presentacion

Autores Autores::

Á ngel Bueno Mart ín & Ana Gorro ño Ángel Bueno Martí Martín Ana I.I. de de Soto Soto Gorroñ Gorroño

GENERALIDADES SOBRE EL DISEÑO ELECTR ÓNICO POR ORDENADOR

Desarrollo y construcción de prototipos electrónicos

2

GENERALIDADES SOBRE EL DISEÑO ELECTR ÓNICO POR ORDENADOR


2

INTRODUCCIÓN


3

OrCAD V 9.x-10.x OrCAD CAPTURE (Librerías de símbolos)

PLD?

NO

SI

OrCAD EXPRESS (Verificación, Simulación digital, Diseño con PLD´s, CPLD´s y FPGA´s).

SI

Simulación?

NO

OrCAD PSpice (Modelos de simulación)

OrCAD LAYOUT Visual CADD o IntelliCAD

(Librerías de encapsulados)

SmartRoute Trazador inteligente

GerbTool

Editor de ficheros Gerber

Planos. Informes. Señales. Gráficos. Ficheros JEDEC. Ficheros Gerber. Fotolitos, etc.


4

MÓDULOS DE OrCAD CAPTURE


5

DIBUJO DE ESQUEMAS CON OrCAD CAPTURE

Administrador del proyecto

Editor de páginas de esquemas

Informe de la sesión


6

TIPOS DE DISEÑOS DISEÑO SIMPLE

DISEÑO PLANO

ESQUEMA 1 PAGINA 1

ESQUEMA 1 PAGINA 1

ESQUEMA 1 PAGINA 2

ESQUEMA 1 PAGINA 3

DISEÑO JERÁRQUICO COMPLEJO

ESQUEMA 1

DISEÑO JERÁRQUICO SIMPLE

ESQUEMA 1 ESQUEMA 2

ESQUEMA 3

ESQUEMA 4

ESQUEMA 2


ESQUEMA 3

7

CAPTURA DE ESQUEM ÁTICOS Instalacióndel programa en el ordenador

Creación de nuevo proyecto

Configuración del programa

¿Diseño jerárquico?

Sí

No

Sí

Creación de componentes con editor de librerías

¿Hay nuevos componentes?

No

Colocación de componentes en la página del esquema

No

Conexionado de componentes con hilos, buses, alias,etc.

Incluir bloquesjerárquicos en la páginaprincipal

Ediciónde componentes, objetosgáficos y cajetín

Dibujar las páginas asociadasa cadabloque

¿Última página del proyecto?

Sí

Procesadodel diseño Propiedades: ref., valor. Verificaciónde errores. Generación de informes

Copia en papel de resultados


8

COMPONENTES DE UN DISEÑO

DESIGN SCHEMATIC 1 DESIGN CACH E

PAGE 3 PAGE 2 PAGE 1

1 3 2

SCHEMATIC 2 PAGE 3 PAGE 2 PAGE 1


9

ENTORNO DE TRABAJO de OrCAD CAPTURE Barra de herramientas

Paleta de herramientas

Menús up-down

Area de trabajo

Barra de estado


10

PALETA DE HERRAMIENTAS

Iconos eléctricos

Editor de páginas de esquemas

Iconos gráficos


11

ELEMENTOS DE CONEXIONADO ELÉCTRICO

Part

Power

Wire

Net alias

VCC

8 7 6 5 4 3

Junction

Off-page connector

D[0..4]

D0

D0

D1

D1

D2

D3

D0,D1 D3

D3 D4

Port

2

Bus entry

1 JP1

Bus

Hierarchical block

No connect H1

INPUT

D[0..4]

Ground Hierarchical pin

Esquema1


12

CONFIGURACIÓN DEL PROGRAMA


13

CIRCUITO GUIA TEMPORIZADOR

CLOCK

CONTADOR

DECODIFICADOR

SALIDA +5v R1

+5V

+5V

+5V

S[1..10]

