Diseño de Circuitos Impresos.

Introducción.

Un circuto impreso, básicamente, tiene la función de conectar eléctricamente un determinado grupo de componentes eléctrico y/o electrónicos de un determinado sistema. Una función especialmente importante, ya que puede ser la causa de muchos fallos de funcionamiento. Por este motivo, se deben estudiar y diseñar correctamente, para poder obtener un sistema electrónico que sea eficiente y fiable.

En esta sección os intetaremos facilitar el proceso de diseño de placas de circuito impreso utilizando un software gratuito muy interesante, KiCAD. Este artículo va dirigido a todos aquellos aficionados a la electrónica, investigadores e inventores independientes que desean o necesitan diseñar y/o fabricar sus propios circuitos para poder llevar adelante sus hobbies y/o proyectos profesionales y/o personales.

Partiendo del esquema electrónico, y conociendo sus caracterśiticas principales, que nos permitirán determinar al grosor mínimo de las pistas, la separación mínima entre las pistas, distribución de los componentes y conectores, etc....

Antes de dedicarse al diseño de nuestro circuito impreso es conveniente asegurarse de que el circuito que pretendemos fabricar funciona correctamente, es decir que se ha provado con placas Protoboard y se han realizado los ajustes pertinentes. Ya que, una vez fabricada la placa de circuito impreso será más dificir la sustitución o inclusión, de determinados componentes.

Equema Electrónico.

Una vez tenemos diseñado y verificado, nuesto circuito, lo que tenemos que hacer es pasarlo al EESchema, que es el edior de esquemas electrónicos de KiCAD, lógicamente podeis utilizar cualquier otor editor de esquemas electrónicos que os permita crear ficheros netlist adecuados al editor de pcbs que deseais utilizar. En este caso yo utilizaré el PCBNew, también incluido en KiCAD.

Es la imagen siguiente, podeis ver un temporizador especialmente diseñado para una insoladora.

EESchema nos permite generar fácilmente los ficheros netlist necesarios para la edición de la nuestra placa de circuito impreso con PCBNew. También incluye una pequeña aplicación denominada CvPCB, que facilita la asociación de los componentes del esquema con las plantillas de componentes (footprints) que utilizaremos en PCBNew.

La selección de las plantillas (huellas, o footprints) de los componentes la tendremos que realizar en función de las características físicas de los componentes seleccionados durante el diseño de nuestro circuito. Es decir, debemos tener claras las dimensiones físicas, especialmente el diámetro de los pins y la distancia entre ellos. Esto es especialemente importante en circuitos integrados, conectores y transformadores que no dejan margen de error.

Por otra parte, también es importante el diámetro de los pads (puntos de soldadura), cuanto mayores sean menos problemas tendremos en caso de repetidas soldaduras/desoldaduras de algún componente. Aunque siempre tendremos la limitación impuesta por la presencia de pads vecinos y la conveniencia de tener que pasar alguna pista entre pads.

Distribución de Conectores, Mandos y Componentes.

Llegados a este punto, ahora lo que tenemos que hacer, es definir la distribución de los componentes, en el siguiente orden:
- Conectores, que normalmente colocaremos en la periferia de la placa para facilitar su manipulación, aunque algunos conectores, podremos colocarlos en el interior.
- Componentes de ajuste, como potenciómetros, interruptores, etc.. en función de la accesibilidad que deseamos para cada uno de ellos. Según la complegidad de nuestros esquema electrónico, puede ser conveniente realizar una placa con los dispositivos de ajuste y control independiente de la placa principal, y conectarlar mediante el uso de cables y conectores adecuados. O bién, instalar los componentes de ajuste en un panel de control y conectar a la placa principal, mediante cables soldados o con conectores.
- Dispositivos de potencia con disipador de calor. Hay que colocarlos en zonas periféricas que queden lo más aireadas posibles y de forma que no transmitan calor de los otros componentes.
- Componentes voluminosos, cono transformadores, condensadores, etc...
- Circuitos integrados y demás componentes activos.
- Resistencias y condensadores pequeños.

Trazado de Pistas.

Lo primero que tenemos que hacer, antes de proceder al trazado de las pistas, es determinar la anchura mínima que deberían tener, especialmente si estamos diseñando una fuente de alimentación, o algún dispositivo de electrónica de potencia, como convertidores conmutados, drivers de motores, etc....

