La amplia cobertura ofrecida por los sistemas de comunicaciones inalámbrica, como redes celulares y Wi-Fi han demostrado ser una ventaja para los desarrolladores de productos integrados. Basándose en las tecnologías que están esencialmente orientadas al consumidor, los sistemas integrados pueden lograr tasas de transferencia de datos más altas, costos de conexión a redes bajos y una operación confiable casi en cualquier lugar del mundo.
Aunque la tecnología inalámbrica está compartida con el mundo del mercado de consumo, el proceso de desarrollo para los típicos sistemas integrados, con volúmenes de producción de unas miles de unidades en lugar de unos millones, tiene sus diferencias. Para diseñar conectividad inalámbrica en un dispositivo integrado de volumen bajo a medio, los equipos de desarrollo normalmente adoptan uno o dos enfoques:
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Solución de módem: usar un módem aprobado para PTCRB y redes en la placa. En este caso, el único trabajo de diseño adicional requerido es la interfaz mediante un bus en serie o USB. Multi-Tech Systems es el proveedor más conocido de dichos módems para aplicaciones integradas.
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Solución de módulo: Diseñar un módulo RF apropiado para el sistema, agregar componentes que proporcionen las funciones requeridas, como control, suministro de energía, interfaz de bus, antena, protección de circuitos y así sucesivamente. Algunos de los proveedores ampliamente usados de esos módulos son Telit , Sierra Wireless, ublox o Gemalto.
Esto plantea al equipo de desarrollo la decisión de "fabricar o comprar". Al diseñar un módulo inalámbrico en el sistema, el equipo de desarrollo puede lograr una reducción de costo de la lista de materiales (BOM) de aproximadamente unos $10 a $30 por un típico producto habilitado para redes celulares comparado con el costo de una solución de módem.
Sin embargo, este menor costo de la lista de materiales debe equilibrarse con respecto al costo de desarrollar un módulo inalámbrico propio y obtener las aprobaciones regulatorias y de operador necesarias. En el caso de los sistemas celulares, el proceso de aprobación puede ser prolongado, costoso e incierto. Otra posibilidad es que una solución de módem de un proveedor prestigioso ya tendrá las aprobaciones de proveedor de red para múltiples operadores.
Para la solución de módulo, es importante destacar que los costos de diseño y aprobaciones se realizan por adelantado, ANTES de que el producto siquiera llegue al mercado. Es muy sencillo calcular el punto de rentabilidad: la cantidad de unidades a la que los costos de desarrollo inicial más altos por el módulo se compensan con el menor costo de la lista de materiales del módulo. Estos costos de desarrollo para el módulo incluyen no solo el diseño de circuitos y los costos de prototipos, sino también la necesidad de obtener las aprobaciones de proveedores de red y las certificaciones regulatorias. Demuestra un escenario típico, en el que el punto de rentabilidad se produce a alrededor de 6000 a 7000 unidades.
La decisión de fabricar o comprar es principalmente una opinión comercial, no una técnica. Siendo que se opera en un entorno de numerosos estándares, debería haber poca diferencia de rendimiento entre una solución basada en un módulo de diseño propio y una solución de módem lista. Pero los profesionales de ingeniería pueden ayudar a las unidades de negocio a tomar decisiones informadas que toman en cuenta los riesgos de diseño, competitivos, de marketing y de la cadena de suministro que pueden validar o invalidar el simple cálculo de punto de rentabilidad que se muestra en la Figura 1.
Es tentador para las empresas basar las decisiones en lo sabido, los costos de la lista de materiales y de desarrollo, que pueden ser un pronóstico con gran precisión. En cambio, los riesgos que se indican anteriormente y los costos potenciales que se derivan de ellos, son más difíciles de calcular con precisión.
Sin embargo, los equipos de desarrollo pueden calcular con alguna precisión un rango en que los costos disminuirían basándose en supuestos a los que pueden asignar una probabilidad. Esto ofrece un método más sólido para calcular los costos y beneficios que la práctica de hacer caso omiso de los costos difíciles de calcular por completo. Cuando se utiliza este método más sólido, los equipos de desarrollo pueden descubrir que el punto de rentabilidad real para la solución de módem se eleva muy por sobre las 7000 unidades.
Los riesgos del desarrollo de módems inalámbricos propios
El primer costo potencial que se debe considerar es el riesgo que está prohibido mencionar: el riesgo de diseño. Los ingenieros de diseño integrado podrían no querer reconocerlo, pero siempre existe el riesgo de que un equipo interno fracase en producir un diseño bien la primera vez. El diseño RF es especialmente propenso a fallas, porque la interferencia desde otras partes del sistema puede alterar el rendimiento del módulo o antena RF de formas que son difíciles de predecir o diagnosticar. Es poco probable que los equipos de diseño RF experimentados y capaces tengan un tropiezo. Pero en proyectos integrados que agregan conectividad por primera vez o que están reemplazando la comunicación por cable por la inalámbrica, no se debe subestimar la dificultad de implementar tecnología inalámbrica celular o de área local.
