DISEO ELECTRNICO CON PROTEUS 8

El presente documento se realiza con base a la Gua de Aprendizaje del Instructor Andrs Aguirre

del Centro de Automatizacin Industrial SEN Regional Caldas

https://www.youtube.com/watch?v=XZYvYDtxYiI&app=desktop Conceptos Generales CAD para

Diseo de Circuitos Impresos

https://www.youtube.com/watch?v=9MxLrX-8e1w Video Tutorial Simulacin Esquemtico

https://www.youtube.com/watch?v=kL3s2MecpS8 Circuitos bsicos Esquemtico Proteus 8

https://www.youtube.com/watch?v=_CZuOvGF448 Pasar de ISSIS (Esquemtico) a Ares (PCB)

Herramientas de CAD para diseo de circuitos PCB (printed circuit board)

En el diseo, es necesario definir el esquemtico del circuito y el diagrama de conexiones que formarn las pistas de cobre sobre la placa. Generalmente se hace en dos fases; en primer lugar, partiendo de las especificaciones sobre la funcionalidad del circuito, se deciden los componentes a utilizar y las interconexiones necesarias entre ellos, y a travs del editor de esquemas del software se realiza el diagrama esquemtico. Despus, con esa informacin se define la mscara en el editor del arte del PCB, que es una representacin virtual de los componentes sobre la placa, y se establece la forma fsica de las conexiones entre ellos. Para realizar un circuito elctrico o electrnico, el diseador requiere de documentacin, hojas tcnicas de fabricantes y/o apoyo de Herramientas Computacionales que orienten en cuanto a las variables, parmetros y componentes requeridos. Algunas de estas herramientas usadas por los autores, se muestran en la tabla 1

Herramientas computacionales

Descripcin de su Uso Licencia o regulaciones

SwitcherCAD, BodeCAD y FilterCAD

Realiza esquemtico, simulacin, anlisis en el tiempo y en la frecuencia. Diseo de Filtros Elctricos/Electrnicos

Gratis, de Linear Technology Corp.

SciLab Paquete cientfico para clculos numricos, realiza anlisis en el tiempo y frecuencia (similar a MatLab)

cdigo abierto (open source)

SAPWIN Esquemtico y Analizador de Circuitos, Se obtiene expresin matemtica del circuito propuesto

Gratis, Universidad de Florencia, Italia.

CircuitCalculator Calcula el ancho de Pistas para PCB. Encuentra los valores comerciales de Resistencias y Condensadores

Gratis (pgina Web)

Tabla 1. Muestra algunas herramientas computacionales y su aplicacin en el diseo de PCBs.

Es recomendable la Elaboracin y Simulacin del Circuito Esquemtico previo a la elaboracin del PCB; para ello, el diseador cuenta con una amplia gama de posibilidades para su realizacin tabla 2.

Fabricante o empresa

Nombre del CAD

Circuito Esquemtico

Circuito Impreso

Observaciones

Cadence Orcad Capture Orcad PCB No sacar actualizaciones

National Instruments antes de Electronic WorkBench

Circuit Design Multisim Ultiboard Simula uC, interacciona con Tarjetas de Adquisicin y LabVIEW N. Inst., 3D [16].

Altium

Designer Unific las herramientas Similacin, visualizacin 3D, FPGA, no

simula uC, Protel Foundation Implementation No uC P-CAD Obsoleto LabCenter Proteus Isis Ares Simula uC, 3D.

No trabaja con FPGA

Cadsoft

Eagle Schematic Board No simula

Sunstone PCB123 Schematic Layout No simula

MicroSim Corporation

DesignLab Microsim MicrosimPCB con Pspice, FPGA, PCB

Linear Technology Corporation

SwitcherCAD SwCAD No realiza PCB

Technology Sales Inc.

Easy-PC Schematic PCB Layout Easy-Spice, 3D

Bentley System

MicroStation

Mentor Graphics

Mentor Design

Mentor Board Sch, PCB y 3D

Zuken CADSTAR CADSTAR Schematics

CADSTAR Layout

Sch, PCB y 3D

Tabla 2. Muestra los diferentes tipos de CADs y sus respectivos fabricantes.

