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Cómo diseñar una PCB: diseño de la placa de circuito impreso

Cómo diseñar una PCB: diseño de la placa de circuito impreso

Sabiendo cómo diseñar una placa de circuito impreso, PCB es un elemento clave de cualquier proceso de diseño de circuitos electrónicos.

La disposición y el diseño de la PCB tienen un gran impacto en la forma en que funciona un circuito y, por lo tanto, si la placa de circuito impreso se diseña de manera eficaz, el circuito funcionará de manera más confiable y dentro de sus especificaciones.

Equipo de diseño de PCB

Para los programas de desarrollo comercial, hay disponibles paquetes de diseño asistido por computadora CAD que se necesitan como resultado de la complejidad.

Incluso para el estudiante y el aficionado, hay muchos paquetes muy buenos que pueden obtenerse gratuitamente por un módico precio.

El antiguo proceso de diseño de PCB de usar cinta colocada en una hoja de dibujo maestra se acabó hace tiempo, aunque es posible que esto todavía se pueda hacer en algunos casos muy limitados.

La capacidad del software de PCB varía considerablemente. El presupuesto, o incluso el software gratuito, proporciona las funciones básicas, mientras que los paquetes de gama alta permiten incorporar muchas más facilidades al diseño. Hay disponibles simulaciones, enrutamiento complejo y muchas más instalaciones.

La capacidad de realizar simulaciones se está convirtiendo en un requisito cada vez mayor a medida que aumentan las velocidades de las placas digitales y los diseños de radiofrecuencia alcanzan frecuencias cada vez más altas.

Captura esquemática de circuito

La primera etapa en el desarrollo de un diseño de PCB es capturar el esquema del circuito. Esto se puede lograr de diversas formas. Los circuitos se pueden ingresar en una herramienta de captura esquemática. Esto puede formar parte de la suite de diseño de PCB, o puede ser un paquete externo cuya salida se puede exportar en un formato adecuado.

Además de realizar puramente la captura esquemática, en esta etapa se pueden realizar simulaciones del circuito. Algunos paquetes pueden interactuar con paquetes de simulación. Para aplicaciones como el diseño de circuitos de RF, la simulación del circuito permitirá optimizar más el circuito final sin construir un prototipo.

Con la captura esquemática completa, el diseño electrónico del circuito está contenido dentro del archivo y puede convertirse en lo que se denomina una "lista de conexiones". La lista de redes es la información de interconectividad y es esencialmente los pines de los componentes y los nodos del circuito, o redes, a los que se conecta cada pin.

Colocación inicial de componentes de PCB

Antes de continuar con el diseño y el diseño detallados de la PCB, es necesario tener una idea aproximada de dónde se ubicarán los componentes y si hay suficiente espacio en la placa para contener todos los circuitos necesarios. Esto permitirá tomar decisiones sobre la cantidad de capas necesarias en la placa y también si hay suficiente espacio para contener todos los circuitos.

Una vez que se ha hecho una estimación aproximada del espacio y las ubicaciones aproximadas de los componentes, se puede hacer un diseño de componentes más detallado para el diseño de la PCB. Esto puede tener en cuenta aspectos tales como la proximidad de dispositivos que pueden necesitar comunicarse entre sí y otra información relacionada con cualquier consideración de RF, por ejemplo.

Para que los componentes puedan incorporarse en el diseño de la PCB, deben tener toda la información relevante asociada. Esto incluirá la huella de las almohadillas de la placa de circuito impreso, cualquier información de perforación, áreas de exclusión y similares. Por lo general, varios dispositivos pueden compartir el mismo espacio, por lo que no es necesario ingresar esta información para cada número de pieza de componente. Sin embargo, se creará una biblioteca para todos los dispositivos utilizados dentro del sistema de diseño de diseño de PCB. De esta forma, los componentes que se han utilizado anteriormente se pueden recuperar fácilmente.

Enrutamiento

Una vez que se ha completado la ubicación básica, la siguiente etapa del diseño de la PCB es enrutar las conexiones entre todos los componentes. Luego, el software de PCB enruta las conexiones físicas en la placa de acuerdo con la lista de conexiones del esquema. Para lograr esto, utilizará la cantidad de capas que estén disponibles para las conexiones, creando agujeros a través según sea necesario. A menudo, se asignará una capa para su uso como plano de tierra y otra como plano de potencia. Esto no solo reduce el nivel de ruido, sino que también permite realizar conexiones de baja resistencia de fuente para la alimentación.

El enrutamiento puede utilizar una cantidad significativa de potencia informática. Esto es particularmente cierto para diseños más grandes donde puede haber más de tres o cuatro mil componentes. Cuando el enrutamiento es difícil como resultado de una alta densidad de componentes, esto puede resultar en que el enrutamiento tome una cantidad significativa de tiempo.

Archivos de PCB: archivos Gerber, etc.

La información para los gráficos de fotos del diseño de PCB se genera en forma de archivos Gerber. Este formato es el estándar para los archivos de PCB y son una forma de archivo de control numérico que utiliza un trazador de fotografías. Además de los archivos Gerber, también se genera información de perforación junto con la impresión de pantalla y la información de fotorresistencia.

Un elemento importante en el costo de una placa de circuito impreso es la perforación. En cualquier diseño se requieren algunos orificios para la fijación, así como los necesarios para cualquier componente convencional necesario. Sin embargo, para reducir los costos, es aconsejable utilizar la menor cantidad posible de orificios. De esta manera, el taladro necesitará cambiar menos y se puede reducir el tiempo.

Una vez completa, la información de la PCB se utilizará en muchas áreas del proceso de fabricación. No solo se utilizará para la fabricación de la PCB en sí, sino que los archivos también se utilizarán en otras áreas del proceso de fabricación. Se pueden usar para desarrollar un programa de selección y colocación, y además de esto, los archivos se pueden usar en la fabricación de una máscara de soldadura para PCB para agregar pasta de soldadura a la placa antes de colocar los componentes. Los archivos también se pueden utilizar para desarrollar diversas formas de programa de prueba, como una "Prueba en circuito" (ICT), y particularmente en el desarrollo de cualquier dispositivo de prueba de lecho de clavos. De esta manera, el diseño de PCB es un elemento crucial de todo el proceso de fabricación de cualquier producto. El diseño de PCB es más que un diseño para la placa básica.

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