330 ohm

D1 S1

R2 1K

S1

S2

MARCHA

S3

IC2

Q1 2N2222A

10K

IC3

4

IC4

R

2

TR

Q DIS

R4

5

CV

THR

3

IN

14 1

7 6

2 3 6 7

2K2 LM555

A B

12 9 8 11

QA QB QC QD

15 14 13 12

R0(1) R0(2) R9(1) R9(2)

A B C D

1 2 3 4 5 6 7 9 10 11

S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10

S4

LED VERDE

D5 S5

LED ROJO

D6

S6

LED VERDE

D7

7445

S7

SN74LS90

LED ROJO

D8

R5 220K

m m 5 e d E D R E V o O J O R D E L = 0 1 D . . 1 D

LED ROJO

D4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

S8

C2

C1 470uF/25V

S9

D10

IN

V2

T1

~ -

RED AC

220/9V

+

1

VIN

FUENTEDE ALIMENTACIÓN

47uF/25V

VOUT

C4

3

1000uF/25V

5

6

S4

9

8

IC1C 74LS04 IC1D 74LS04

JP1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

IC1E 74LS04

S5

11

10

S6

13

12

S7

1

2

S8

3

4

S9

5

6

S10

9

8

IC1F 74LS04 IC5A 74LS04

SALIDA AUX

IC5B 74LS04 IC5C 74LS04 IC5D 74LS04

JP2

VCC

LS1 8 ohm

AUDIO

2

D N G

~

S3

IC1B 74LS04

R6 1ohm

SU1 BUZZER 6V

SCHEMATIC2 +5V

4

OUT

+

U3 LM7805/TO

3

LED VERDE

C3

V1 B40C1000

S2

LED ROJO

S10

H1

IN

2

LED VERDE

D9

5uF/25V

1

LED VERDE

D3 R3

IC1A 74LS04

S1

LED ROJO

D2

C5 100uF/25V

R7 220 ohm +5V

C6 100nF

D11

IC2

IC1

LED amarillo

14

GND

7

IC4

IC3

16

C7 10nF 8

C9 10nF 1

IC5

5

8

C8 10nF

10

IC6 8

14

C10 10nF

C11 10nF 7

C12 10nF 1

C7...C12 = Con d. de BYPASS

+5V

+5V

R8 10K

R11 IN

10K

R9 10K

R10 1K

IC6 2

Q2 2N2222A

4 R

TR

Q

CV

THR

DIS 5

3

OUT

7 6

R12 10K

NE555

C13 100nF


14

PROCESADO DEL DISEÑO


15

RESUMEN DE TAREAS PARA LA CAPTURA DE ESQUEM ÁTICOS 1º.- Arrancar el programa OrCAD Capture e iniciar un nuevo proyecto, teniendo en cuenta el tipo de diseño. FILE NEW PROJECT . 3º.- Configurar algunos parámetros (tamaño de la lámina, colores, cajetín, librerías activas, macros, etc.) para personalizar el programa según nuestras preferencias y necesidades. OPTIONS PREFERENCES , DESIGN TEMPLATE… 4º.- Colocar en la página del esquema los componentes del circuito procedentes de las librerías. PLACE PART . 5º.- Interconexionar los componentes anteriores mediante hilos, buses, etiquetas, terminales y demás elementos de conexión. Posicionado final de los mismos. PLACE WIRE , BUS… 6º.- Dibujar los objetos gráficos, si los hay. PLACE LINE, POLYLINE…

7º.- Editar el cajetín. 8º.- Numerar automáticamente las referencias de los componentes. TOOLS  ANNOTATE . 9º.- Editar otras propiedades de los componentes (valor, encapsulado, etc.). EDIT PROPERTIES . 10º.- Procesar el diseño: Chequeo de reglas eléctricas para detectar posibles errores. TOOLS DESIGN RULES CHECK . Lista de materiales. TOOLS BILL OF MATERIALS . Referencias cruzadas. TOOLS CROSS REFERENCE.