Existen aplicaciones como LP Calculator de la compaa PCB Matrix Corp (www.pcbmatrix.com) que facilitan la elaboracin de libreras para la creacin de encapsulados o footprint y su visualizacin en tres dimensiones (3D); sin embargo, todos los programas ilustrados en la tabla 2, tambin permiten la creacin de nuevos componentes, pero su procedimiento requiere de mayor dedicacin y tiempo. Otra posibilidad es la importacin de libreras creadas por otros CADs para ser implementado en nuestros proyectos.

A continuacin en la tabla 3 se relacionan los software de diseo en CAD con sus respectiva direccin de descarga de Demo para bajar y reconocer su ionterfaz o realizar productos de acuerdo al nivel de

Fabricant e o empresa

Nombre del CAD

Direccin electrnica o enlace de descarga para demos

Cadsoft Eagle http://www.cadsoft.de/download.htm Cadence Orcad http://www.cadence.com/products/orcad/pages/downloads.aspx

#demo National Instrument s antes de Electronic WorkBenc h

Multisim https://lumen.ni.com/nicif/us/academicevalmultisim/content.xht ml

ExpressP CB

ExpressPC B

http://www.expresspcb.com/ExpressPCBHtm/Download.htm

Altium Designer http://www.altium.com/switch-now/evaluate.cfm Design Soft

TINA Design suite

http://www.tina.com/Spanish/tina/

LabCenter Proteus http://www.labcenter.com/download/prodemo_download.cfm#p rofessional

Sunstone PCB123 http://www.sunstone.com/pcb123.aspx MicroSim Corporatio n

DesignLab http://www2.imse-cnm.csic.es/~rocio/SCE/

Linear Technolog y Corporatio n

SwitcherC AD

Simulador de circuitos electrnicos como: amplificadores operacionales, filtros, reguladores, convertidores etc. http://download.chip.eu/en/SwitcherCAD_695428.html

Technolog y Sales Inc.

Easy-PC http://www.numberone.com/downloadrequest.asp?product=easy -pc&p=Easy-PC

Cadint CADint PCB

http://www.cadint.se/p_free.asp

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Mentor Graphics

PAD ES Suite

http://www.mentor.com/products/pcb-system-design/design- flows/pads/pads-evaluation

Zuken CADSTAR Debe realizar un registro para descargar. http://www.zuken.com/products/cadstar.aspx/

Holophase CIRCAD http://www.holophase.com/downloads.htm

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DISEO DE TARJETAS DE CIRCUITO IMPRESO CON PROTEUS Vamos a configurar un proyecto paso a paso para exportar un esquemtico al diseo de la PCB correspondiente. Esquemtico fuente DC +12V y +5V

1) Insertamos los componentes requeridos para elaborar el circuito de la fuente:

2) Realizamos las conexiones entre los componentes:

3) Configuramos los componentes.

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Los filtros son capacitores de diferente valor, por lo tanto debemos configurarlos antes de generar el circuito impreso. C1 es un capacitor de 1000uF, por lo tanto su encapsulado es ms grande que el de C2 y C3.

Una vez finalizado el esquemtico podemos pasar al diseo de la PCB con la herramienta ARES.

4) Agregamos un polgono de la Toolbox 2D Graphics Box Mode

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Este polgono corresponder al rea de nuestro circuito, por lo tanto, debemos asociarlo con la capa Board Edge haciendo Click derecho sobre el polgono y modificando la opcin en el men Change Layer.

5) Vamos a definir el ancho del borde de acuerdo con los parmetros de la siguiente imagen (hacer doble Click en uno de los bordes del rectngulo):

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Muchas de las medidas que se utilizan en este programa estn dadas en milsimas de pulgada. A continuacin una sencilla tabla para recordar su equivalencia:

Medida (th)

Equivalencia (mm)

10 0.2540

20 0.5080

30 0.7620

40 1.0160

60 1.5240

80 2.0320

6) Una vez definido el borde de la placa, ste debe quedar como un marco de color amarillo. Ahora vamos a ubicar los componentes requeridos para el circuito. Este es un proceso semi-automtico que se ejecuta con la opcin Auto-placer del men Tools.

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Nos aseguramos de que todos los componentes estn marcados y hacemos Click en OK.

