MARZO 2013

Software para el diseño y fabricación de circuitos impresos PCBLos programas EDA (Electronic Design Automation) son un conjunto de herramientas de software dedicadas al

diseño de sistemas electrónicos como circuitos impresos (PCB, por sus siglas en inglés) y circuitos integrados (CI). Las herramientas orientadas a la creación de PCBs facilitan el diseño de diagramas eléctricos, la distribución e interconexión de sus componentes, la simulación, la detección de errores, la implementación y la posterior fabricación.

La metodología a seguir en la fabricación de PCBs es:

1. Captura del diseño esquemático2. Simulación (pocos programas EDA incluyen esta etapa )3. Diseño del circuito impreso (conforme al diseño esquemático)4. Fabricación

La captura del diagrama esquemático es el primer paso en el ciclo de la automatización del diseño electrónico (EDA). Éste representa los componentes del circuito por medio de símbolos interconectados entre sí, lo que facilita la interpretación y comprensión de la función o funciones que realizará el circuito. Además, es recomendable que en este proceso se agregue la información detallada sobre los componentes y conexiones, es decir, el tipo de empaquetado, el valor, el nombre y características intrínsecas del elemento; subdividir, cuando sea posible, el diagrama en bloques dedicados a la realización de una función específica, lo ayudará a comprender mejor todo el sistema.

La etapa de simulación consiste en colocar valores de entrada al circuito, como pueden ser: fuentes de tensión, fuentes de corriente, señales lógicas, analógicas, etc., y verificar que proporcione las mediciones esperadas.

Una vez comprobada y aceptada la respuesta del circuito, se procede a generar el diagrama del circuito impreso; éste proporciona información sobre cómo quedarán distribuidos todos los componentes físicamente de acuerdo al diagrama esquemático. Esta etapa es sumamente importante ya que aquí se definen dimensiones máximas del impreso, la geometría y el ancho de las pistas, en resumen, cómo se verá físicamente el PCB.

El proceso de fabricación posee una gran cantidad de variantes, puede llevarse a cabo con técnicas caseras hasta procesos profesionales, pero por ahora sólo pretendemos describir la parte del diseño.

SOFTWARE VERSIÓN SO SIMULACIÓNVISTA

3DVERSIÓN

FREE

ARCHIVOS GERBER

CALIDAD WEB DEL PRODUCTO

Livewire/ PCB

Wizard

1.3/3.70

Windows BAJAhttp://www.new-wave-

concepts.com/products.html

KiCad 2011Windows,

Linux, MAC

MEDIAhttp://www.kicad-pcb.org/

display/KICAD/KiCad+EDA+Software+Suite

Diptrace 2.3 Windows * BUENA http://www.diptrace.com/index.php?en=1

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Eagle 6.4Windows,

Linux, MAC

* *

BUENA http://www.cadsoftusa.com/

Proteus 8 DEMO

Windows EXCELENTEhttp://www.labcenter.com/

index.cfm

OrCad 16.6 Windows MUY BUENA

http://www.cadence.com/products/pcb/Pages/default.aspx

Altium 13.0 Windows EXCELENTE http://www.altium.com/

*Sólo con aplicaciones externas

Probablemente se preguntarán, porqué si todas las aplicaciones contienen todas las herramientas, ¿qué hace mejor una de las demás?, pues en la siguiente tabla de Ventajas y Desventajas comprenderán el porqué.

SOFTWARE Ventajas Desventajas

Livewire/ PCB

Wizard

Interfaz muy amigable Gran cantidad de ejemplos Tutoriales muy bien explicados Simulación interactiva Buena opción, sólo para iniciarse en este

campo

Librerías muy limitadas A pesar de contar con posicionamiento de

componentes y ruteado automático, es muy ineficaz

Simulación y visualización 3D de baja calidad

KiCad

Funciona en las tres plataformas (Windows, Linux, Mac)

Open Source Permite la creación de diagramas con hasta

16 capas Bitmap2Component: crea un componente

esquemático o capa a partir de una imagen bmp.

PcbCalculator: Herramienta para calcular anchos de pistas dependiendo de la corriente, reguladores, líneas de transmisión, etc.

Interfaz muy básica, puede resultar tedioso encontrar alguna función en especifico

La transformación de esquemático a PCB es compleja

Diptrace Gran calidad en sus diagramas Auto-ruteo y auto-posicionamiento de

componentes Calidad del Visor 3D aceptable Sencillo editor de componentes y librerías Tutoriales de uso paso a paso Capacidad de exportar los diseños y librerías

a otras herramientas EDA Versión libre que cubre los requisitos de un

diseñador de nivel medio

La interfaz luce un poco anticuada La distribución de los botones no es muy

agradable La simulación no es propia del programa,

necesita software externo para lograrlo, lo que conlleva mucho tiempo para conseguirla.

