Software Diseño PCB: Claves para Elegir la Herramienta Ideal

El diseño de PCB (Printed Circuit Board) o circuitos impresos es una parte esencial dentro del mundo de la electrónica, ya que estos componentes son la base para el funcionamiento de cualquier dispositivo electrónico. La tecnología para el diseño y fabricación de las PCBs ha evolucionado significativamente a lo largo de los años, proporcionando más opciones y facilidades para quienes buscan diseñar y crear dispositivos electrónicos. En este artículo, abordaremos las principales características y tendencias en el diseño de software PCB en la actualidad.

Uno de los principales desafíos en el diseño de circuitos impresos es lograr optimizar la disposición de las pistas y componentes para lograr un espacio reducido, a la vez que se garantiza buena comunicación de señales y se disminuye el riesgo de interferencia y ruido. Para esto, se han desarrollado diversos software de diseño PCB que facilitan esta tarea y permiten a los diseñadores llevar sus ideas a la realidad de una manera eficiente. Estos programas ofrecen al usuario una amplia gama de herramientas que le ayudan en el proceso de diseño, como la selección de componentes, la creación de esquemas y el diseño de la ruta de las pistas.

Una tendencia que ha ido ganando importancia en el ámbito de diseño de PCB es la automatización en el enrutamiento de pistas, en la cual el software utiliza algoritmos para encontrar la mejor disposición posible de las señales y facilitar el proceso de diseño. Además, actualmente existen programas que incluyen simulación de circuitos, lo que permite verificar el funcionamiento del diseño antes de realizar la fabricación de la PCB, y de esta manera, se minimiza el riesgo de errores y se garantiza un producto de calidad.

Principales Herramientas de Diseño PCB

El diseño de circuitos impresos (PCB) es una tarea fundamental en la creación de productos electrónicos. A continuación, se presentan las principales herramientas de diseño PCB, divididas en dos subsecciones: software de diseño de esquemáticos y software de diseño de PCB.

Software de Diseño de Esquemáticos

Los programas de diseño de esquemáticos permiten elaborar representaciones gráficas de circuitos electrónicos, facilitando la visualización y el análisis de los mismos. Algunas de las herramientas más utilizadas son:

• KiCad: es un software de código abierto y gratuito que permite diseñar esquemáticos y circuitos impresos. Es fácilmente personalizable y cuenta con una gran comunidad de usuarios.

• Eagle: es un software desarrollado por Autodesk que ofrece opciones tanto gratuitas como de pago. Eagle es conocido por su facilidad de uso y su amplia biblioteca de componentes.

• OrCAD: es desarrollado por Cadence y es un software profesional de diseño electrónico. OrCAD es bastante completo e incluye herramientas para la captura de esquemáticos, diseño de PCB y simulación.

Software de Diseño de PCB

Una vez elaborado el esquemático, se procede al diseño de la placa de circuito impreso utilizando programas específicos. Aquí hay algunas opciones populares:

• Altium Designer: es uno de los software más avanzados y completos para el diseño de PCB. Incluye herramientas para la captura de esquemáticos, diseño de PCB, simulación y control de versiones.

• DipTrace: este software es popular por su simplicidad y facilidad de uso. Proporciona una interfaz intuitiva para el diseño de placas de circuito impreso, permitiendo manipular y visualizar fácilmente las capas y los componentes.

• CircuitStudio: se trata de un programa desarrollado por la misma compañía que crea Altium Designer, ofreciendo un conjunto de características muy similar pero a un costo más bajo. CircuitStudio es una buena opción para proyectos más pequeños o para usuarios con un presupuesto limitado.

Cada uno de estos programas tiene sus ventajas y desventajas, por lo que se recomienda investigar y probar varias opciones antes de decidir cuál se ajusta mejor a las necesidades específicas del proyecto y del diseñador.

Características Importantes en el Software de Diseño PCB

Capacidad de Diseño Multicapa

El software de diseño PCB debe contar con la capacidad de trabajar con múltiples capas, lo que permite a los diseñadores optimizar el espacio en sus tarjetas y Mejorar el rendimiento. El uso de capas de señal, potencia y tierra permiten una distribución eficiente y compacta de los componentes y pistas en la PCB.

