасування

Воркшоп із реалізації NFC-рідера з розрахунком і трасуванням. Частина 1

• Орієнтуватиметеся в принципах роботи технології NFC
• Розраховуватимете планарну котушку під NFC-застосування
• Виконуватимете аналітичний розрахунок вихідних ланцюгів за допомогою онлайн-калькуляторів
• Симулюватимете вихідне коло в RFsim
• Складатимете схему NFC-вузла в KiCad

Воркшоп із реалізації NFC-рідера з розрахунком і трасуванням. Частина 2

• Трасуватимете проєкт NFC-рідера з урахуванням вимог до ВЧ-частини
• Враховуватимете ключові особливості трасування NFC-ланцюгів
• Працюватимете з векторним аналізатором кіл та інтерпретуватимете результати вимірювань
• Орієнтуватиметеся в діаграмі Вольперта-Сміта і застосовуватимете її для аналізу узгодження

Демонстрація фінальних проєктів

Презентуєте результати своєї роботи.

Вимоги для старту

Щоб комфортно навчатися на курсі, слід розуміти закони електротехніки та мати досвід програмування на будь-якій мові.

Особливості курсу

• Допомога ментора
• Практика
• Індивідуальний фідбек від лектора
• Практичні домашні завдання
• Курсовий проєкт
• Hardware-проєкт у портфоліо
• Сертифікат про проходження курсу

Викладачі курсу

Дмитро Барабаш - Hardware Designer в Amazon