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Diseño PCB: una revisión de las funciones básicas necesarias

La placa de circuito impreso (PCB), componente fundamental de cualquier diseño electrónico, debe ser una representación fiel y exacta del diseño esquemático del circuito. Hacerlo bien a la primera es crucial para el éxito de un producto donde el tiempo de comercialización es un parámetro muy importante. Tanto si eres un creador que quiere hacer un prototipo de PCB para un nuevo proyecto de diseño como un ingeniero profesional encargado de traducir un diseño inicial de un circuito en una PCB, es fundamental que el proceso de creación de una PCB sea exacto y no requiera revisiones. En los actuales diseños de productos con espacio limitado, conseguir meter la PCB en el espacio disponible y al mismo tiempo tener en cuenta factores como la contención de EMI (interferencia electromagnética), ground-plane (superficie conductiva interna) y otros componentes sensibles a la posición se ha convertido en la norma. Para satisfacer todos estos requisitos, e incluso más, están las aplicaciones de diseño de PCB, de las que hay una amplia gama.

Algunas de ellas son gratuitas, otras requieren estaciones de trabajo gráficas de altas prestaciones, mientras que otras se basan en la nube y requieren conexión permanente a Internet. Si bien la función básica de un diseño de PCB es la de producir una maqueta de PCB lista para grabar, el software suele realizar muchas otras tareas asociadas al proceso, lo que ahorra tiempo. El uso de bibliotecas de componentes, como la biblioteca de piezas PCB, que proporciona pinout (disposición de los pines), dimensiones y posiciones de los cables, no solo acelera todo el proceso de diseño de la PCB, sino que además crea un informe de lista de materiales para planificar la producción. A su vez, la integración de la lista de materiales en la base de datos de un proveedor proporciona los costes y la información de compra detallada de los componentes. Al seleccionar una aplicación de diseño de PCB por primera vez, ¿cuáles son las características fundamentales que debe buscar un ingeniero? La primera es el editor de diagramas esquemáticos.

En él se pueden introducir todos los componentes necesarios para la construcción del diagrama del circuito mediante el uso de “redes”, es decir, las conexiones entre los componentes. El acceso a los componentes se hace desde una biblioteca o fuente de modelos que contiene todos los metadatos asociados disponibles, tales como símbolos de componentes, dimensiones del espacio ocupado, fabricante, valores paramétricos y otras características físicas y electrónicas fundamentales. Una integración ajustada con la base de datos de un proveedor facilita mucho este proceso y ayuda a realizar otros pasos como los mencionados más arriba.

La figura 1 muestra una vista tipo del editor de diagramas esquemáticos disponible en el software DesignSpark PCB de RS Components. Este software es un buen ejemplo de un paquete adecuado para una amplia gama de requisitos de diseño de PCB, para creadores e ingenieros profesionales, y se puede descargar gratuitamente en el sitio web DesignSpark. Cada componente, incluidos los conectores y otros componentes auxiliares, se va añadiendo uno a uno, usando la biblioteca de componentes hasta que todos aparecen en el editor. A continuación, se coloca cada componente en el editor, en la posición relativa aproximada respecto a los demás, antes de unir manualmente las conexiones entre ellos. De esta forma se crea el esquema del circuito. Si se tiene que utilizar un archivo del esquema creado anteriormente con otro software para PCB, entonces se necesita una función importante.

Por ejemplo, DesignSpark PCB puede importar archivos creados en CadSoft Eagle. Los ingenieros deben asegurarse de que el software de diseño de PCB que están considerando no tenga limitaciones respecto al tamaño final de la PCB y/o diagrama esquemático, número de capas de PCB o de componentes y/o conexiones de red. DesignSpark PCB, por ejemplo, no tiene limitaciones a este respecto, el único criterio es que el tamaño máximo de la PCB es de 1 x 1 m. Una vez terminado y comprobado el diseño del diagrama esquemático, puede empezar el proceso de diseño de la PCB. Normalmente, casi todas las aplicaciones soportan el enrutamiento manual y automático de las conexiones. En una configuración con enrutamiento automático habitualmente se puede definir el número de intentos para conseguir un enrutamiento correcto y el número de parámetros de configuración, tales como el uso de vías. La figura 2 muestra el resultado de un proceso de autoenrutamiento.
Las pistas rojas están en la parte superior de la PCB y las azules en la parte inferior, con vías de conexión entre ellas. Si el diseño es demasiado complejo para el autoenrutamiento, o se prefiere hacerlo manualmente por las complejas limitaciones de espacio, se puede seleccionar esta opción, empezando el proceso con todos los cables necesarios que después se colocan en su sitio. La figura 3 muestra un ejemplo de este proceso, con dos vías creadas a título ilustrativo. DesignSpark PCB también prevé el recubrimiento de zonas de la PCB con cobre si es necesario. Esto podría servir para responder a factores térmicos, de puesta a tierra o alimentación, y el proceso de diseño garantizará que se creen espacios vacíos en torno a las pistas, pads de componentes, vías y demás espacios ocupados de la placa. Esta función, denominada ‘copper pour’ tiene una serie de parámetros de configuración, tales como distancia de separación y superficie ocupada. La figura 4 muestra el diseño de PCB terminado disponible en DesingSpark PCB.

Una vez terminado el diseño de la PCB, el siguiente paso consiste en exportarlo usando un formato de archivo estándar en la industria, tal como Gerber. También se necesitan archivos para los taladros de la PCB; el formato ExcellonNC es muy popular. DesignSpark PCB es compatible con estos y otros formatos estándar de la industria tales como ODB+, DXF e IDF. RS ha desarrollado aún más este proceso con la colaboración de varios fabricantes de PCB, de forma que las PCB se pueden encargar en pequeñas tiradas directamente desde DesignSpark PCB.



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