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

• Розбиратимете ролі інженерів у hardware development
• Орієнтуватиметеся в життєвому циклі розробки електронного пристрою
• Познайомитеся з проєктом моторного контролера на STM32 з Bluetooth
• Працюватимете з інструментами KiCad, LTspice, BOM tools і симуляторами

Основні поняття в електроніці

• Розбиратимете струм, напругу, заряд, опір і потужність
• Розумітимете роботу провідників, напівпровідників та носіїв заряду
• Орієнтуватиметеся в електричних і магнітних полях
• Розбиратимете RC/RL-ланцюги, pn-перехід і MOSFET
• Працюватимете з поняттями імпедансу та хвильового опору

Компонентна база: пасивні та активні компоненти

• Працюватимете з даташитами та ключовими параметрами компонентів
• Застосовуватимете критерії вибору: номінал, точність, корпус і температурний діапазон
• Розбиратимете пасивні компоненти: резистори, конденсатори, індуктивності
• Орієнтуватиметеся в реальних моделях компонентів: ESR, ESL
• Розбиратимете активні компоненти: діоди, BJT, MOSFET, стабілітрони, тиристори та ОП

Цифрова схемотехніка симуляції схем

• Розбиратимете основи цифрової логіки
• Працюватимете з логічними елементами, тригерами та мультиплексорами
• Будуватимете таблиці істинності для цифрових схем
• Симулюватимете базові цифрові схеми
• Розбиратимете приклади застосування цифрової схемотехніки

Аналогова схемотехніка симуляції схем

• Розбиратимете основи аналогової схемотехніки
• Симулюватимете пасивні фільтри: ВЧ, НЧ і смугові
• Працюватимете зі схемами включення операційних підсилювачів
• Орієнтуватиметеся в ЦАП і АЦП
• Розбиратимете АЦП у зворотному звʼязку по струму для BLDC/PMSM-двигуна

Інтерфейс KiCad і створення проєкту

• Працюватимете з менеджером проєктів, редактором схем і редактором символів
• Налаштовуватимете структуру проєкту в KiCad
• Іменуватимете ланцюги, порти й шини
• Імпортуватимете бібліотеки схематики та footprint
• Створюватимете схематичну бібліотеку компонентів

Архітектура MCU та системи живлення

• Розбиратимете архітектуру ARM Cortex-M на прикладі STM32 та ESP32
• Орієнтуватиметеся в ядрі, памʼяті та периферії мікроконтролера
• Порівнюватимете FPGA та MCU за сферами застосування
• Розбиратимете систему тактування: кварци й внутрішні осцилятори
• Працюватимете зі схемами reset та інтерфейсами SWD/JTAG

Електричні двигуни: принципи роботи й керування

• Розбиратимете статор, ротор, момент, AC/DC
• Орієнтуватиметеся в щіткових DC-двигунах і BLDC з датчиками Холла
• Розбиратимете PMSM, крокові та серводвигуни
• Працюватимете з енкодерами та магнітними датчиками положення
• Розбиратимете трифазний інвертор і драйвер BLDC-двигуна

Проєктування minimal system board

• Створюватимете ієрархічні схеми для складних проєктів
• Орієнтуватиметеся в інтерфейсах I2C, UART, SPI, SDIO, MIPI
• Працюватимете з Bluetooth-модулем у схемі моторного контролера
• Перевірятимете електричні правила через ERC
• Генеруватимете специфікацію BOM

Джерела живлення. Частина 1

• Розбиратимете джерела струму та напруги
• Орієнтуватиметеся в лінійних та імпульсних джерелах живлення
• Порівнюватимете AC-DC, DC-DC і DC-AC перетворювачі
• Розбиратимете ізольовані джерела живлення
• Працюватимете з level shifters

Джерела живлення. Частина 2

• Працюватимете з онлайн-калькуляторами для DC-DC
• Симулюватимете джерела живлення
• Розбиратимете USB-C Power Delivery та QC
• Орієнтуватиметеся в акумуляторах і батареях
• Розбиратимете контролери заряду, BMS-модулі та gas gauge мікросхеми

Основи PCB Layout і технології виробництва

• Розбиратимете типи друкованих плат і процес виробництва
• Працюватимете зі стек-апом: шари міді, діелектрик і маска
• Розміщуватимете компоненти на платі
• Враховуватимете аналогову, цифрову та силову частини
• Налаштовуватимете базову структуру друкованої плати

Трасування та полігони

• Розраховуватимете ширину провідників
• Організовуватимете шари живлення та землі
• Працюватимете з power/ground planes
• Трасуватимете диференційні пари та інтерфейси
• Вирівнюватимете лінії по довжині

Трасування проєкту

• Працюватимете з проєктом моторного контролера на STM32
• Трасуватимете основні вузли плати
• Застосовуватимете практики трасування простих проєктів
• Мінімізуватимете ризики помилок у першому прототипі

Електромагнітна сумісність (EMC/EMI)

• Розбиратимете принципи проєктування з урахуванням EMC/EMI
• Аналізуватимете типові помилки в електромагнітній сумісності
• Підбиратимете компоненти для сумісності на платі
• Працюватимете з розташуванням компонентів
• Розбиратимете трасування екранів

Підготовка файлів для виробництва

• Генеруватимете Gerber-файли та файли свердління
• Працюватимете з Pick and Place і складальним кресленням
• Готуватимете пакет документів для виробництва плати
• Орієнтуватиметеся в ресурсах JLCPCB і PCBWay
• Перевірятимете файли перед замовленням

Замовлення, монтаж і перше ввімкнення

• Розбиратимете процес замовлення плат і компонентів
• Працюватимете з BOM tools на JLCPCB або PCBWay
• Орієнтуватиметеся в ручному монтажі SMD/THT
• Розбиратимете методологію першого запуску плати
• Мінімізуватимете ризики під час запуску прототипу

Основи 3D-моделювання

• Розбиратимете базові принципи 3D-моделювання
• Експортуватимете плату з KiCad
• Імпортуватимете плату у FreeCAD або Fusion 360
• Створюватимете корпус для проєкту
• Працюватимете з простими 3D-моделями

Робота з вимірювальними приладами

• Орієнтуватиметеся в інструментах для вимірювання
• Працюватимете з мультиметром, осцилографом і логічним аналізатором
• Діагностуватимете несправності в електронних схемах
• Розбиратимете основи метрології
• Аналізуватимете дані вимірювань

Демонстрація фінальних проєктів

• Презентуватимете результати роботи над проєктом
• Показуватимете розроблену плату і ключові рішення
• Пояснюватимете логіку схеми, трасування та вибору компонентів
• Отримуватимете фідбек щодо фінального проєкту

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

Ляна Пига - Hardware/Embedded Engineer в Ajax Systems