Bibliotecas de Componentes y Simbología

Es fundamental que el software de diseño PCB cuente con una amplia biblioteca de componentes y símbolos, para facilitar el diseño y reducir el tiempo de desarrollo. Además, siendo extensible y actualizable, permite a los usuarios agregar y modificar los componentes según sus necesidades, manteniendo así una colección actualizada y personalizada.

Control de Design Rules Check (DRC)

Un software de diseño PCB debe incluir una función de verificación de reglas de diseño (DRC) para asegurar que el diseño cumple con las especificaciones y estándares establecidos. La herramienta debe detectar errores como cruces de pistas, cortocircuitos, áreas sin conexión y componentes sobrepuestos, entre otros. Al poder realizar esta revisión automáticamente, se minimizan los errores y se agiliza el proceso.

• Verificación de reglas eléctricas
• Verificación de reglas mecánicas
• Detección de errores de diseño

Herramientas de Autorouting y Asistente de Enrutamiento Manual

El software de diseño PCB debe ofrecer herramientas de autorouting, que faciliten el enrutamiento de las pistas de forma automática y optimizada. A su vez, también debe brindar asistencia durante el enrutamiento manual, permitiendo al diseñador controlar aspectos como la longitud y curvatura de las pistas para satisfacer las necesidades específicas del proyecto.

Visualización 3D de las PCBs

Una función muy útil en el software de diseño PCB es la capacidad de visualizar el diseño final en 3D. Esta vista permite a los diseñadores verificar la colocación y disposición de los componentes, así como el enrutamiento de las pistas, lo que facilita la detección de errores y mejora la calidad del diseño. Además, la visualización 3D puede ser aprovechada para generar imágenes y material de presentación del proyecto.

Proceso de Diseño de PCB Utilizando Software

Creación del Esquemático

Para comenzar el proceso de diseño de PCB utilizando software, lo primero que se debe realizar es la creación del esquemático. Un esquemático es un diagrama que representa la conexión de los componentes electrónicos en un circuito. El software permite:

• Agregar y editar símbolos de componentes
• Conectar los componentes mediante líneas (llamadas “redes”)
• Añadir etiquetas a componentes y redes

Asignación de Huellas de Componentes

Una vez completado el esquemático, se debe asignar una huella a cada componente. La huella es la representación física del componente en la PCB, incluyendo:

• Dimensiones del componente
• Posiciones y tamaños de los pads
• Características mecánicas (taladros, ranuras, etc.)

El software de diseño de PCB cuenta con bibliotecas de huellas predefinidas y permite crear huellas personalizadas según las especificaciones del fabricante.

Enrutamiento de Pistas

El siguiente paso es enrutamiento de pistas, que consiste en trazar rutas eléctricamente conductoras entre los componentes del circuito. Esto se realiza según las conexiones presentadas en el esquemático. El software de diseño de PCB ofrece opciones tanto para enrutamiento manual como automático:

• Enrutamiento manual: el diseñador selecciona y traza las rutas de forma individual
• Enrutamiento automático: el software calcula las rutas óptimas según parámetros específicos

Verificación de Reglas de Diseño

Antes de finalizar el diseño, es fundamental verificar las reglas de diseño (DRC, por sus siglas en inglés) implementadas durante la creación de la PCB. Estas reglas incluyen:

• Espacios mínimos entre pistas y componentes
• Anchura mínima de las pistas
• Limitaciones de voltaje y corriente

El software de diseño de PCB permite verificar automáticamente las reglas de diseño y señala las áreas donde se incumplen para que puedan ser corregidas antes de avanzar a la fase de fabricación.

Exportación de Archivos para Fabricación

Finalmente, una vez que el diseño cumple con todas las reglas de diseño y está optimizado, es necesario exportar los archivos para la fabricación de la PCB. Los archivos comúnmente requeridos incluyen:

• Gerber: información de capas de cobre, máscaras de soldadura y serigrafía
• Excellon: información de agujeros taladrados y ranuras
• IPC-356: información de red eléctrica y lista de conectividad

Una vez exportados los archivos, se pueden enviar al fabricante para la producción de la PCB.

