Pcbnew KiCad: Guía esencial para principiantes

PCBnew es una herramienta clave dentro del conjunto de aplicaciones de KiCad, una solución de diseño electrónica de código abierto que ha ganado popularidad en todo el mundo en la última década. KiCad permite a ingenieros, estudiantes y aficionados a diseñar circuitos electrónicos y placas de circuitos impresos (PCB) de manera eficiente y efectiva. En este artículo, exploraremos las capacidades de PCBnew en KiCad y cómo puede facilitar el flujo de trabajo en el diseño de PCB.

A lo largo del proceso de diseño electrónico, es fundamental contar con herramientas confiables y versátiles que faciliten el trabajo y reduzcan la posibilidad de errores. PCBnew cumple este propósito al ofrecer una amplia gama de características y funcionalidades que se adaptan tanto a proyectos sencillos como a complejos. Entre estas características se encuentran la compatibilidad con múltiples capas y la capacidad de importar esquemas eléctricos desde Eeschema, otra herramienta de KiCad, lo que permite un proceso de diseño más integrado.

Además, PCBnew ofrece opciones avanzadas como el enrutamiento interactivo y el enrutamiento automático, que ayudan a encontrar la mejor solución para diseñar conexiones entre diferentes componentes electrónicos. También cuenta con bibliotecas extensas y la opción de crear componentes personalizados para adaptarse a las necesidades específicas de cada diseño.

Pcbnew en KiCad

Características Principales

Pcbnew es una herramienta dentro del entorno de KiCad, destinada al diseño de placas de circuitos impresos (PCBs). Algunas de sus características principales son:

• Soporte para múltiples capas de diseño.
• Herramientas para colocación y enrutamiento manual y automático.
• Importación y exportación de múltiples formatos de archivo, como Gerber, DXF, STEP, etc.
• Bibliotecas de componentes y huellas integradas y actualizables.

Espacio de Trabajo

El espacio de trabajo en Pcbnew se compone de varios elementos, como:

• Área de diseño: donde se ubican y conectan los componentes de la placa.
• Paleta de herramientas: con opciones de selección, trazado, enrutamiento, entre otras.
• Paneles: que brindan acceso a capas, componentes y propiedades de la PCB.
• Inspector de propiedades: permite modificar y revisar las características de los elementos seleccionados.

Capas

En Pcbnew, las capas son de suma importancia para el diseño de la PCB, y se dividen en dos grupos principales:

1. Capas de señal: donde se trazan las pistas que conectan los componentes.

   • Capa superior: generalmente destinada a las conexiones de alimentación y señales de alta velocidad.
   • Capa inferior: para las conexiones de tierra y señales de menor prioridad.

2. Capas mecánicas y de soporte:

   • Capa de serigrafía: contiene la información gráfica, como nombres, valores y símbolos de componentes.
   • Capa de máscara de soldadura: define las áreas donde se aplicará el material de soldadura en la PCB.
   • Capas de documento: para anotaciones, dimensiones y detalles constructivos.

Creación de PCB

Importar Archivos Netlist

Para empezar a crear un PCB en KiCad, lo primero que debes hacer es importar los archivos netlist generados a partir del esquemático. Estos archivos contienen información sobre la conexión de componentes. Para importarlos, sigue estos pasos:

1. Abre pcbnew.
2. Ve a Archivo > Importar > Netlist.
3. Selecciona el archivo netlist generado y haz clic en Abrir.

Luego de importar el netlist, los componentes estarán listos para ser organizados en el área de trabajo.

Colocación de Componentes

La colocación de componentes en el PCB es crucial para establecer una disposición clara y eficiente. Considera lo siguiente al colocar los componentes:

• Mantén los componentes relacionados cerca uno del otro.
• Utiliza la herramienta de alineación para mantener los componentes alineados.
• Asegúrate de que haya espacio suficiente entre los componentes para rutas y anotaciones.
• Al agrupar componentes, no olvides considerar la dirección del flujo de señal.

Una vez que hayas colocado todos los componentes, es hora de conectarlos.

Conectividad

Después de colocar los componentes en el PCB, procede a crear las conexiones:

1. Selecciona la herramienta Agregar Pista y Vías que se encuentra en la barra de herramientas.
2. Haz clic en un punto inicial (terminal de componente) y haz clic en otro punto terminal para completar la conexión.
3. Asegúrate de seguir las reglas de diseño para el ancho de pistas, el espacio y las vías.

Recuerda revisar y optimizar las conexiones para evitar el cruce innecesario de pistas y facilitar el proceso de fabricación del PCB. También puedes utilizar planos de masa y otras técnicas según sea necesario para mejorar la calidad del diseño.

Al completar todos estos pasos, tendrás un diseño de PCB creado en KiCad listo para su fabricación.

