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Diseño práctico de placas de circuitos impresos con DesignSpark PCB

DesignSpark PCB es la herramienta de diseño de placas de circuitos impresos (PCB, del inglés Printed Circuit Board) de RS Components. Forma parte de un conjunto de aplicaciones destinado a prestar apoyo a la creación rápida de prototipos a través del diseño mecánico y electrónico y se lanzó al mercado en 2010, tras una asociación con Number One Systems, los creadores del programa Easy-PC CAD (el cual comparte muchas similitudes con DesignSpark PCB).

RS Components ha desarrollado una comunidad online que cuenta con una gran actividad, lo cual no es de extrañar, ya que RS es una organización conocida y respetada en todo el mundo, que se ha esforzado en dar a conocer sus soluciones para el diseño electrónico.

La herramienta se proporciona de forma gratuita, incluso para uso comercial.

Al ser una solución gratuita, los ingenieros no se tienen que enfrentar a los obstáculos que suponen las restrictivas condiciones de las licencias, que limitan el número de equipos en los que se puede instalar el programa. En este caso, lo único que se necesita es una conexión a Internet, lo cual en alguna ocasión puede ser un pequeño inconveniente y, de hecho, pilló por sorpresa al principio al que suscribe mientras escribía esta reseña.

A pesar de ser gratuito, se trata de un programa completo y profesional que permite la creación de múltiples páginas de modelos esquemáticos, no tiene ninguna limitación en cuanto al tamaño de la PCB y posibilita la generación de archivos finales estándar de fabricación. Además de todo esto, lo más interesante, y lo que pretendemos determinar en este artículo, es su facilidad de uso. Un servidor ha utilizado diversos programas de CAD a lo largo de los años, no es un diseñador profesional de PCB y no había utilizado esta aplicación anteriormente.

Vamos a ver cómo podemos utilizar Design Spark PCB para crear una sencilla interfaz USB para un interruptor de pedal; queremos que, al accionarlo con el pie, se envíen una serie de comandos del teclado a una aplicación de programador EPROM. Omitiremos el diseño del software, aunque tendremos en cuenta la facilidad de desarrollo a la hora de elegir el microcontrolador.

Vamos a establecer unos requisitos previos y a tomar algunas decisiones sobre el diseño para simplificar el proceso.

Queremos dos entradas que se conectarán a interruptores pulsadores momentáneos. En el otro extremo, tendremos un conector USB tipo B para la conexión al ordenador.

Primero, seleccionaremos un microcontrolador que esté disponible en un encapsulamiento DIL, que tenga una buena pila de protocolos USB gratuitos y una cadena de herramientas de desarrollo de software también gratuita. Utilizaremos el modo USB Full Speed, ya que este diseño tiene una velocidad de datos muy baja (12 Mb/s) que no requerirá ningún seguimiento especial de alta frecuencia en la PCB.

Nuestro microcontrolador favorito para este tipo de aplicaciones es el PIC18F2550/SP de Microchip. Cuenta con un gran IDE de desarrollo, una pila USB gratuita y un compilador.

El diseño en su conjunto utilizará componentes de orificio pasante. Solo vamos a fabricar un par de placas y no prevemos un diseño complejo, así que soldar los componentes a mano no supondrá un problema. Así nos ahorramos los costes de la plantilla de soldadura y probablemente conseguiremos las placas más rápido (o incluso se pueden grabar en casa).

El interruptor de pedal, que no es realmente relevante para el diseño de la PCB, lo encontramos rápidamente en la página web de RS a través de una búsqueda con las palabras clave “interruptor de pedal”.

Vamos a dotar la placa de dos entradas, una para cada interruptor.

Instalación

 

La aplicación se puede descargar desde el sitio web:

http://www.rs-online.com/designspark/electronics/.

Solamente está disponible para sistemas operativos de Windows modernos; si se utiliza Linux o MAC, deberá ejecutarse con Wine o en una máquina virtual de Windows. La instalación fue sencilla (ejecutando el instalador como administrador), pero para completar el proceso se requiere una “activación”. Para ello es necesario registrase en la comunidad de DesignSpark y proporcionar una dirección de correo electrónico válida. Se puede especificar si se quiere recibir información sobre DesignSpark o RS Components en la dirección de correo electrónico del usuario (el volumen de comunicaciones no es elevado).