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Excelente relación calidad/precio además de descuentos especiales para las versiones profesionales

Eagle

Otra herramienta cuya relación calidad/precio son muy aceptables

Interfaz ordenada Cuenta con una cantidad enorme de librerías Muy utilizado en el mundo, por lo que los

usuarios contribuyen con la creación de diagramas y librerías muy frecuentemente

La versión free cumple con los requisitos básicos del diseñador, por lo que no es tan necesario conseguir las versiones profesionales

Sencillo editor de componentes y librerías Actualizaciones frecuentes

Las desventajas más grandes encontradas en éste software son:

La simulación se logra por medio de LTspice IV, es decir, con un programa ajeno a Eagle lo que dificulta este proceso

La visualización 3D también se lleva a cabo por medio de paquetes de software externos, además de que no es un proceso automático sino que hay que llevar a cabo varios pasos manualmente para poder conseguir una visualización de calidad

Debido a esto, casi siempre resulta muy complicado hacer coincidir las librerías de ambos programas para que se lleve a cabo la tarea, lo que aumenta el tiempo de realización.

Proteus Grandes mejoras respecto a sus versiones anteriores

Simulación avanzada que soporta incluso la simulación de microcontroladores

Enorme cantidad de librerías, empaquetados, etc.

Sencilla personalización para mejorar la calidad de los diagramas

Visualización 3D muy realista Tutoriales muy bien explicados La simulación y visualización 3D forman parte

del paquete, haciendo que estas etapas sean más fáciles de llevar a cabo

Nueva interfaz que integra, además de las funciones ya conocidas, el ambiente de programación para los microcontroladores soportados en un mismo proyecto, con una sencilla guía sobre los compiladores disponibles y sus respectivas páginas de descarga; ahora es más sencillo diseñar nuestro esquemático que incluya un micocontrolador de Microchip y en la pestaña de a lado escribir y ensamblar/compilar nuestro código para simularlo

integra un visor de eventos que muestra el estado actual de la simulación, con lo que podemos vigilar las acciones que está

Por ahora es la versión DEMO Tal vez resulte un poco complicado al inicio

crear el diagrama PCB, pero sólo es cuestión de tiempo para adaptarse a las configuraciones y listo

NO se pueden guardar los diagramas en la versión DEMO

Las versiones anteriores no cuentan con la visualización 3D

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llevando a cabo el micro como las interrupciones, pausas, etc., y ver el mapa de memoria en todo momento

Las versiones anteriores también cuentan con simulación de microcontroladores, pero no integra la capacidad de añadir el código fuente en el mismo proyecto, ambas acciones se realizan por separado.

Acá les dejo el link de los videos de lo nuevo en PROTEUS 8http://www.labcenter.com/support/video/demo-movies.cfm?videoType=pcb&tab=0

OrCad

Modelado y simulación de alta tecnología Interfaz muy bien organizada Ideal para proyectos que requieren una gran

precisión PSpice A/D y análisis avanzado de señales

analógicas o mixtas Nivel profesional Provee una versión DEMO

Gran tamaño y consumo de recursos Su precio es elevado

Altium

Tal vez la herramienta EDA más completa del mercado

Contiene paquetes de diseño CAD, PCB, FPGA, diseño lógico, etc.

Incluye mejoras en las etapas de diseño esquemático y de PCB para facilitar la creación.

Personalización avanzada de objetos, componentes y librerías

Soporte de hipervínculos en los diagramas esquemáticos

Creación de documentos PDF inteligentes Soporte de componentes capacitivos mTouch

de Microchip Ambiente de desarrollo robusto para proveer

de todas las herramientas posibles al diseñador

Simulación precisa de señales analógicas y digitales

Precio de la licencia US$7,245 Programa muy robusto que podría resultar

muy sobrado para quienes desean diseñar PCBs de mediana calidad

Ahora nos enfocaremos en las herramientas de versión libre y que además ofrecen buena calidad de diseño, como son: Eagle y Diptrace.