7) Realizamos la redistribucin de los componentes de manera manual y guindonos por las lneas de conexin proporcionadas por el software, las cuales vienen definidas desde la creacin del esquemtico.

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8) Cuando los componentes hayan sido ubicados en su posicin, verificamos si es necesario redimensionar el tamao de la placa, de manera que todos los componentes cuenten con el espacio requerido dentro del permetro del polgono amarillo.

Ahora podemos generar la capa Power Plane que servir como blindaje de nuestro circuito.

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Opciones recomendadas para crear la capa Power Plane

9) Buscamos el borde de la capa Power Plane (bloque azul), hacemos doble Click para modificar sus parmetros.

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Parmetros recomendados para la capa Power Plane. En esta ventana puede tambin cambiar el color de su placa de circuito impreso.

10) Ahora podemos generar la capa que contendr las pistas de cobre que interconectarn nuestros componentes. Esto lo haremos mediante la opcin Auto-router del men Tools.

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11) Es posible que el software no haya podido generar una capa de pistas en la que todas ellas hayan quedado en la parte inferior de la placa (pistas de color rojo). Aquellas pistas que no tengan ningn obstculo podrn ser transferidas a la capa Bottom Copper mediante la funcin Change Layer

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12) Un aspecto fundamental en el diseo de circuitos impresos es la dimensin de las pistas de cobre. En trminos generales, una pista nunca ser demasiado ancha para la funcin que habr de cumplir en el circuito si puede conducir la cantidad de corriente necesaria para cumplir su funcin. En este enlace encontrar una herramienta para calcular el ancho de las pistas de cobre basada en su longitud y la cantidad de corriente que transportar.

http://www.microensamble.com/site/index.php?option=com_content&view=article&id=105:calculadora-de-ancho-de-pista&catid=62&Itemid=197

Esta utilidad calcula el ancho de una pista en el diseo de circuitos impresos de acuerdo a la curva de la norma IPC-2221 (Formalmente llamada IPC-D-275) tomando como base el valor de la corriente que va a circular por ella, as como el espesor del cobre utilizado.

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Ejemplo: clculo del ancho de una pista para conducir una corriente hasta de 1 Amperio.

El resultado arrojado por la calculadora es el siguiente:

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Para modificar el ancho de una pista hacemos Click derecho sobre la misma y la modificamos con la opcin Change Trace Style.

13) Si quedan pistas por conectar, el programa lo notificar mostrando las lneas

correspondientes a las conexiones faltantes y en la parte inferior llevar el conteo. En la imagen 2 conexiones faltantes (2 missing).

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14) Cuando no haya conexiones faltantes aparecer una indicacin en la parte inferior de la ventana (No CRC Errors)

Configuramos las dimensiones de los PAD para que los pines de los componentes a ensamblar en la tarjeta encajen con exactitud en las perforaciones y para tener un rea de soldadura que permita una adherencia firme. Para cambiar las dimensiones de un PAD: Hacer Click derecho sobre el PAD y seleccionar la opcin Edit Properties

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La opcin Style nos permite seleccionar entre diferentes formas y dimensiones de PAD.

Los parmetros del PAD son su forma, dimensiones externas y dimensiones internas (dimetro de perforacin).

Por ejemplo, un PAD tipo S-70-40 es un PAD cuadrado (Square) con 70 th (milsimas de pulgada) de lado y 40 th de dimetro de perforacin.

Un PAD tipo C-80-40 es un PAD circular (Circle) con 80 th (milsimas de pulgada) de dimetro y 30 th de dimetro de perforacin.

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Dimensiones recomendadas para los PAD de diferentes encapsulados.

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15) Finalmente, agregamos Pads de tamao C250-M4 que servirn para la sujecin de la placa a la carcasa que la contendr.

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16) En el men tenemos la opcin 3D visualizer para conocer el aspecto que tendr nuestra PCB una vez ensamblada.

Aspecto de la placa vista desde la parte superior (capa de componentes)

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Aspecto de la placa vista desde la parte inferior (capa de pistas de cobre)

DEFINICIONES GENERALES PARA EL PCB

La siguiente lista de definiciones se escribe de manera introductoria a la terminologa del diseo de tarjetas de circuito impreso, es altamente recomendable que se investigue con ms detalle todas y cada una de ellas para poder tener un mejor entendimiento de los procesos de diseo de las PCBs.