11º.- Salvar e imprimir los planos e informes del diseño. FILE PRINT . 12º.- En su caso, preparación del diseño para utilizarlo en OrCAD Layout. TOOLS NETLIST .


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MÓDULOS PRINCIPALES DEL PROGRAMA

ADMINISTRADOR DEL PROYECTO CONFIGURACIÓN

JERARQUIAS

OrCAD

MACROS

CAPTURE

LIBRERÍAS DE COMPONENTES

COMANDOS

PALETA DE HERRAMIENTAS PROCESADORES


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INTERCAMBIO DE COMPONENTES ENTRE LIBRERIAS


18

ELEMENTOS DE UN COMPONENTE


19

CREACIÓN DE UN NUEVO COMPONENTE


20

EDITOR DE COMPONENTES DE CAPTURE


21

CREACIÓN DE UN CAJETÍN PERSONALIZADO

Dibujado

Comprobado

Fecha

Firma

ATEGORRI-TARTANGA

GBLHI

Escala

IEFPS

Grupo:

Plano nº:


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TIPOS DE PINES DE UN COMPONENTE

Zero length Clock Dot Dot-clock Line Short


23

SÍMBOLOS IEEE 3 State LE Active Low Left NE Active Low Right Non Logic Amplified Left Open Circuit H-type Amplified Right Open Circuit L-type Analog Open Circuit Open Arrow Left Passive Pull Down Arrow Right Passive Pull Up BiDirectional PI Dynamic Left Postponed Dynamic Right Shift Left GE Shift Right Generator Sigma Hysteresis


24

RESUMEN DE TAREAS PARA LA CREACIÓN DE UN COMPONENTE 1º.- Entrar en el editor.  FILE OPEN LIBRARY .

2º.- Configurar y personalizar el programa.  OPTIONS PREFERENCES…

3º.- Asignar nombre, referencia, encapsulado, alias, etc., al nuevo componente.  DESIGN NEW PART

4º.- Dibujar el cuerpo del componente usando los iconos gráficos.  PLACE LINE, ARC, etc.

5º.- Colocar los pines del componente.  PLACE PIN

6º.- Asignar las propiedades de identificación del componente.  OPTIONS PART PROPERTIES …

7º.- Salvar el componente en la librería.  FILE SAVE.


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PASO DE CAPTURE A LAYOUT Entrar en OrCAD CAPTURE

Iniciar Proyecto

Dibujar esquema(s)

Procesadores ANNOTATE DRC CROSSREF BILL OF MATERIALS

SI

Informes [*.DRC] [*.XRF] [*.BOM]

Hay errores?

NO

Asignar Footprints

Lista de conexiones

NETLIST

SI

[*.MNL]

Hay errores?

NO E trar en OrCAD LAYOUT


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MÓDULOS DE OrCAD LAYOUT

Informe de la sesión

Hojas de cálculo

OrCAD OrCAD LAYOUT LAYOUT

Preferencias del usuario

Editor de encapsulados

Editor de la tarjeta (Ventana principal)


27

ENTORNO DE TRABAJO de OrCAD LAYOUT Capa actual Menús up-down

Barra de herramientas

Panorámica

Coordenadas

Area de trabajo

Barra de estado


28

DISEÑO DEL CIRCUITO IMPRESO Crear nuevaplaca

Entrar en Layout

AutoECO Corregir en Capture o en Layout

¿Placa predefinida?

Sí

No Sí

¿Hay errores?

No

Elegir un fichero de tecnología (*.TCH)

Elegir un fichero de placa (*.TPL)

Elegir un fichero de conexionado (*.MNL)

Configuración del programa Salvar placa(*.MAX) Sí

¿Hay nuevos componentes?

