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TECH INSIGHT EMBEDDED DESIGN 37 - ELETTRONICA OGGI 478 - MAGGIO 2019 funzionalità in un unico package compatto. Un esempio è ESP32 WROOM-32 di Espressif (Fig. 1), un modulo microcontrollore wireless embedded che contiene un ricetrasmettitore WiFi/BLE, funzioni di gestione e di conversione di potenza insieme ad un microcontrollore a 32 bit; di fatto un vero e proprio SoC (System-on- Chip). Molte funzioni di base, come la gestione della potenza, l’elaborazione dati e la comunicazione, sono oggigior- no diffusi in praticamente ogni prodotto, sia esso per applicazioni di largo consumo o industriali. La sostituzione di intere sezioni di circuiti discreti con un singolo modulo sta generando la cosiddetta “com- ponentizzazione” dei sistemi elettronici. Questo fenomeno tende a far diventare il progetto di sistemi embed- ded sempre più una commodity, grazie alla possibilità di sfruttare la disponibilità di un numero crescente di blocchi funzionali. Questi blocchi possono essere moduli, dispositivi SoC altamente integrati o addirittura un computer a scheda singola (SBC) completo. Il concetto di “commodity” Il motivo della rapida diffusione di questo approccio è puramente pragmatico; le funzioni standard, come WiFi e BLE, e anche la conversione di potenza, sono ancora complesse ma aggiungono una piccola differenza o “valore”, quindi non ha senso dedicare risorse tecniche preziose alla creazione ex novo di tali funzioni. Dal punto di vista della gestione del progetto, un approccio che sfrutta il concetto di “commodity” può ridurre i tempi di sviluppo, semplificare o addirittura eliminare i processi di certificazione di conformità, oltre a diminu- ire i costi legati alla BoM (Bill of Material) e alla gestione dell’inventario. Lo svantaggio, peraltro ovvio, è dato dal fatto che tutte le funzioni disponibili sotto forma di “commodity” sono per definizione uguali tra di loro, per cui i produttori devono individuare altre strade per differenziare i loro prodotti. I costruttori di moduli sono consapevoli di questo dilemma e propongono moduli caratterizzati da un livello di flessibilità tale da consen- tire agli utenti di creare del valore aggiunto. Tornando al modulo SoC ESP-WROOM-32, la figura 1 evidenzia l’elevato grado di integrazione di questa soluzione: essa include più di nove blocchi funzionali e ulteriori nove interfacce di I/O per le periferiche, un sensore di temperatura, un convertitore analogico-digitale/digitale-analogico e un sensore tattile. La sezione radio comprende l’antenna, il commutatore di trasmissione/ricezione e tutti i componenti di adattamento. Tutte queste funzioni sono integrate in un package di 18 x 25,5 x 3,1 mm del costo di pochi euro. Per i team che si occupano di progettazione e degli acquisti, questo vuol dire poter usare lo stesso elemento flessibile e a basso costo in più progetti. Di conseguenza è necessario acquistare e gestire un unico componente invece di centinaia di singoli componenti potenzialmente necessari per realizzare la stessa funzionalità sfruttando un approccio discreto di tipo custom. Progettare “per primi” un nuovo prodotto è di fondamentale importanza in un mercato competitivo come quel- lo dell’elettronica di largo consumo. Per questo motivo non ha senso affrontare i rischi legati alla progettazio- ne di una piattaforma integrata personalizzata nel momento in cui è già disponibile una soluzione con il giusto mix di periferiche, offerta a un prezzo accessibile e dotata della flessibilità necessaria per poter differenziare il prodotto finale. Ottimizzare lo spazio Un altro motivo tecnico che tende a far privilegiare l’approccio basato su modulo è l’ottimizzazione del- lo spazio su scheda, oggi molto limitato. Ottenere lo stesso risultato in una soluzione “su misura” è molto difficile se si utilizzano componenti discreti di diversi fornitori. Posizionare sempre più componenti in una determinata area, mediante un approccio basato su SoC o su un modulo ad alto grado di integrazione, è un metodo molto efficace per ottimizzare lo spazio disponibile su una scheda PCB. Inglobare tutti i componenti necessari per realizzare una determinata funzione in una resina è anche estremamente vantaggioso quan- do si devono soddisfare determinate specifiche ambientali, come il funzionamento in condizioni di elevata umidità, ad esempio. Racchiudere l’intero modulo in uno schermo metallico può risultare più vantaggioso anche nella gestione del comportamento EMC/EMI, in quanto tutte le fonti di potenziali problematiche EMC o le quelle più sensibili alle interferenze EMI sono confinate in uno spazio ridotto. Una considerazione più complessa merita la dissipazione di calore, un fenomeno a cui bisogna prestare molta attenzione in ogni progetto in cui si può generare calore. Mentre è improbabile che un approccio basato sui moduli, in con- fronto a un approccio discreto, sia in grado di ridurre il calore generato, il produttore di moduli avrà carat- terizzato il profilo di dissipazione del calore dell’intera funzione come una singola unità, semplificando in tal modo la gestione termica a livello di sistema. Sensori MEMS Numerosi sensori – MEMS, di umidità, di temperatura e di pressione – sono altri componenti che hanno tratto vantaggio da un livello di integrazione sempre più spinto. L’integrazione di un microcontrollore e di un’in-