Para esto, necesitamos conocer los valores medios de las corrientes que circularán las pistas de nuestro circuito. Que deberíais conocer si habeis deiñado del circuito vosotros mismos, o que podeis determinar fácilmente con cualquier software de simulación, o simplemente, podeis hacer las medicioces en vustras primeras pruebas con ProtoBoard.

Seguidamente os presento un tabla que os permiirá conocer la anchura de una mínima de una pista y de la elevación de temperatura que podeis admitir.

Anchura de pista en mm	Incr. de Tº Admisible
Cu 35 µm 0.36 mm 0.4 0.72 1.14 1.78 2.5 3.5 4.5 5.8 7.1	10ºC 20ºC 30ºC 0.9 A 1.2 A 1.8 A 1 1.3 1.9 1.8 2.7 3.5 2.7 3.8 4.6 3.7 5.2 6.2 4.7 6.8 8.2 5.7 8.3 10.5 7 9.7 12 7 11.2 14 9.1 13 16.1

La separación entre pistas vendrá condicionada por las diferencias de potencial máximas entre pistas, detalle especialmente importante cuando trabajamos al tensiones elevadas, 220 V, 380 Vac, o incluso miles de voltios de los ionizadores, generadores de ozono y dispositivos similares. Seguidamente teneis la tabla para determinar la separación mínima ente pistas.

Dif. de Potencial en Voltios	Separación en mm
DDP < 50	0.5
50 < DDP < 100	0.7
100 < DDP < 170	1
180 < DDP < 250	1.2
250 < DDP < 500	3

En el caso de les circuitos RF  (Radio Frecuencia), o circuitos en los que utilizamos lógica circuitos integrados con frecuencias de reloj elevadas, hay que tener en cuenta posibles problemas de transmisión: acoplamientos entre pistas e impedancias características de la línea.

Por otra parte también tenemos que tener en cuenta la resistencia de la conexión, ya que lo típico es tener pistas de cobre de un grosor de 35 µm. Este dato es especialmente importate si estamos diseñando un driver para un motor de un vehículo eléctrico que manejar corrientes superiores a los 200 Amperios. Donde puede ser conveniente el uso de placas de circuito impreso con una capa de cobre de mayor grosor.

Ahora ya podemos empezar a tazar pistas. Empezando por los de mayor corriente, ya que serán las más anchas. Seguiremos por las de mayor tensión. I finalemente trazaremos las demás pistas. Es conveniente enviatar el uso de una segunda cara de pistas, simplemente para facilitar la fabricación de circuito impreso. I en caso de ser necesario por la complejidad del esquemas electrónico, procuraremos utilizarla para realizar puentes, es decir, las pistas deben empezar i terminar en la cara de soldaduras. Aplicando esta ténica, si tenemos pocos puentes, poderemos realizarlos con hilos rígidos, y nos ahorraremos la complicación extra de realizar una placa de circuitos impreso de dos caras. Además de envitar problemas de soldadura y/o desoldadura. Ya que es conveniente tener en cuenta, que estamos hablando de prototipos y que posiblemente se ha escapado algún detalle, y por tanto tendremos que sustituir algún componente, ya sea por deterioro del mismo, o por mejora de diseño.

Una vez finalizado todo el trazado de pista, crearemos un plano de masa. Esto rellenará muchos de los espacios en blanco de nuestra placa aumentado el grosor de la pista de masa (GND) tanto como sea posible en cada punto. Con esto reduciremos considereblemente la cantidad de cobre que tendremos que eliminar de la placa, el tiempo de atacado, la cantidad de atacador a utilizar ( y por tanto la contaminación) y como nó, el coste económico en atacador.

Servicios.

Una vez terminado el diseño de las pistas, ya puedes proceder a fabricarte tú circuito impreso. Que no sabes como? Nosotros te lo fabricamos, envianos los ficheros que has generado con KiCAD, Proteus o tú programa de diseño y te enviaremos un presupuesto. Para más información sobre nuestro servicio de fabricación de prototipos (pequeñas series) de circuitos impresos, puedes visitas nuestra página de Productos y Servicios.

Si después de leer este pequeño artículo no te atreves a diseñar tus propios circuitos impresos, no te preocupes, puedes enviarnos el que esquema electrónico del circuito que quieres o necestias montar, y te enviaremos un presupuesto por hacerte el diseño de la placa, y fabricarla, si así lo deseas.

Por otra parte, también puedes realizar el diseño tú mismo, y nosotros te lo revisamos, aportandote nuestra experiencia.

Puedes contactornos a través de la siguiente dirección de correo electrónico, sje@tinet.org.

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