Esquemtico

El esquemtico o diagrama esquemtico, representa una visualizacin de las interconexiones de los elementos del circuito a realizar. Para los programas de diseo las conexiones se les conocen como Nets. Es recomendable realizar pruebas en una tarjeta de prototipos de ser posible para validar la funcionalidad del esquemtico, o hacer uso de software de simulacin como lo son aquellos derivados de SPICE.

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Diagrama esquemtico para un reloj de tiempo real.

Boardfile Layout

El Boarfile es el archivo en donde se realiza el diseo fsico de la tarjeta. El diseo de la misma se le conoce como Layout. Se puede observar en la figura 1.1 el boardfile, que es el archivo en general, el layout del boardfile es la manera en que se trazaron las seales o pistas en la tarjeta. Estos conceptos van de la mano. Cuanto se habla del archivo se hace referencia al boardfile y cuando se habla del diseo en particular se hace referencia al layout.

Pad en diseo

El pad es la zona en la tarjeta o diseo de la misma donde se colocara el pin de algn componente, los pads suelen ser rectangulares para elementos de montaje superficial, y redondos para los componentes through-hole y vas. En el diseo el pad se suele representar de manera visual solamente como un elemento que parece ser que traspasa toda la PCB.

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Pads para diferentes elementos (el pad se encuentra remarcado con las lneas

diagonales).

Footprint Landpattern

El footprint es diseo de los pads para un elemento en particular, existen estndares para diferentes empaquetados, como lo son, SOIC, SSPO, TQFP, QFN, etc. para circuitos integrados o SOT-23, 1206, 0603, etc. para otros componentes. En las hojas de datos de los dispositivos o componentes electrnicos los fabricantes suelen poner las dimensiones de los componentes con lo que se puede generar un footprint o en su defecto tambin hay unos que incluyen el diseo recomendado del footprint. Se puede observar en la figura 1.3 que el circuito integrado del centro recae dentro de los pads que se pusieron ah para crear su footprint determinado para ese dispositivo. Ya que se manejan estndares ese footprint podra servir para todos los dispositivos que son del mismo empaquetado.

Pad en el PCB

En el PCB el pad es aquel elemento o segmento de cobre que conecta una net con un componente de montaje o de through-hole, as como conecta el barrel o centro de la via con la capa. Entre las caractersticas generales esta que los pads son el principal contacto entre las conexiones del PCB con el exterior a travs de los pads se sueldan los componentes de montaje superficial y through-hole. El soldermask es una capa que cubre todo el PCB menos los pads, para finalmente ser estaados.

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PCBs terminadas y fabricadas, se observan varias partes de las mismas.

Soldermask

El soldermask es la capa fsica semitransparente que cubre el PCB en las caras superior e inferior. El soldermask se pone sobre la PCB para evitar oxidacin del cobre. El soldermask recubre toda la cara de la PCB a excepcin de los pads y suele tener color verde, aunque puede ser de otros colores dependiendo del fabricante. En la mayora de los programas de diseo elsoldermask viene de la mano con los pads ya que a menos que se especifique lo contrario este es un negativo de la capa de pads (visto los pads desde el punto de vista del PCB).

Silkscreen

El silkscreen es una capa de serigrafa que sirve como indicador sobre la PCB, se recomienda imprimir el nombre del componente, el valor del componente, as como el contorno del componente. Aqu se puede imprimir texto con informacin como la revisin, diseador, cdigo de barras, etiquetas, licencias, marca, institucin, entre otras cosas.

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Stackup

El Stackup es la definicin de las caractersticas generales de la PCB a realizar, como anchos de trazas para seales diferenciales o single-ended, ancho de PCB, material del conductor, material del dielctrico o del ncleo (PCBs con mayor nmero de capas llevan un ncleo de material dielctrico rgido y capas de resina de dielctrico), entre otras caractersticas. Los programas de diseo de PCBs suelen tener opciones para declarar el stackup a pesar de que solo se recomienda hacerlo para tarjetas de alta velocidad y mayor a 4 capas. Para las PCBs de mltiples capas el diseo del stackup se vuelve algo engorroso. La mayor cantidad de fabricantes tienen el servicio de disear el stackup con las caractersticas que el cliente desee.