 

Utilización

 

Al ejecutar DesignSpark por primera vez, se nos presenta una página de inicio con algunos anuncios. No hay ningún diseño visible, pero esto es comprensible, ya que primero habrá que configurar el proyecto. Efectivamente, al seleccionar File -> New se abre un cuadro de diálogo y podemos introducir el nombre del proyecto y crear un diagrama esquemático.

En la Figura 1 se muestra el cuadro de diálogo que tenemos en este punto.

Los componentes concretos se pueden seleccionar a través de ModelSource, una base de datos online de componentes de RS, o se pueden escoger desde una biblioteca de dispositivos genéricos.

Nuestro diseño esquemático inicial se esbozó en un cuaderno, se fotografió, se descargó al ordenador y se importó como archivo de apoyo del diseño. De este modo, todas las notas pueden guardarse junto con el diseño de CAD en un solo proyecto.

La creación del diagrama esquemático (teniendo en cuenta que esta era nuestra primera experiencia con DesignSpark) fue sencilla y nos llevó 30 minutos. Incluso incluimos unos pines de E/S en conectores adicionales para posibles usos futuros. Se pueden ver los resultados en la Figura 2.

ModelSource proporciona acceso a hojas técnicas online con un solo clic, con lo que se acelera la selección de los componentes más apropiados de entre todos los disponibles, convirtiéndolo en una herramienta de gran utilidad.

Conversión del diagrama esquemático en una placa

 

Una vez estamos satisfechos con el diagrama esquemático, seleccionamos Tools -> Translate To PCB… para crear el diseño de la placa. Aparece el cuadro de diálogo del asistente para la creación de la PCB, lo que sugiere que se nos guiará a lo largo del proceso.

En primer lugar, seleccionamos el tipo de placa que deseamos: de una sola cara, el valor predeterminado de doble cara (nuestra elección), etc. Este paso resulta más intuitivo que la técnica habitual en la que uno mismo tiene que manejar docenas de capas. A continuación, tenemos la opción de refinar la lista de capas; aceptamos los valores predeterminados. Luego definimos las dimensiones de la placa. También dejamos los valores predeterminados, ya que el boceto de la placa se puede ajustar a medida que aplicamos los componentes y disponemos las señales.

Por último, tenemos la opción de colocar los componentes y las señales automáticamente. La colocación automatizada rara vez funciona bien, y hoy no ha sido una excepción, por lo que hemos vuelto atrás y hemos optado por la colocación de los componentes en la periferia de la placa para ubicarlos manualmente.

La reubicación de los componentes, al igual que la creación del diagrama esquemático, es también un proceso intuitivo. Una función especialmente interesante es que se llevan a cabo comprobaciones de las reglas de diseño de forma dinámica a medida que se mueven las piezas, y las conexiones que indican la conectividad entre las piezas también se recalculan. Esto evita que se cometan errores de diseño que se detectarían únicamente en fases posteriores.

Treinta minutos más tarde estamos satisfechos con la colocación de los componentes; es el momento de disponer las señales. La disposición automática de las señales dio de nuevo malos resultados, así que colocamos manualmente las señales principales (USB y alimentación) y dejamos que la función automática se ocupase del resto. Lo hizo bastante bien.

La creación del relleno de cobre y la generación de los archivos en formato Gerber fueron de nuevo procesos intuitivos y rápidos. Para pasar de la Figura 3 a la Figura 4 necesitamos poco más de una hora.

Conclusiones

 

La curva de aprendizaje para alguien con algo de experiencia en CAD es mínima.

Las funciones de la herramienta se adaptan a las necesidades de la mayoría de PYMES (es la herramienta principal para la empresa del que suscribe), y los ingenieros serán capaces de trabajar con ella perfectamente al cabo de unas pocas horas de uso.

Su limitación es el tamaño de la biblioteca, aunque, para ser justos, los diseñadores siempre dedican tiempo a validar y ajustar sus propias librerías.

Gracias a su licencia gratuita y a sus capacidades ilimitadas, es una herramienta difícil de superar.

 

Acerca del autor

 

Mike ha dedicado los últimos treinta años al diseño de sistemas integrados, desde buscapersonas de caracteres chinos o medidores de electricidad, hasta codificadores de datos o pequeñas plataformas de computación para el IoT. En la actualidad, se ocupa del diseño de sistemas de supervisión para plataformas informáticas de alto rendimiento y de transmitir sus conocimientos de software integrado a la próxima generación de innovadores.



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