Creación de componentes con editor de librerías No

Determinación de los parámetros de la placa . Unidades y rejillas . Contorno . Taladros . Nº de capas . Espaciadoglobal . Nodos y vías . Propiedades Posicionamiento de componentes Mover, girar componentes No

¿Correcto? Sí

Trazado de pistas

Acabado final . Texto . Cotas . Rellenos . Informes

Fotolitos y ficheros Gerber


29

ELEMENTOS DE LA PCB

GUARD

MASCARA DE SOLDADURA

RATNEST (Conexióbn directa elástica)

PAD (Zona de cobre para soldar la patilla del componente)

SEGMENT

NET (Conexión completa)

TRACK (pista entre dos pads) DRILL (Taladro para insertar la patilla del componente)


30

CONFIGURACIÓN DEL PROGRAMA


31

TALADROS DE FIJACIÓN DE LA PLACA


32

VALORES GLOBALES DE ESPACIADO (DRC) Cara BOTTOM pista a pista

Cara TOP

pista a pad vía a vía

vía a pad

pad a pad

pista a vía

Los valores a implantar dependerán de la d.d.p. entre pistas, del proceso que utilizaremos para la fabricación (química o microfresadora) y del tipo de soldadura.


33

GR ÁFICO DE DENSIDADES


34

DETALLES DEL MICROFRESADO (CAM)

Escudos EMI


35

COMUNICACIÓN CAPTURE ⇔ ⇔ LAYOUT


36

RESUMEN DE TAREAS PARA EL DISEÑO DE PLACAS 1º.- Creación de la placa Plantilla Tecnología [*.TCH] o de placa [*.TPL] + Fichero Netlist [*.MNL]



AutoECO



Nueva placa [*.MAX]

2º.- Configuración de los parámetros de la placa. Unidades de medida y rejillas. Borde de la PCB. Nº de capas. Espaciado global. Formas y dimensiones de nodos y vías. Propiedades de las conexiones.

3º.- Posicionamiento. Manual, interactivo o automático. Comprobar el posicionado.

4º.- Trazado de pistas. Manual, interactivo o automático. Limpiar y optimizar el trazado.

5º.- Acabado. Texto. Dimensiones. Zonas de relleno. Informes. Fotolitos. Ficheros Gerber.


37

FOOTPRINT (I) Todo módulo o footprint consta de tres elementos:

Nodos, Obstáculos Texto Componente

Footprint


38

FOOTPRINT (II)


39

FOOTPRINT (III)

Librerías de Footprint


40

FABRICACIÓN DE CIRCUITOS IMPRESOS La fabricación de circuitos impresos se realiza, a nivel de prototipos y de pequeñas series, por distintos procedimientos:

Mediante Mediantefotograbado fotograbadoyyataque ataquequímico químico

Mediante Mediantemicrofresado microfresado


41

PROCESO PARA LA OBTENCIÓN DE LA PCB


42

FABRICACIÓN QUÍMICA

Proceso Proceso de de fabricación fabricación::  Generación Generaciónde delos losfotolitos. fotolitos.  Insolado Insoladode delalaplaca placavirgen. virgen.  Revelado. Revelado.   Atacado. Atacado.  Taladrado Taladradoyymontaje montajede decomponentes. componentes.


43

GENERACIÓN DE LOS FOTOLITOS Los fotolitos son proporcionados por el programa OrCAD LAYOUT. Actúan como máscaras fotográficas con el objeto de grabar el mapa de pistas sobre la placa de cobre virgen.

Mesa Mesade deluz luz Desarrollo y construcción de prototipos electrónicos

44

INSOLADO DE LA PCB

Lámpara UV Luz actínica Máscara a transferir (Información geométrica)

Capa de material fotosensible

Cobre

Base

(Baquelita, fibra de vidrio, etc.)

Debilita las zonas donde se requiere eliminar el cobre


45

REVELADO DE LA PCB

SOSA CÁUSTICA+AGUA (NaOH+H2O)

Se elimina la película fotosensible que previamente ha sido debilitada en el insolado.


