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Cómo diseñar una placa de circuito impreso en EasyEDA
La electrónica en el mundo moderno se basa en las Placas de Circuito Impreso (PCBs). Ofrecen una base dura que proporciona soporte mecánico para las partes y una conexión eléctrica entre ellas a través de pistas de cobre grabadas en la placa. La ausencia de PCBs habría provocado que los equipos electrónicos usaran cables sueltos, haciéndolos engorrosos, poco fiables y difíciles de reparar.
En el caso de estudiantes y principiantes, el diseño de PCB es un paso necesario en la transición entre la teoría de los diagramas de circuitos y el mundo práctico. Las habilidades prácticas aprendidas a través de la comprensión de cómo transformar un esquema en una placa del mundo real incluyen la planificación de la disposición, el enrutamiento de señales y la gestión del ruido eléctrico de las señales.
EasyEDA es una herramienta en línea y gratuita, a diferencia de otros softwares EDA tradicionales que requieren una instalación complicada y hardware de alta potencia. Cuenta con un entorno unificado que integra captura de esquemáticos y diseño de PCB, simulación y salida para fabricación. Esto puede ser visto como un lugar perfecto para que un principiante comience, deseando crear una PCB profesional multicapa sin las complejidades de configurar el sistema.
Paso 1: Configurar tu espacio de trabajo e iniciar un nuevo proyecto
Lo primero que debes hacer es crear una cuenta gratuita en el sitio de EasyEDA. Una vez que hayas iniciado sesión, elige el Editor Pro que ofrece un mejor rendimiento y capacidades de edición recientes, y soporta diseños de PCB de múltiples capas.
Después de entrar en el editor, tómese su tiempo para familiarizarse con el espacio de trabajo. Los componentes, bibliotecas y herramientas de colocación se encuentran en el panel izquierdo. En el panel derecho, se encuentran los controles de propiedades y capas. La barra de herramientas superior ofrece acceso a guardar, convertir esquemas en PCB, verificar reglas y exportar archivos de fabricación. El espacio de trabajo central es el área principal donde construye su esquema y diseño.
Abre un nuevo proyecto y ponle un nombre definido, por ejemplo, Multilayer Controller Board. EasyEDA guarda el proyecto en la nube y lo hace accesible en otros dispositivos, además de proteger tu trabajo contra la pérdida involuntaria de datos.
Para crear un nuevo proyecto en EasyEDA, se deben seguir los pasos que se mencionan a continuación:
- Abre EasyEDA. En la parte superior derecha, hay una opción para Archivo.
- Haz clic en Archivo > Nuevo > Proyecto.
- Aparece un cuadro de diálogo, donde puedes darle un nombre a tu proyecto y guardarlo.
- Después de guardar el proyecto, puedes ver una hoja esquemática en blanco, donde puedes comenzar a diseñar el circuito.
Paso 2: Creando el Esquema del Circuito
El esquema del circuito es el plano del circuito electrónico. Es una representación de las conexiones eléctricas de los componentes, pero no de sus posiciones físicas en la placa.
Abre primero una nueva hoja de esquemático y añade componentes de la biblioteca de EasyEDA. Un circuito básico basado en un microcontrolador, un regulador de voltaje, LEDs y conectores puede servir como ejemplo de circuito para que lo estudie un novato.
Conecta los pines de los componentes con la herramienta de cable de la forma que desees para formar tu circuito. Tales relaciones son de continuidad eléctrica. Para mantener el esquemático organizado, se deben utilizar las etiquetas de red VCC, GND y SIGNAL en lugar de hacer cables largos a través de la página.
Asigna valores de componentes, por ejemplo, capacitancia de condensador o resistencia de resistor. A continuación, marca el esquema de tal manera que se le dé un identificador a cada componente (R1, C1, U1). Esto es necesario en el proceso de solución de problemas.
Para diseñar un circuito en EasyEDA, se deben seguir los pasos que se mencionan a continuación:
- En el lado izquierdo, hay una opción de Biblioteca.
- Haz clic en la biblioteca y busca el componente que deseas usar en tu circuito.
- Conecte los pines del componente utilizando la herramienta de cableado.
Antes del siguiente paso, se debe ejecutar la Verificación de Reglas Eléctricas (ERC). Esta herramienta detecta enlaces rotos, cortocircuitos o pines sin alimentación. Al corregirlos en esta etapa, tendrá la certeza de que tendrá un circuito funcional al ensamblarlo.
Cómo diseñar un esquemático de PCB listo para fabricación
Paso 3: Preparación de Componentes y Huellas
Habiendo hecho el esquemático, transfórmalo en un diseño de PCB. El software EasyEDA proporciona los nombres de las huellas asignadas a cada componente automáticamente. Huella es la disposición y el tamaño de las almohadillas físicas del encapsulado del componente.
