Ta krótka seria artykułów nie jest poradnikiem opisującym krok po kroku, jak wykorzystać AI do tworzenia schematów (ang. schematic capture) oraz projektowania PCB. Stanowi ona raczej zapis eksperymentów mających na celu określenie, czy ogólnotematyczny model LLM jest w stanie sprostać złożonym wyzwaniom wpisanym w proces rozwoju urządzeń elektronicznych (ang. hardware development).
Nie znajdziesz tutaj samouczka, który pomoże Ci skonfigurować lub wdrożyć sztuczną inteligencję do procesów projektowania elektroniki. Znajdziesz tu natomiast analizę konkretnych przypadków (ang. case-by-case) pod kątem praktycznych prób wykorzystania tych modeli do określonych zadań.
Oprogramowaniem EDA wybranym do tych testów jest KiCAD. Wybór ten nie wynikał z jakiejkolwiek natywnej integracji tego programu z AI, lecz ze specyfiki formatów plików używanych do przechowywania schematów, projektów PCB oraz innych danych kluczowych z punktu widzenia rozwoju urządzeń.
Dlaczego KiCAD?
Główną zaletą programu KiCAD jest filozofia przechowywania danych – zapisuje dane projektowe w zwykłych, ustrukturyzowanych plikach tekstowych. Oczywiście każdy element projektu (schemat, płytka drukowana, lista połączeń itp.) wykorzystuje własny, dedykowany schemat struktury, zoptymalizowany pod kątem określonego typu danych.
Taki format, oparty na tekście, jest niezwykle korzystny, gdy bierze się pod uwagę automatyczne generowanie plików projektowych. Co więcej, formaty te posiadają szczegółową i ogólnodostępną dokumentację techniczną. W związku z tym KiCAD staje się atrakcyjną platformą do eksperymentowania z generowaniem poszczególnych plików projektu przy użyciu AI.
Projektowanie urządzeń elektronicznych to proces czasochłonny i wieloetapowy. W tym artykule podejmę próbę zastosowania AI do konkretnych, odizolowanych zadań inżynieryjnych i ocenię, czy takie podejście jest rzeczywiście opłacalne.
Wszystkie eksperymenty zostały przeprowadzone przy użyciu środowiska VS Code oraz narzędzia GitHub Copilot. Ze względu na złożoność tematu, artykuł ten zostanie opublikowany w kilku częściach.
Wymagania
W celu przetestowania modelu Copilot jako zadanie testowe wybrano zaprojektowanie prostego urządzenia służącego do komunikacji komputera z zewnętrzną pamięcią EEPROM. Komputer będzie wykorzystywał port USB zarówno do komunikacji, jak i do zasilania układu. Urządzenie będzie konwertować polecenia przesyłane z komputera na operacje zapisu, odczytu oraz kasowania pamięci EEPROM.
Wymagania dotyczące urządzenia:
- Funkcjonalność konwertera USB (CDC) do I2C,
- Zasilanie bezpośrednio ze złącza USB,
- Programowanie zewnętrznej pamięci EEPROM w układzie (pamięć znajduje się w module zasilacza),
- Dwa dodatkowe piny typu push-pull pracujące na poziomie 12 V (maks. 20 mA), dedykowane do konfiguracji trybu pracy modułu zasilacza,
- Izolacja galwaniczna dla wszystkich pinów sterujących.
Dobór komponentów
Narzędziu Copilot powierzyłem zadanie doboru komponentów elektronicznych, niezbędnych do realizacji urządzenia.
Wprowadziłem następujący prompt:
Please select electronics components for the device described by the following requirements:
- USB (CDC) to I2C Converter.
- USB-powered device operation.
- In-system programming of an external EEPROM (located within the power supply module).
- Two additional 12V push-pull pins (max. 20 mA current output) dedicated to configuring the operating mode of the power supply module.
- Galvanic isolation required for all control pins.
Efekt
W rezultacie Copilot wygenerował plik zawierający opisy zaproponowanych elementów wraz z uzasadnieniem ich wyboru:
- J1 — USB-C connector: GCT USB4085-GF-A
Modern USB-C device connector. Fixed 5.1 k\textohm UFP CC resistors must be added externally since no VCONN or PD negotiation is needed.
- R1, R2 — 5.1 kΩ, 1%, 0603 (USB-C CC1/CC2 pull-downs)
Required for USB 2.0 sink-only operation. Without these resistors the host will not recognise a valid device on the bus.
- F1 — Bourns MF-MSMF050-2 (USB input resettable fuse)
Polyfuse on the VBUS line that limits fault current and resets automatically after a short-circuit event clears.