Net Seal

El concepto de Net es un concepto general para la seal a trazar sin importar desde que punto de vista se vea, ya sea en esquemtico o en layout, o si esta trazado el segmento de cobre o no. Una Net por definicin solo se limita a un segmento de una lnea de comunicacin, la misma est limitada por una conexin a un elemento sin importar si es pasivo o activo. El concepto resulta un poco abstracto por la carencia de una representacin fija.

Net en esquemtico.

Dentro de un diagrama esquemtico en la mayora de los programas y herramientas de diseo disponibles, la net, es limitada por un elemento activo o pasivo. La net tiene un nombre definido (ej. N$15, DATA_2, USB_R_P) por lo que no es indispensable realizar una conexin real o visual. Es posible etiquetar las nets y separar por segmentos el diagrama esquemtico.

Rat

Una Rat no es ms que una net en el boardfile que no se encuentra trazada por cobre. Una rat no tiene ancho ni un camino especifico. Es un vector que va de elemento a elemento y es definido por el software. El conjunto de rats que se encuentran en el boardfile antes de ser trazadas se le conoce como ratsnets.

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Traza

El concepto ms importante y con mayor peso dentro de lo que es una net, es la traza de cobre. Al realizar el routeo o el trazo de cobre para realizar la conexin de 2 elementos es posible controlar una gran cantidad de aspectos electromagnticos y trminos de una PCB. La geomtrica y los espaciamientos con otras seales as como los materiales que se utilizan para el diseo y la fabricacin de la PCB definen aspectos que determinan la calidad final de la seal.

La misma Net representada en el diagrama esquemtico, como rat y como traza.

Via en diseo

La va en el diseo se utiliza para transferir una traza o net entre diferentes capas, la misma tiene como parmetros de diseo el dimetro del pad y el dimetro de la perforacin o drill. En el diseo la via se limita a las transiciones de capa pero en el PCB fsico tambin se le conoce como via a la perforacin en los componentes through-hole.

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Via en PCB

La va es comnmente utilizada en PCBs para montaje de componentes through-hole o para interconectar lneas de transmisin en capas diferentes. Tradicionalmente los efectos de las vas para tarjetas single-layer y multi-layer (una capa o varias capas) son despreciados para los casos de frecuencias menores a las decenas de Mhz, para casos en los que supere los 100 Mhz se requiere tomar en cuenta las reglas de diseo bajo la integridad de seal. Las vas consisten en un barrel, pad y antipad. El Barrel es un elemento en forma de tubo el cual es conductivo y llena las paredes de la perforacin. El Pad conecta cada extremo del barrel a la capa deseada de la PCB este a su vez puede conectarse a un trazo de cobre, a un plano o dejarse sin conectar. El Antipad es el espacio sin cobre entre el pad y algn otro segmento de cobre que no pertenezca a la seal del pad.

Microvia

PCBs de alta densidad multi-layer pueden tener microvias, las cuales pueden ser blind vias oburried vas. La Blind via se encuentra expuesta solo de un lado de la tarjeta, esta via suele conectar de una capa externa a una capa interna, es por esto su nombre de blind o ciego, ya que no se ve a travs de las capas externas, solo de una.La Burried via Conecta capas internas sin ser expuesta a la superficie, estas vas no tienen contacto con el exterior, representan an ms problemas de manufactura que la blind via, y solo se utilizan cuando son estrictamente necesarias.

Castellated vias

Las castellated vias es una caractersticas de las vias las cuales son posicionadas en la orilla de la PCB para que queden cortadas a la mitad, exponiendo el barril o barrel de la via para crear una perforacin parcial con el propsito de acoplar PCBs de manera lateral, o montar PCBs sobre otras a manera de circuito impreso. Este tipo de vas se utilizan como los pines de una PCB para hacer uso de la misma como si fuese un circuito integrado el cual se puede montar sobre otra PCB. Este tipo de vas se utilizan en gran medida en componentes de comunicacin inalmbrica, como mdulos de WiFi, Bluetooth, RF, GPRS, etc.