La huella se puede asignar de la siguiente manera:
- En el menú superior, hay una opción de herramienta.
- Haz clic en Herramienta > Administrador de huellas.
- Seleccione la huella y haga clic en Aceptar. La huella se asignará a ese componente.
Se deben determinar las huellas. Compare las hojas de datos de los componentes que se utilizarán para verificar el espacio de la almohadilla y el tipo de encapsulado. Para usar un regulador de voltaje como ejemplo, puede estar disponible en varios encapsulados, y si se elige la huella incorrecta, será imposible soldarlo.
Los principiantes deben usar huellas de bibliotecas confiables para evitar problemas de fabricación. Tras su verificación, se abrirá el editor de PCB, el cual contiene componentes para colocar.
Paso 4: Dimensiones de la Placa y Colocación de Componentes
Los componentes en el editor de PCB parecen estar agrupados y unidos por líneas finas conocidas como líneas de ratsnest. Estas líneas significan el trabajo de los requisitos eléctricos.
Comience ilustrando el contorno de la placa. El contorno da la dimensión física y la disposición de la PCB. En el caso de los principiantes, es más sencillo trabajar con una placa rectangular. Si la PCB se va a alojar en una carcasa, asegúrese de que las dimensiones de la PCB coincidan con los requisitos de la carcasa.
El contorno de la placa se puede dibujar de la siguiente manera:
- Seleccione la capa de Esquema de la Placa.
- En el menú superior, hay una opción para herramientas. Haz clic en Herramientas > Establecer contorno del tablero.
- Dibuja el contorno del tablero según el requisito y coloca los componentes dentro del contorno del tablero.
El segundo paso es la disposición lógica de los componentes. Los conectores se colocarán cerca de los bordes de las placas. Los circuitos integrados se colocarán centralmente para reducir la longitud de las trazas. Los componentes de alimentación se agruparán para facilitar el enrutamiento.
La ubicación adecuada es uno de los procesos más críticos en el diseño de PCB, ya que determina cómo se realiza el enrutamiento, el rendimiento eléctrico y la gestión del calor.
Paso 5: Configuración de una pila de múltiples capas para un mejor rendimiento
Para diseñar una PCB multicapa, abre la configuración de la capa y añade más capas de cobre. Los principiantes en técnicas de diseño profesional deberían usar una placa de cuatro capas.
También existe una disposición general de pilas que consta de:
- Capa superior para el enrutamiento de señales
- Capa subterránea
- Capa interna de distribución de energía
- Capa inferior para el enrutamiento de señales
Los planos de tierra y de alimentación mejoran la estabilidad del voltaje y minimizan el ruido eléctrico. También simplifican el enrutamiento debido a los caminos de retorno continuos de las señales.
Las placas multicapa permiten la transferencia de señales entre capas a través de vias, facilitan el enrutamiento complejo y son capaces de mejorar el rendimiento. Además, el conocimiento del apilamiento de capas permite a los principiantes diseñar circuitos complejos que pueden aplicarse en aplicaciones del mundo real.
Paso 6: Enrutamiento y gestión de la ruta de la señal
El enrutamiento es el proceso de conectar las almohadillas de los componentes utilizando pistas de cobre. Antes de enrutar la PCB, el primer paso es colocar los componentes. Una colocación adecuada puede facilitar el enrutamiento y reducir las posibilidades de error. Una vez colocados los componentes, elija la herramienta de enrutamiento y comience a trazar las delgadas líneas que representan la conexión de los componentes.
El enrutamiento se puede realizar de la siguiente manera:
- En el menú superior, hay una opción para Ruta.
- Haz clic en Ruta o usa la tecla de atajo W para la configuración de ruta.
- También puedes usar el Enrutador Automático. Establece reglas antes de enrutar, haz clic en el Enrutador Automático y EasyEDA enrutará la PCB automáticamente.
Haga que las trazas sean cortas y rectas para minimizar la resistencia, así como la distorsión de la señal. Se deben usar curvas suaves en lugar de esquinas afiladas para garantizar la fabricabilidad. El tamaño de la traza depende de la funcionalidad y el requisito de corriente de la PCB. Para las conexiones de alimentación y tierra, use trazas más anchas.
En el enrutamiento de placas multicapa, se deben utilizar Vías para transferir conexiones entre capas. Las Vías se pueden usar para cambiar la señal de una capa a otra, lo que facilita el enrutamiento complejo sin superposición de trazas.