46

ATACADO DE LA PCB

SOLUCIÓN ÁCIDA

Pistas de cobre

Se elimina el cobre no protegido por la película fotosensible

Base


47

TALADRADO Y MONTAJE DE LA PCB

Taladramos la placa, insertamos los componentes y los soldamos.


48

RESUMEN DEL PROCESO QUÍMICO


49

FABRICACIÓN EN SECO Consiste en aislar las pistas del resto del cobre circundante mediante el fresado de su contorno lateral. Este sistema no hace uso de fotolitos ni ácidos, emplea en su lugar microfresadoras de control numérico y sistemas CADCAM que procesan la información de los archivos Gerber y Excellon para el mecanizado automático. OrCAD Layout [GerberX+Excellon]

Capa top

CircuitCAM Capa bottom Capa taladros

[*.LMD]

BoardMaster


50

SECUENCIA DE TRABAJO La secuencia de trabajo para una tarjeta de doble cara será:     

Fresado (milling ) de la cara de soldadura. Taladrado (drilling ) de la cara de soldadura. Dar la vuelta a la placa virgen (giro de 180º sobre el eje de simetría). Fresado de la cara de componentes (serigrafía si fuera de una cara). Fesado del contorno (cutting ).


51

TIPOS DE HERRAMIENTAS

 Fresa universal.  Micro fresa.  Fresa RF.  Fresa de doble hoja.  Broca espiral (0,3

÷

3 mm)

 Fresa de corte de contorno.  Fresa doble hoja para corte de aluminio.


52

DETALLES DEL MICROFRESADO (CAM)

Fresado de contorno Fresado Rubout Fresado de aislamiento


53

RESULTADOS FINALES DE AMBOS MÉTODOS

Procedimiento ProcedimientoQuímico Químico

Procedimiento ProcedimientoSeco Seco


54

PCB Sabemos que una placa de circuito impreso o PCB (Printed Circuit Board ) es un soporte físico para componentes electrónicos que permite, además, su interconexión eléctrica. Dicho soporte está realizado a partir de una plancha de material aislante que lleva adherida, en una o en sus dos caras, una fina película de cobre.


55

TIPOS DE PCB Simple cara. Componentes (THD o SMD) en cara top y pistas en bottom.

Doble cara. Componentes THD en cara top, SMD en top/bottom y pistas en top y bottom.

Multicapa. Capas internas y planos de alimentación y masa. Desarrollo y construcción de prototipos electrónicos

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TIPOS DE PCB Tipos Tiposde desubstrato: substrato:

CEM3 CEM3 FR4 FR4(Resina (Resinade defibra fibrade devidrio) vidrio) FR5 FR5 Teflón Teflón Poliamida Poliamida Espesor Espesordel delcobre: cobre:

18 18micras micras 35 35 ““ 70 70 ““

Las PCB más comunes tienen 1,6 mm de espesor y una fina película de cobre de 35 micras. Desarrollo y construcción de prototipos electrónicos

57

PCB FLEXIBLE

Se utilizan como sistemas de cableado para establecer conexiones eléctricas entre partes de un equipo electrónico.


58

UNIDADES 1 pulgada (inch) = 1” = 25.4 mm 1 MIL = 1/1000 pulgadas = 25.4/1000 1 MIL = 0,0254mm Ejemplo:

Track de 25 mils = 25 x 0,0254 = 0,635 mm

PAD TRACK (En cara superior)

Base de fibra de vidrio

TRACK (En cara inferior)

VIA (Agujero metalizado que conecta capas de la PCB)


59

UNIDADES

Hay que tener cuidado en las conversiones y ajustarse a las medidas reales. Por ejemplo, no se debe dar por bueno decir que 25 mils equivalen a 0,6 mm. o que 0,5 mm corresponden a 20 mils.


60

¿QUÉ ES EL PITCH? Es la distancia –paso– entre los centros de dos terminales contiguos de un componente.