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De izquierda a derecha: 1- Via through-hole, 2- Blind via 3- Burried via.

Layer

Capa de diseo la cual corresponde a un proceso en la fabricacin del PCB. Las capas o layersde cobre se refieren a las capas que sern impresas en el PCB como trazas de cobre. Capasnames, values, place corresponden a la serigrafa o silkscreen en el PCB. Existen capas de diseo que no se contemplan para la fabricacin, entre las que se encuentran docu, info que sirven de apoyo en el diseo. Las capas de drills, holes indican las coordenadas y dimetros de las perforaciones. La capa dimention define el borde y geometra de la tarjeta. El nombre de las capas cambia para diferentes programas de diseo, por lo que es recomendable ver los manuales de dichos programas.

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REGLAS DE DISEO GENERALES

A continuacin se enlista una serie de reglas de diseo las cuales se recomienda de gran medida seguir en cada uno de los diseos que se realice, las reglas estn organizadas sin seguir un orden de importancia.

Siempre que sea posible evitar el uso de vias o transicin de capas primordialmente si el trazo corresponde a una seal de alta velocidad. El uso de vias degrada las seales que se transmiten a travs de la PCB, siempre se prefiere la menor cantidad de vias posibles en el diseo. Para diseos manuales tambin se recomienda la menor cantidad de viaslo que representa un menor nmero de perforaciones.

Extremar precaucin en seales de reloj de alta velocidad y dar preferencia a estas realizando los trazos primero de las seales con mayor frecuencia. Siempre las seales de los cristales, relojes, y buses de alta velocidad deben de ser trazadas primero para evitar que se realicen muchas transiciones de capas o rodeo de otras trazas.

Remover algn pad o via que no se est utilizando que haya quedado en el PCB. Si el diseo contiene un nmero considerable de componentes es probable que el trazo de las nets sea un proceso iterativo para ver qu camino es el mejor, esto puede llevar a dejar segmentos de nets (conocidos como stubs) o vias que no estn conectadas a nada, esto genera reflexiones en la seal lo cual es indeseable.

Para seales diferenciales las vias tienen que estar posicionadas geomtricamente simtricas respecto al centro del trazo de las dos seales para evitar desfasamientos de fase.

Menos vias en un trazo resultan en un menor rise-time. El rise-time es el tiempo en el que la seal cambia de un estado lgico bajo a un estado lgico alto.

En los programas de diseo manejar un grid de 0.050 y 0.025 pulgadas para posicionamiento de componentes en el boardfile. Para realizar las trazas se recomienda bajar a 0.025 y 0.0125.

Etiquetar todas las Nets que no estn directamente conectadas a un dispositivo. Asi como etiquetarlos bajo una nomenclatura que sea comprensible, por ejemplo, una seal de reloj de un circuito microcontrolador podra llamarse MICROC_CLK_R antes de la resistencia (si tuviese) y MICROC_CLK la que est conectada al dispositivo.

Asignar valores a todos los componentes de la tarjeta. Esto es altamente recomendable para la documentacin y anlisis del proyecto en general, tambin informar en el esquemtico si el componente no ser posicionado por el fabricante, esto se puede hacer a travs de alguna leyenda en el esquemtico o con el nombre ej. R5_NP.

Mantener el trazo de las seales con ngulos de 45, los ngulos rectos de 90 generan ms ruido en la seal. Podran trazarse las seales con curvas pero esto aade un mayor grado de trabajo en la tarjeta.

En caso de utilizar ms de una capa, tratar de mantener una para las seales de GND en donde estas se trazan hasta el ltimo con la intencin de mantener todas las seales en la capa inferior.

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Tomar en cuenta el ancho de las seales para el diseo. Si por la seal pasara una seal lgica de comunicacin, I2C, SPI, UART, USB, el ancho de la seal puede ser el mnimo determinado por las limitaciones de diseo (suponiendo que para este caso sea mayor a 0.010 pulgadas). Para el caso de seales de potencia como en el caso de relevadores, transistores, buffers, controladores de motores, las seales que salen de esos dispositivos se recomienda cambiar el ancho de las seales (aproximadamente 0.020 a 0.050 pulgadas).