El segundo riesgo importante es tomar en cuenta el riesgo competitivo. Las unidades de negocio debieran hacerse la pregunta, ¿cuánta cantidad de la ganancia de cualquier segmento de mercado determinado se la adjudicará el primer competidor? ¿Cuál es el riesgo de que un competidor entre en el mercado antes que nosotros?
El cálculo de Multi-Tech, basado en la opinión de clientes, del posible impacto de elegir fabricar en lugar de comprar: nueve meses adicionales antes de que el producto final llegue al mercado. Todo fabricante hará su propio pronóstico de tiempo de desarrollo, pero en las aplicaciones celulares específicamente, el efecto en la duración del proyecto del proceso de aprobaciones es definido (y en gran medida fuera del control del fabricante).
El impacto de otro riesgo también se ve afectado por las acciones de los clientes: es el riesgo de que el fabricante deba desarrollar variantes del producto o versiones mejoradas del producto original. Por ejemplo, si el producto original es exitoso, podría haber un requisito impulsado por el marketing de desarrollar variantes que usen el original como plataforma. Podría tratarse de versiones económicas, versiones "ligeras" con menos funcionalidad o versiones premium con características adicionales.
Estas variantes también podrían requerir una funcionalidad inalámbrica diferente, y un módem diferente. Si el original utilizó un módulo, cualquier nueva variante podría llevar al equipo de proyecto a desechar el diseño original y las herramientas utilizadas para fabricarlo, ya que el conjunto de chips inalámbrico de reemplazo podría requerir circuitos periféricos diferentes.
El cuarto riesgo para los diseños basados en módulo se relaciona con el anterior: ¿qué sucede si la obsolescencia del conjunto de chips inalámbrico de un módulo obliga a un fabricante a rediseñar? Los fabricantes de conjuntos de chips celulares y Wi-Fi, que son impulsados por la dinámica del mercado de consumo, regularmente convierten a sus dispositivos en obsoletos y los reemplazan con versiones nuevas y mejoradas. La obsolescencia también puede derivare de fusiones y adquisiciones a las que están sujetos los fabricantes de chips inalámbricos. Los fabricantes de productos integrados, con sus ciclos de vida de productos mucho más prolongados, arriesgan costos de rediseño y reorganización que son generados únicamente por su cadena de suministro.
Por último, cualquier fabricante con ambiciones de vender productos en todo el mundo encontrarán el mundo confuso y prolongado de las aprobaciones. Las certificaciones para productos RF son concebidas y reguladas de forma local o regional, no mundial. Algunos países requieren una renovación anual de la certificación. Si la certificación expira, se debe retirar el producto de la venta hasta que se renueve. Las regulaciones también pueden cambiar durante la vida útil de cualquier modelo determinado y las certificaciones correspondientes no siempre pueden eximirse en el caso de los productos existentes. Los fabricantes de módems integrados tienen equipos de especialistas que continuamente supervisan los regímenes de certificación en todo el mundo y mantienen todas las aprobaciones de sus productos. Un fabricante requiere un gran esfuerzo técnico y de administración de parte del fabricante que usa un módulo.
Cómo predecir y administrar el impacto
Los riesgos descritos anteriormente son, por naturaleza, difíciles de cuantificar y calcular su costo. Pero es posible hacer cálculos razonables de su costo que reflejen las circunstancias individuales. Cada cliente tendrá diseñadores de RF más o menos calificados, competencia más rápida o más lenta, un rango más amplio o más restringido de requisitos de usuario final y ciclos de vida del producto más largos o más cortos. Esto permite a cada cliente calcular la probabilidad de que cada riesgo ocurra y calcular el costo. Por ende, si hay una posibilidad del 50 % de que el diseño de un módulo sea defectuoso y el costo de un diseño defectuoso es $100 000, se podrían agregar $50 000 al cálculo estimado del costo para hacer una solución de módulo, por sobre los costos ya tomados en cuenta.
Una solución de módem reduce drásticamente la exposición a los riesgos de certificación y aprobación. Se coloca directamente en una placa y el tiempo de desarrollo del producto final se reduce considerablemente. Los productos SocketModem de Multi-Tech (consulte la Figura 3) también mitigan los riesgos de marketing y cadena de suministro. Cada uno de los productos SocketModem ofrece una combinación de tecnologías de comunicaciones, incluidos 2G y 3G, GSM y CDMA, Bluetooth y rastreo GPS y todas comparten la misma salida de pines de Universal Socket y (cuando corresponde) la pila IP Universal IP® de Multi-Tech para conectividad persistente/automática.
Esto significa que el diseñador puede sustituir diferentes tecnologías sacándolas o incorporándolas a la placa a voluntad, sin necesitar de rediseño o reorganización del hardware, ni requisito de escribir un nuevo protocolo IP, con cambios mínimos en el nivel de software de la aplicación. SocketModem de Multi-Tech tienen aprobación de operadores y organismos reguladores y admiten largos ciclos de vida integrados para reducir el costo y el tiempo de rediseño.
La capacidad de SocketModem o módems similares de eliminar los riesgos normales inherentes en el diseño propio hace que la tarea de calcular y cuantificar los riesgos valga la pena. Tal como lo demuestra el análisis anterior, el punto de equilibrio entre "fabricar o comprar" es impulsado por más que tan solo los costos de la lista de materiales y el diseño del producto.