Para hacerlo nos planteamos diseñar una fuente de 5V en ambos programas y evaluarlos en iguales condiciones. Pero antes es necesario informar sobre las limitaciones de estas versiones:

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EAGLE LIGHT EDITION:

Área de trabajo limitada a 100 x80 mm. Sólo dos capas (TOP y BUTTON) Sólo se puede crear una página en el editor de esquemáticos El soporte sólo está disponible a través de e-mail o en el foro de discusión de la página, no hay soporte por

teléfono o fax Su uso está orientado a aplicaciones sin fines de lucro o propósitos de evaluación.

DIPTRACE NON-PROFIT LITE LICENSE:

Limitado a diseños de 500 pines Sólo dos capas (TOP y BUTTON)

Comenzamos…

1. GESTOR DE PROYECTOS

EAGLE 6.4.0 DIPTRACE 2.3.0.4 NON-PROFIT LITE Sí, mediante un árbol de directorios podemos

crear carpetas y/o proyectos de forma rápida y sencilla.

No, sólo nos aparece un menú para seleccionar qué tipo de diseño haremos (esquemático, PCB Layout, Editor de componentes y editor de modelos).

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2. INTERFAZ DE LA APLICACIÓN PARA LA CAPTURA DEL DIAGRAMA ESQUEMÁTICO

EAGLE 6.4.0 DIPTRACE 2.3.0.4 NON-PROFIT LITE Interfaz muy limpia, pero con todo lo necesario

para trabajar. Paleta de herramientas muy clara y precisa. El selector de componentes es muy claro; se abre

en una ventana nueva lo que facilita la visualización del componente y pre visualización del empaquetado, además de contar con especificaciones completas de los componentes

Tiene más botones en la interfaz principal, algunos que no son tan necesarios y que sólo ocupan espacio.

El método para seleccionar los componentes es muy complicado, es difícil encontrar un componente en específico y caree de librerías importantes como las “Borneras”, “Pines macho/hembra” y algunas otras, esto es una gran desventaja frente a Eagle.

3. BIBLIOTECAS

EAGLE 6.4.0 DIPTRACE 2.3.0.4 NON-PROFIT LITE Muy completa, y ésta versión incluye un nuevo

paquete de componente con parámetros para Pspice.

Podría decirse que es extensa al tener componentes de una gran cantidad de fabricantes, pero le faltan algunos componentes básicos y su búsqueda es muy complicada.

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4. DIAGRAMA ESQUEMÁTICO

EAGLE 6.4.0 DIPTRACE 2.3.0.4 NON-PROFIT LITE

5. PCB LAYOUT

EAGLE 6.4.0 DIPTRACE 2.3.0.4 NON-PROFIT LITE Con un solo botón nos importa el esquemático a la

aplicación para diseñar el PCB. Aquí colocamos manualmente los componentes y

con la opción RATSNETS actualizamos las líneas de enlace para hacer más clara la visión de las conexiones, función que no encontré en DipTrace.

Ofrece la opción de Auto-ruteado pero sinceramente no son muy eficaces.

Ejecutamos PCB Layout y estando aquí abrimos el esquemático con extensión *.dch y nos importará los componentes con sus respectivas conexiones entre sí.

Ofrece la opción de Auto-Posicionamiento aunque no es muy eficaz.

También ofrece la opción de Auto-Ruteado pero aquí tarde mucho tiempo configurando en qué capas quería mi ruteado, así que recomiendo optar por ruteado manual, porque el automático me ruteaba siempre en ambas.

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Yo recomiendo usar la opción Auto-Ruteado al principio, y una vez que termine tomar decisiones de cómo podrían quedar mejor distribuidos los componentes, des-rutear, hacer los cambios de posición pertinentes y rutear manualmente, siempre comenzando por las conexiones más cortas hasta las más largas. En caso de que nuestro diseño sea muy complejo, el uso de doble capa es lo más recomendable para evitar colocar puentes cuando se hace en una sola (generalmente en la BOTTOM).

Establecer el ancho de las pistas (no el grosor, el grosor es el mismo para todas las pistas pues es el grosor de la capa de cobre) es un paso MUY IMPORTANTE. Para calcular el ancho de una determinada pista necesitamos conocer tres datos:

La corriente máxima que puede circular por la pista El incremento máximo permitido de temperatura que puede soportar esa pista El grosor de la pista.

Pero por ahora no trataré más de esa teoría ya que en la web se puede encontrar bastante información.

Evitar colocar pistas a 90° o menos, ya que los ángulos menores provocan el fenómeno llamado “Efecto de puntas” que provocan arcos de voltaje entre las pistas y un funcionamiento anormal del circuito.