ETAPAS DE DISEO DE UN PROYECTO

En este captulo se pretende enlistar de manera global las etapas de diseo para la realizacin de un proyecto en donde se requiera disear la PCB, solo se contempla en este texto las etapas correspondientes a la concepcin de la idea y su conversin a diseo de PCB. De ser posible se recomienda que el lector ya tenga un entendimiento de la etapa de diseo de circuitos electrnicos as como si se interesa en los procesos de manufactura de PCB.

Como primera etapa de diseo se recomienda tener en mente el diseo que se piensa realizar. Ya que se tiene la idea o proyecto en mente es necesario realizar una serie de pasos recomendados por esta gua. A continuacin se enlistan dichos pasos que en el siguiente captulo se les dar seguimiento para la realizacin de un proyecto.

1. Tener un diagrama a bloques con una idea general de que es lo que se requiere

desde el punto de vista fsico. Es necesario aterrizar nuestras ideas con diagramas a

bloques realizados para darnos un panorama del diseo general de la tarjeta. Qu

necesita la tarjeta?, Se requiere conector USB?, Conector de montaje o dip?,

Cuntas entradas y salidas digitales y/o analgicas requiero?

2. Si el sistema tiene restricciones de espaciamiento fsico es necesario definir el tamao

de la tarjeta. Esto principalmente cuando el PCB se disea para ser implementado

dentro de algn empaque o caja. En este paso tambin es recomendable tener bien

definida no solo el rea si no el volumen de la tarjeta, ya que existen componentes

que resultan ser muy altos como capacitores o transistores por ejemplo, as como

otros que requieren disipadores como los reguladores de voltaje o drivers para

motores, todas estas consideraciones se deben de tomar en cuenta en este paso.

3. Definir los puertos de entrada/salida que se necesitan para el sistema (conectores,

terminales, puertos, etc.). Una vez que ya tiene el diagrama a bloques el definir los

puertos de un microcontrolador, sistema mnimo, driver, circuito, resulta hasta cierto

punto intuitivo, ya que se puede observar desde un punto de vista ms global todo el

proyecto. En este caso para tarjetas o proyectos que no tengan sistemas con varios

puertos o dispositivos reconfigurables no tiene caso realizar este paso.

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4. Realizar una simulacin previa o prototipo para evaluar la funcionalidad del diseo

esquemtico. Se recomienda haber realizado una simulacin de los elementos del

sistema, existen varios programas de simulacin que pueden ser de gran ayuda, como

los basados en SPICE para elementos analgicos o ISIS Proteus para algunos de los

sistemas digitales.

5. A manera de realizar una pre-validacin del sistema electrnico, se recomienda de ser

posible, armar una tarjeta de prototipos para realizar pruebas funcionales al proyecto.

9. Realizar una lista de componentes tomando principal inters en el aspecto fsico del

mismo. En el aspecto fsico se refiere al empaquetado a utilizar para elementos

pasivos (ej. 0603, 0805, 1206, etc) y elementos activos (QFN, TQFT, DIP, SOIC,

SSOP). El diseador puede definir los tamaos de los dispositivos dependiendo de los

requerimientos de potencia, espacio, manufactura, etc. que se tengan en el diseo del

proyecto.

10. Tomar en cuenta las caractersticas elctricas de los elementos, voltaje y corriente

mximas, disipacin de potencia, etc. Es necesario ver si los elementos que estamos

utilizando van a soportar las corrientes que se puedan presentar, o a las temperaturas

a las que se sometern. Principal atencin con esto ya que existen dispositivos como

los microcontroladores que estn limitados a solo unidades de miliampers para cada

pin y solo un par de cientos de miliampers para todo el dispositivo.

11. Revisar la biblioteca principal de dispositivos para verificar la existencia de los

elementos a utilizar en el proyecto. Para el EAGLE da la opcin de filtrar por

componentes de montaje y adems cualquier bsqueda se puede realizar con un

comodn en el texto que es el asterisco, por lo que una bsqueda de un LED puede

entregar una cantidad de resultados menor que una bsqueda de LED*.

