Breakout Board

Ein Breakout Board ist eine kleine Leiterplatte, auf der ein einzelner integrierter Schaltkreis, ein Sensor oder ein anderes Bauteil in einer Form angebracht ist, die für Prototyping und Breadboarding ausgelegt ist. Das Bauteil selbst, häufig ein oberflächenmontierter IC oder ein Modul mit ungünstigen Anschlussabständen, wird auf die Breakout Board gelötet. Dann werden Standard-Stiftleisten oder castellated Holes hinzugefügt, die die Pinbelegung des Bauteils in 0,1-Zoll-Abstände oder größere Pads umwandeln, die in Breadboards, Draht oder zur manuellen Löten passen. Die Platine ist im Grunde ein Adapter: Sie nimmt etwas Schwieriges zu Handhabendes und macht es zugänglich.

Breakout Boards existieren, weil moderne Bauteile häufig oberflächenmontierte Gehäuse, feinteilige BGA-Layouts (Ball Grid Array) oder proprietäre Stecker verwenden, die nicht direkt in ein Breadboard eingesteckt oder leicht von Hand gelötet werden können. Ein Sensor in einem 16-Pin-Gehäuse mit 2,0 mm Rastermaß ist in einer schnellen Prototyping-Umgebung ohne Vermittlung nutzlos. Das Breakout Board löst dieses Problem durch einen Träger: Der Hersteller oder Entwickler führt Leiterbahnen auf der kleinen Platine, fügt Pull-up-Widerstände, Entstörkondensatoren und stabilisierende Bauteile nach Bedarf hinzu und führt die Signalleitungen zu zugänglichen Pins weiter. Eine typische Breakout Board misst 10 bis 40 mm pro Seite und kostet in kleinen Stückzahlen zwischen 2 und 15 US-Dollar.

Häufige Anwendungen sind die Adapter für Beschleunigungssensoren, Drucksensoren, HF-Module, Motortreiber und Mikrocontroller-Schnittstellen. Eine MPU-6050 Inertialmesseinheit ist ein 24-poliges BGA mit 0,5 mm Rastermaß; ein Breakout Board legt seine I2C- oder SPI-Busspins mit Standard-2,54-mm-Rastermaß frei und ermöglicht die Verbindung mit Arduino oder Raspberry Pi über Jumper-Drähte oder Leiterbahnen. Einige Breakout Boards enthalten zusätzliche Schaltkreise: Spannungsregler zur Herabsetzung von 5 V auf 3,3 V, Level Shifter zur Logik-Spannungsanpassung oder geschaltete Stromversorgungen für stromhungrige Module. Andere sind passiv: reine Routing- und Rastermaß-Anpassung ohne aktive Bauteile.

Breakout Boards werden von Bauteilherstellern, Elektronikhändlern oder unabhängigen Ingenieuren entwickelt und über offene Repositories geteilt oder direkt verkauft. Große Händler wie SparkFun und Adafruit produzieren Hunderte von Breakout Boards für beliebte Bauteile. Open-Source-Designs ermöglichen es kleinen Herstellern und Hobby-Elektronikern, kundenspezifische Breakout Boards über PCB-Fertigungsdienste zu minimalen Kosten zu bestellen. Das Design muss die elektrischen Anforderungen des Bauteils berücksichtigen: Impedanz von Signalleiterbahnen für hochfrequente Signale, Stromverteilung, Entstörkondensator-Platzierung und alle notwendigen Schutz- oder Aufbereitungsschaltkreise. Ein schlechtes Breakout-Board-Design kann Rauschen, Signalintegritätsprobleme oder thermische Belastung eines Bauteils verursachen.

In Produktionsumgebungen sind Breakout Boards weniger verbreitet. Wenn Bauteile in ein Endprodukt integriert werden müssen, werden sie entweder direkt auf der Anwendungs-Leiterplatte mit derselben Pick-and-Place- und Lötinfrastruktur montiert oder die Anwendungs-Leiterplatte selbst beinhaltet die Adapter-Funktionalität als Teil ihres Designs. Breakout Boards sind Werkzeuge für Entwicklung, Integrationstests und Ausbildung. Nach der Überprüfung eines Prototyps wird das Breakout Board normalerweise entsorgt oder recycelt, und das Bauteil wird in das endgültige PCB-Design integriert. Jedoch werden in industriellem IoT und eingebetteten Systemen mit modularen Architekturen manchmal kleine Adapter- oder Modul-Boards als austauschbare oder umkonfigurierbare Stecker-Komponenten in der Produktion verwendet.