Añada planos de tierra a su PCB. Los planos de tierra son básicamente vertidos de cobre que proporcionan una señal continua con una ruta de retorno. Añada vertidos de cobre y conéctelos a tierra para mejorar el blindaje contra el ruido y la disipación de calor. Un plano de tierra puede reducir el ruido, aumentar la integridad de la señal y también aumentar la fuerza de la señal.
Paso 7: Aplicación de Reglas de Diseño y Verificación del Diseño
Antes de finalizar el diseño, las reglas de diseño deben configurarse según las especificaciones del fabricante. En las reglas de diseño, podemos establecer la holgura mínima y máxima, el ancho de las pistas, el diámetro de las vías y el tamaño del agujero, etc.
Una vez completado el circuito impreso, ejecuta la comprobación de reglas de diseño (DRC). La DRC mostrará todos los errores y advertencias, como redes sin conectar, cortocircuitos y problemas de separación. Corrige todos los errores y advertencias y vuelve a ejecutar la DRC.
El DRC se puede ejecutar de la siguiente manera:
- En el menú superior, hay una opción para Diseño.
- Haz clic en Diseño > Comprobar DRC.
Para garantizar la fabricabilidad y evitar errores de fabricación costosos, asegúrese siempre de cumplir con las reglas de diseño.
Paso 8: Mejorando la legibilidad con serigrafía y detalles mecánicos
Cada componente en la PCB debe tener un designador, y algunos componentes también tienen polaridad. Este texto se conoce como serigrafía. Las marcas de serigrafía proporcionan información importante para el ensamblaje y el mantenimiento. Agregue etiquetas de componentes y polaridad, nombres de conectores y una descripción de la placa.
Añada agujeros de montaje en la placa, que serán útiles al encajar la placa en una carcasa o ensamblaje. Para facilitar la depuración y la medición, también se pueden añadir puntos de prueba.
Asegúrese de que el texto serigráfico no toque las pistas de cobre ni las pastillas, ya que ambos pueden crear problemas de producción.
Paso 9: Revisión del diseño en 3D y preparación de los archivos de fabricación
Puedes inspeccionar tu PCB con la ayuda de una vista previa 3D antes de la fabricación. Esto se puede usar para verificar la orientación de los componentes, el espacio y el ajuste mecánico.
La vista en 3D de la placa de circuito impreso se puede consultar de la siguiente manera:
- En el menú superior, hay una opción de Ver.
- Haz clic en Ver > Vista previa 3D.
Ahora, el siguiente paso es generar los archivos Gerber, que contienen toda la información necesaria para la fabricación de placas de circuito impreso. EasyEDA facilita este proceso e incluso ofrece servicios directos de fabricación de placas de circuito impreso.
Exporte la lista de materiales y los archivos de colocación automática en caso de que el montaje vaya a automatizarse. Una vez fabricado el circuito, deben colocarse los componentes de soldadura y debe comprobarse el funcionamiento del circuito para verificar que funciona correctamente.
Flujo de trabajo de video completo
Consideraciones finales
Aunque el diseño de una placa de circuito impreso multicapa pueda parecer complicado al principio, resulta mucho más manejable con un flujo de trabajo bien estructurado. En este tutorial, hemos abordado el proceso completo: desde la creación del esquema y la verificación de las huellas hasta la colocación de los componentes, la planificación de la pila de capas, el trazado, la comprobación de las reglas de diseño y la preparación para la fabricación.
El diseño de placas de circuito impreso es una habilidad que se perfecciona con la práctica. Lo mejor es empezar con circuitos sencillos e ir avanzando poco a poco hacia sistemas más complejos. Con el tiempo, desarrollarás una comprensión intuitiva de las estrategias de colocación, la eficiencia del trazado y los aspectos clave que influyen en el rendimiento eléctrico.
En PCBCool, ofrecemos apoyo tanto a principiantes como a ingenieros profesionales mediante servicios de fabricación y montaje de placas de circuito impreso de alta calidad. Tanto si estás creando un prototipo de tu primer diseño como si te estás preparando para la producción en serie, nuestro equipo garantiza una fabricación precisa, una entrega rápida y resultados consistentes.
Empieza a diseñar hoy mismo con EasyEDA, y deja que PCBCool te ayude a convertir tus ideas en hardware real y funcional.
Preguntas frecuentes (PF)
No, Altium PCB Designer es de pago. Sin embargo, hay una prueba gratuita de 30 días disponible para nuevos usuarios.
Sí, Altium es ideal para diseños tanto simples como complejos, incluyendo PCBs multicapa y de alta frecuencia.
Abraash Vnest trabaja en proyectos electrónicos relacionados con la defensa, con un enfoque en el desarrollo de esquemas, la solución de problemas de circuitos, las pruebas y la documentación técnica. También desarrolla firmware STM32 e implementa protocolos de comunicación industrial como CAN.