12. Si la biblioteca tiene los elementos es recomendable realizar una lista de los

elementos a utilizar, si no, identificar cules van a ser necesario crear o cuales se

pueden sustituir por otros elementos, por ejemplo, un transistor NPN especifico, puede

ser sustituido por otro con la misma distribucin de pines, o alguna tarjeta externa

puede ser sustituida por una tira de pines en el diseo.

13. Si la biblioteca no tiene el componente que el proyecto requiere es necesario crear el

dispositivo a utilizar, creando el smbolo y el footprint (landpattern). En caso de ser

necesario ms adelante se describe como realizar esto a travs del EAGLE.

14. Iniciar poniendo todos los elementos que se vayan a utilizar en el PCB (a excepcin

de que el proyecto sea demasiado grande, es necesario agrupar los elementos

respecto al diagrama a bloques realizado).

15. Una vez colocado los elementos a utilizar, comenzar a realizar la conexin de los

elementos en el esquemtico y asignarles nombres a las nets. Recordando siempre

visualizar el nombre de la net.

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16. Una vez conectado el segmento que se requiere trazar, o de ser posible haber

conectado todo el circuito, pasar a la ventana de la tarjeta para visualizar el

archivo boardfile. Mas adelante en la etapa de diseo se mencionan algunas

actividades generales para optimizar un poco el esquemtico entre las cuales se

encuentran mostrar los valores de los elementos, organizar el esquemtico y sus

etiquetas, etc.

17. Si ya todos los elementos fueron insertados de manera previa, los mismos estarn

alineados sobre la cuadricula o grid de 50 mils. Por lo que ya no tendremos que volver

a insertar componentes, en caso de requerirlo, regresar al esquemtico e insertarlos.

18. Comenzar a posicionar los elementos (mantener el grid de 50/25 mils) como mejor

convenga para el trazo de la nets, recordando siempre dar prioridad a las nets con

ms restricciones de diseo. Para realizar esto basarse en las rats que aparecen en

elboardfile.

19. Una vez posicionado los dispositivos se puede bajar el grid (50/25 a 25/12.5 mils)

aunque se recomienda para primeros diseos mantenerlo en el valor default.

20. Seleccionamos el ancho de la traza que vayamos a utilizar. Esto depende en gran

medida de las restricciones que tiene la seal, as como de las limitaciones mecnicas

del mtodo de fabricacin a utilizar. Este paso es necesario hacerlo cada que se

requiera un cambio del grosor de la traza (ej. Con las Nets de GND suelen tomarse

valores ms anchos, especialmente si hay elementos que consuman ms de 1W).

21. Comenzar a trazar la Nets, tomando en cuenta la direccin de la misma, esto lo

podemos ver gracias a las rats. Recordando realizar trazos a 45 solamente.

22. Iterar los pasos 11 al 18 segn sea conveniente por cualquier cambio que se haya

realizado en esquemtico o por que se requiera seguir otro camino de traza.

23. Una vez terminado es recomendable posicionar planos de GND (y de VCC si se

puede) esto se hace seleccionando primero el espaciamiento entre las seales y el

plano, con el comando isolate, un valor recomendado es mantenerlo arriba de los 12

mils.

24. Es recomendable darle una inspeccin visual al diseo, filtrando por capas (ej.

Visualizar solo capas Top, Pads, Vias solamente, o visualizar solo la capa Unruted).

25. Antes de finalizar, es indispensable correr el DRC (Design Rule Check) antes de

generar los archivos de fabricacin.

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DISEO DE UN PROYECTO

A manera de aplicar los pasos previamente mencionados se realizara una PCB de ejemplo, la cual consiste en un microcontrolador de la familia de Microchip PIC con algunos componentes del sistema mnimo y una conexin USB. Para este caso usaremos un dispositivo (smbolo yfootprint) en EAGLE creado por nosotros.

En cuanto a la idea general del proyecto quedara como el siguiente diagrama a bloques descrito en la figura 1, en donde se puede observar que ya se tiene definido un tamao y una serie de puertos que se utilizaran para futuros proyectos y/o que se necesitan para alguna aplicacin en especfica. Es necesario tambin para este punto haber definido de una manera muy general que tipo de elementos pasivos y activos sern utilizados as como las capas que se requieren.

Diagrama a bloques del proyecto.