6. POLÍGONOS

Una vez terminados los pasos anteriores, una opción recomendable es agregar polígonos a nuestro diseño, ya sea que formen parte de una señal –generalmente GND-, o que sencillamente cubran las áreas no utilizadas del circuito. Esto ayudará a reducir el tiempo de fabricación ya sea por métodos caseros o profesionales, sea cual sea el caso.

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EAGLE 6.4.0 DIPTRACE 2.3.0.4 NON-PROFIT LITE

*En ambos programas los polígonos los asocié con la señal de GND.

Cabe señalar que ambos poseen opciones para mostrar/ocultar las capas que uno desee, esto para facilitar las vistas, pero más que nada para la hora de imprimir, ya que en este proceso se debe hacer por separado; bueno era algo obvio pero merecía ser mencionado.

7. PCB CON VISUALIZACIÓN 3D

Quizá una de las etapas más esperadas, PERO, (siempre debe haber un pero) nos han quedado mla ambos programas en este proceso…

EAGLE 6.4.0 DIPTRACE 2.3.0.4 NON-PROFIT LITE

Para empezar, la visualización 3D se lleva a cabo mediante una serie de pasos complicados; desde que tenemos que descargar dos programas extras y un paquete de archivos en formato zip; instalarlos, copiar archivos de un directorio a otro, cambiar configuraciones, etc., (todos los pasos vienen en la página del fabricante http://www.cadsoftusa.com/services/3d-visualization/?language=en ).

Si ya se animaron a seguir todos estos pasos, pues les tengo otro inconveniente, a la hora de visualizar el circuito en 3D veremos que casi nunca, o nunca, coloca todos los componentes, esto se debe a que no siempre coinciden los nombres de las librerías

La visualización 3D en este programa es mejor que en Eagle, ya que no se necesitan de programas externos para ejecutar las operaciones, entonces, ¿cuál es el inconveniente?, pues que a falta de librerías también veremos que a algunos de nuestros diseños les harán falta componentes a la hora de visualizarlo en 3D; ¿qué es lo peor?, que aquí podremos pasarnos buscando la librería 3D que se adecue al componente faltante y de plano no encontrarla, fue algo que me pasó al estar buscando las BORNERAS donde van conectados los cables de entrada y salida de tensión eléctrica.

Pero podríamos decir que no cumple pero satisface.

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de Eagle con los modelos la librería 3D. Esto tiene solución, sólo hay que buscar cuál sería la librería que necesitamos y cambiarla manualmente, pero es un proceso muy tedioso que conlleva mucho tiempo de dedicación.

A continuación las imágenes que nos generó con Eagle:

Como se puede observar la calidad es muy baja, además de que sólo identificó 3 componentes de los 9 que son en total; ni siquiera pudo mostrar las pistas.

A continuación las imágenes que nos generó con DipTrace:

Aquí se nota una gran diferencia, tanto en la calidad del renderizado como en la cantidad de elementos mostrados, sólo faltaron dos componentes, (la misma librería).

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CONCLUSIONES

Después de un largo y meticuloso análisis de las herramientas mencionadas, puedo concluir que en base a mis necesidades y mis alcances actuales, EAGLE Light Edition seguirá siendo mi herramienta favorita para la creación de circuitos impresos, pero eso podría cambiar totalmente con la versión final de PROTEUS 8 ya que como vimos en su versión DEMO, integra todas las etapas con una calidad aceptable ajustándose a las necesidades del diseñador, pero, ¿por qué elegí EAGLE frente a DipTrace?, porque sencillamente posee una cantidad mayor de librerías, es más utilizado en el mundo, por lo que las actualizaciones, tanto del fabricante como de los usuarios son constantes, razón suficiente para evitarme el proceso de edición de componentes o librerías extras. Ninguno cuenta con una etapa de simulación aceptable así que queda descartado en ambos, ese proceso prefiero seguir haciéndolo en PROTEUS o Multisim, que no lo mencioné en este artículo pero cuenta con una gran herramienta de simulación. La única ventaja que va muy por encima de EAGLE por parte de DipTrace es la visualización 3D, pero siendo sinceros es sólo cuestión de estética aunque hacer ver más profesionales los proyectos, pero prefiero la calidad del PCB que brinda EAGLE y su facilidad de uso.

En cuanto a las herramientas de mayor potencia como OrCAD o Altium puedo decir que son herramientas altamente profesionales y si tienen la posibilidad de utilizarlos, aprovéchenlo, porque puede abrirles mejores oportunidades en la industria, la desventaja para uno como estudiante o hobbista es el precio.

Por el momento es todo de mi parte, saludos.

ERRC