Herramientas de Diseño

Dibujo de Rutas y Pistas

KiCad es un programa para el diseño de circuitos electrónicos que presenta varias herramientas para la creación de rutas y pistas en PCBs (Printed Circuit Boards). Primero, es necesario importar el esquemático de circuito principal al software. A continuación se inicia la conexión entre los componentes mediante pistas y rutas.

Algunos consejos para asignar rutas y pistas son:

• Utilizar trazos de ancho adecuado.
• Evitar cruces y esquinas de 90 grados siempre que sea posible.
• Considerar la utilización de planos de masa y alimentación para simplificar el enrutamiento.

Generación de Planos de Cobre

Los planos de cobre son áreas rellenas de cobre que ayudan a la distribución de corriente y reducen la interferencia electromagnética en los circuitos. Para generar los planos de cobre en KiCad, se siguen los siguientes pasos:

1. Seleccionar la capa de PCB en la que se desea colocar el plano.
2. Iniciar la herramienta “Agregar plano”.
3. Definir el área en la que se desea colocar el plano de cobre.
4. Configurar los parámetros del plano de cobre.

Algunas recomendaciones para trabajar con planos de cobre son:

• Usar planos de cobre en diferentes capas para facilitar el enrutamiento.
• Mantener un margen entre trazos y planos de cobre para reducir interferencias.
• Establecer una referencia al plano de tierra y al plano de alimentación cuando sea necesario.

En resumen, las herramientas de diseño en KiCad, como el dibujo de rutas y pistas y la generación de planos de cobre, facilitan el proceso de diseño y optimización de PCBs. Es importante seguir las buenas prácticas y recomendaciones para lograr un resultado final de calidad en los proyectos.

Comprobación de Reglas de Diseño

DRC

DRC (Reglas de control de diseño) es una herramienta fundamental en KiCad Pcbnew para garantizar que los diseños cumplan con los requisitos técnicos necesarios. Para comprobar las reglas de diseño:

1. Abrir el proyecto en Pcbnew.
2. Hacer clic en el icono de “Reglas de Diseño” en la barra de herramientas.
3. Seleccionar “Ejecutar DRC” en la ventana emergente.

La herramienta DRC analiza aspectos como:

• Espaciado mínimo entre pistas y componentes.
• Ancho mínimo de las pistas.
• Via y tamaño de los agujeros.

Si se encuentran errores, estos se mostrarán en una lista y se resaltarán en el diseño.

ERC

ERC (Comprobación de reglas eléctricas) es otra característica importante en KiCad que ayuda a verificar la integridad y consistencia de un diseño de circuito. Para ejecutar ERC en el Esquemático usando Eeschema:

1. Abrir el diseño esquemático en Eeschema.
2. Hacer clic en el icono “Comprobación de reglas eléctricas”.
3. Seleccionar “Iniciar” en la ventana emergente.

ERC se encarga de revisar, entre otros aspectos:

• Conexiones faltantes o incorrectas.
• Componentes mal conectados.
• Valores de componentes fuera de rango.

Al igual que con DRC, los errores detectados aparecerán en una lista y se resaltarán en el esquemático.

Siguiendo estos pasos y utilizando las herramientas DRC y ERC en KiCad, se puede asegurar un diseño robusto y sin errores, lo que garantiza la calidad del producto final.

Exportar y Fabricación

Generación de Capas y Archivos Gerber

El diseño del PCB en KiCad se realiza mediante la herramienta Pcbnew. Una vez completado, es necesario exportar las capas y archivos Gerber para la fabricación del PCB. A continuación, se encuentran los pasos para hacerlo:

1. Abrir el diseño de PCB en Pcbnew.
2. Ir al menú “Archivo” y seleccionar “Trazar”.
3. En la ventana emergente, seleccionar las capas necesarias y la carpeta de destino para guardar los archivos Gerber.
4. Hacer clic en “Trazar” para generar los archivos correspondientes en la carpeta seleccionada.
5. Guardar el proyecto y cerrar Pcbnew.

Pedidos y Producción de PCB

La producción del PCB puede ser solicitada a un fabricante, quien requerirá los archivos Gerber generados previamente. Asimismo, es importante considerar los siguientes aspectos a la hora de realizar el pedido:

• Especificaciones del PCB: Es necesario proporcionar detalles como el grosor del material, número de capas, tipo de superficie, espacio entre las pistas, etc., para obtener el producto deseado.
• Cantidad: Dependiendo de la cantidad de PCBs, los fabricantes suelen ofrecer descuentos, y el plazo de producción puede variar.
• Tiempo de entrega: Los tiempos de entrega varían según la ubicación del fabricante y el servicio de envío elegido.
• Costos: La cotización del fabricante debe ser revisada cuidadosamente para que coincida con las especificaciones y cantidades solicitadas.

Para facilitar el proceso, algunos fabricadores aceptan importar archivos de diseño en KiCad directamente. Esto debe ser comprobado con el fabricante antes de realizar el pedido. Finalmente, el seguimiento constante durante la producción y el control de calidad al recibir los PCBs es crucial para garantizar que se cumplan los requisitos especificados.