Comparativa de Programas de Software Diseño PCB

Eagle

Eagle es un software de diseño de PCB ampliamente utilizado en la industria y en la academia. Es conocido por su facilidad de uso y su amplia biblioteca de componentes. Entre sus ventajas se encuentran:

• Interfaz intuitiva
• Gran cantidad de recursos y tutoriales en línea
• Disponibilidad de una versión gratuita para proyectos no comerciales

Sin embargo, algunas limitaciones de Eagle son:

• La versión gratuita tiene restricciones en cuanto a tamaño de placa y número de capas

Altium Designer

Altium Designer es un software de diseño de PCB profesional con una gran cantidad de características y capacidades avanzadas. Algunas de sus ventajas incluyen:

• Potente motor de diseño que permite trabajar con proyectos grandes y complejos
• Integración con las herramientas de diseño esquemático
• Amplia compatibilidad con formatos de archivo de terceros

Por otro lado, la mayor desventaja de Altium Designer es su alto costo, lo que puede ser un obstáculo para pequeñas empresas y usuarios individuales.

KiCad

KiCad es un software de diseño de PCB de código abierto que se ha vuelto popular entre los entusiastas del hardware y los profesionales por igual. Sus ventajas incluyen:

• Código abierto y gratuito
• Comunidad activa que aporta mejoras y soporte
• Capacidad para crear bibliotecas personalizadas de componentes

Aunque KiCad es potente y completo, puede tener una curva de aprendizaje más pronunciada que otros programas.

OrCAD

OrCAD es otro software de diseño de PCB profesional utilizado en la industria. Al igual que Altium Designer, ofrece una amplia gama de funcionalidades avanzadas. Sus ventajas son:

• Integración con otras herramientas de diseño de Cadence
• Soporte de simulación de circuitos a través de PSpice
• Escalable según las necesidades del proyecto

OrCAD también presenta un costo considerable, aunque ofrece opciones de licencia más flexibles que Altium Designer.

Consideraciones Finales y Recomendaciones

Al diseñar un PCB, es fundamental tener en cuenta ciertos aspectos para garantizar un proceso exitoso y eficiente:

• Selección de componentes: Es necesario investigar y seleccionar componentes que satisfagan los requisitos del proyecto tanto en rendimiento como en costo. Esto facilitará el proceso de diseño del PCB.

• Restricciones de fabricación: Consulta las especificaciones del fabricante para conocer las tolerancias y limitaciones en cuanto a tamaño, grosor de la placa y separación entre componentes. Esto te permitirá diseñar un PCB que cumpla con los estándares de calidad y evita problemas en la fabricación.

• Diseño del esquemático: Utiliza un software adecuado y crea un esquemático limpio y fácil de entender. Asegúrate de incluir información como valores de componentes, conexiones y notas relevantes.

• Enrutamiento de pistas: Intenta utilizar el menor número de capas y trazas posibles. Esto simplifica el proceso de fabricación y reduce los costos. Mantén las trazas lo más cortas posible y evita intersecciones innecesarias o bucles.

Algunas recomendaciones generales para garantizar un diseño de PCB exitoso incluyen:

1. Utilizar reglas de diseño específicas del fabricante de PCB.
2. Verificar la conectividad y el enrutamiento de las señales en el diseño.
3. Analizar el rendimiento térmico y eléctrico del diseño mediante simulaciones.
4. Conocer y aplicar las normas de compatibilidad electromagnética (EMC).
5. Realizar análisis de integridad de señales para evitar problemas de funcionamiento.

Además, es importante tener en cuenta ciertos factores externos al diseñador que pueden afectar el proceso:

• Tiempo de entrega: Ten en cuenta los plazos de producción y entrega al elegir un fabricante de PCB. Asegúrate de que estos tiempos se ajusten a los requerimientos de tu proyecto.

• Costo total: Evalúa el costo de los componentes, el software de diseño, la fabricación, y el ensamblaje del PCB. Con un presupuesto claro, obtendrás un diseño viable y rentable.

Siguiendo estas sugerencias y consideraciones, lograrás un diseño de PCB eficiente y exitoso, evitando errores costosos y mejorando la calidad del producto final.