PITCH

En THD el paso típico es de 2,54 mm. En SMD el paso estándar es de 1,27 mm. Por debajo de 0,635 mm se denomina Fine Pitch o paso fino.


61

¿QUÉ ES FAN-OUT?

Salida en abanico. Técnica usada en c.i. SMD de muchos pines. Cada land se asocia a una vía para iniciar el trazado.


62

¿QUÉ SON LAS V Í AS? Son taladros metalizados cuya misión es unir pistas situadas en distintas capas. Se emplean en las tarjetas de dos o más caras y nunca deben ser utilizadas para la inserción de los terminales de componentes.


63

TIPOS DE V Í AS Dependiendo de la complejidad del diseño, las tarjetas multicapa incorporan los siguientes tipos de vías:

Vía pasante (Through-hole via). Conecta las dos capas externas entre sí y, a veces, con algunas internas.

Vía enterrada (Buried via).

Conecta capas internas.

Vía ciega (Blind via).

Conecta una capa externa –top o bottom – con alguna(s) interna(s).

Microvía (Micro via).

Se realiza mediante tecnología láser. Puede llegar a conectar varias capas y facilita altísimos niveles de integración.


64

¿QUÉ SON LOS NODOS TÉRMICOS? Los nodos térmicos (Thermal reliefs) se emplean en las PCB multicapa para establecer el contacto entre las conexiones de positivo y negativo de cualquier capa con los planos de alimentación y masa respectivamente.También se usan en las zonas de relleno de cobre.

Conexió Conexión de alivio té térmico (Nodo térmico)

Plano de masa


65

¿QUÉ SON LOS TEST POINT?

La densidad a la que se ha llegado obliga a tomar muchas precauciones en la comprobación de circuitos montados con SMD. Una de ellas consiste en crear áreas de prueba específicas (test point ) en el circuito impreso para no acercar excesivamente las sondas a los componentes Desarrollo y construcción de prototipos electrónicos

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TEST POINT

Ideal

Aceptable (por ola)

Crítico (por Ola)


Prohibido

67

¿QUÉ ES LA DIAFONÍ A? Diafonía Efecto de acoplamiento y perturbación entre dos señales que se solapan o acoplan debido a la cercanía de las pistas por donde transcurre la señal. Puede ser:

Capacitiva, cuando se da un incremento excesivo de la capacidad entre

pistas y produce un acoplamiento de tensiones originando un pico de corriente transitoria.

Inductiva, como consecuencia del acoplamiento magnético entre bucles de corriente que origina un pico de tensión transitoria.

Se evita: Con pistas de anchura >0,5 mm. Usando PCBs de fibra de vidrio de baja cte. dieléctrica. Separando las pistas de reloj de las de señal de control. Reduciendo la longitud común entre pistas paralelas y aumentando su separación. Separando las pistas digitales de las analógicas.


68

¿QUÉ SON LAS MARCAS FIDUCIALES? Globales Global (PCB) (PCB)

Φext Φext==33mm. mm. Φint Φint==1,5 1,5mm. mm.

Locales (Componentes Fine Pitch)

Reconocimiento óptico y centrado de componentes


69

MARCAS FIDUCIALES (I) SMEMA (Surface Mount Equipment Manufacturer Association) estándar

Las máquinas de pick&place necesitan como mínimo dos marcas fiduciales en los extremos de la diagonal mayor de la PCB para la corrección óptica. Los componentes son situados respecto a dichas marcas.


70

MARCAS FIDUCIALES (II) Distintos tipos


71

Tamaños EUROCARD Se parte del tamaño Europa (100 x 160 mm) aumentando de 60 en 60 mm a lo largo y de 44,45 mm a lo ancho. W (mm)

233,35 188,90 DOBLE EUROPA

144,45 100 EUROPA

160

220

280

340


L (mm)

72

NORMAS DE TRAZADO Bien

Mal


73

presentacion

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