- D1 — TI TPD2EUSB30DRTR (USB D+/D- ESD protection)
Rail-clamp TVS array chosen for its ultra-low capacitance so it does not degrade USB signal quality.
- U1 — STM32F072C8T6 (main MCU)
ARM Cortex-M0 with native USB full-speed device peripheral, hardware I2C, and sufficient GPIO for all functions. The internal 48 MHz oscillator with clock recovery (CRS) means no external crystal is required, simplifying layout and reducing cost.
- U2 — Diodes Inc. AP2112K-3.3TRG1 (3.3 V regulator, MCU side)
Low-dropout regulator with 600 mA output capacity and very low quiescent current. Significantly more efficient and better specified than the AMS1117 that was previously in the BOM.
- Y1 — None required (MCU clock)
The STM32F072 can drive USB from its internal 48 MHz RC oscillator trimmed by the USB start-of-frame packets via the CRS peripheral. An external crystal is only needed if precise baud-rate generation is required for other peripherals.
- U3 — Texas Instruments ISO1640BDWR (isolated I2C transceiver)
Purpose-built bidirectional I2C isolator with separate SCL and SDA channels and transparent open-drain behaviour. Avoids the complexity and timing problems of implementing I2C isolation with generic optocouplers.
- U4 — Analog Devices ADuM1201ARZ (2-channel digital isolator)
Carries the two mode-control logic signals from the MCU side to the isolated 12 V domain. CMOS-level on the input side and compatible with the TC4427 input threshold on the output side.
- U5 — Murata MEJ1S0512SC (5 V to isolated 12 V DC/DC converter)
1 W isolated converter that derives the field-side 12 V rail entirely from USB power. Provides the supply for the push-pull output stage and, after down-regulation, for the isolated logic.
- U6 — Microchip MCP1703A-3302E/CB (isolated-side 3.3 V LDO)
Post-regulates the isolated 12 V rail down to 3.3 V for the ISO1640 field-side supply and for the I2C pull-up resistors.
- U7 — Microchip TC4427AEOA (dual push-pull output driver)
Two-channel MOSFET gate driver repurposed as high-current logic output. Powered directly from the isolated 12 V rail, it delivers true rail-to-rail push-pull outputs capable of sourcing and sinking up to 1.5 A, with the actual working current limited by the series resistors.
- R3, R4 — 560Ω, 1%, 0805 (series resistors on CTRL0 and CTRL1 outputs)
Placed between the TC4427 outputs and the connector to enforce the 20 mA maximum. At 12 V ± 560Ω ~21 mA, the current is held within specification even if the target input is accidentally shorted to ground.
- R5, R6 — 4.7 kΩ, 1%, 0603 (isolated-side I2C pull-ups)
Pull SCL_ISO and SDA_ISO to the isolated 3.3 V rail. Value chosen for standard-mode and fast-mode I2C compatibility up to 400 kHz.
- J2 — 6-pin JST-GH or 2.54 mm header (isolated target connector)
Carries all signals to the power-supply module: GND_ISO, SDA_ISO, SCL_ISO, CTRL0_12V, CTRL1_12V, and an optional VISO test pin for bench diagnostics.
- J3 — 4-pin Tag-Connect or 2.54 mm header (SWD programming header)
Exposes SWDIO, SWCLK, 3V3, and GND for in-circuit firmware loading and debugging with an ST-Link or compatible probe.
Jak widać, wynik pracy modelu Copilot jest w tym przypadku całkiem sensowny, zważywszy na to, że podane wymagania nie były szczegółowe. Być może przy realizacji stosunkowo prostego urządzenia model jest w stanie zapewnić rezultaty zbliżone do tych, jakich spodziewalibyśmy się od inżyniera.
Embedded Systems
Oferujemy usługi R&D, projektowania, tworzenia i testowania systemów wbudowanych, zapewniając bezpieczeństwo i niezawodność Twoich technologii.
Oferta Embedded systemsWnioski
Model Copilot wykazuje użyteczność w następujących obszarach:
- Dobór komponentów: W przypadku prostych projektów, opartych na popularnych i łatwo dostępnych komponentach, Copilot potrafi zaproponować odpowiednie podzespoły oraz rozwiązania technologiczne.
- Wyszukiwanie informacji technicznych: Copilot skutecznie radzi sobie z agregowaniem danych o komponentach oraz wyszukiwaniem przykładów ich zastosowania.
W kolejnej części skupimy się na modyfikowaniu plików schematów.
Zostaw komentarz