Un circuito.... no tan sencillo

Titulé mi anterior artículo "Un sencillo circuito" porque estaba convencido de que realmente se podía hacer un circuito para señalización de desvíos con muy pocos componentes.

Sin embargo, ya acababa apuntando la posibilidad de este circuito no solo sirva de señalización, sino para la polarización de los desvíos. Así que me puse a realizar el diseño completo, es decir contando con que puedan manejar cuatro desvíos, y que el propio circuito tuviese unos leds de señalización, además de tener salidas para otros leds a situar en el tablero, y además tuviese salidas para manejar relés para la polarización de los desvíos, mas las alimentaciones... etc etc. Total que lo que parecía sencillo ha resultado un pelín más complicado, aunque ha supuesto una excelente práctica de manejo del programa Proteus.

Precisamente por haber sido un ejemplo completo, desde el diseño hasta la generación de los ficheros para fabricar las placas de PCB, voy a explicarlo aquí con un poco de detalle.

Como ya dije en el artículo anterior, el diseño comienza con un diseño para probar la funcionalidad del sistema propuesto, y ese es el esquema sencillo que aparece en el anterior artículo. Sobre ese esquema se puede probar muy bien todo el tema de funcionamiento de la lógica, así como medir los consumos y las tensiones para diseñar las alimentaciones, etc.

Pero claro, para construirlo completo, es decir para que el programa nos presente el diseño completo, hay que hacer el esquema completo del circuito, incluyendo la parte de alimentación, conectores de entrada y salida, etc.

El esquema entonces se complica un poquito. El que tenga curiosidad lo podrá ver haciendo click en la imagen siguiente:

 

Una vez que tenemos el esquema completo, podemos pasar al diseño del PCB. Como ya he comentado alguna vez, la creación del PCB dista mucho de ser un proceso automático. Si alguien esperaba que haciendo click en un botón se genere el circuito, está muy equivocado.

 

Cuando, después de haber hecho un esquema como el anterior, pasamos al módulo de diseño de PCB (se llama ARES) lo que obtenemos es un batiburrillo de elementos absolutamente descolocados, eso si, con unas uniones elásticas que conectan sus pines entre si, de acuerdo con el esquema eléctrico.

 

Y aquí viene una labor completamente manual para ir situando cada uno de esos elementos en un lugar lógico respecto de los otros, y también lógico respecto del uso que se le va a dar al circuito. No tendría ningún sentido, por ejemplo, que los conectores de entrada J1, J2, J3 y J4 estuviesen revueltos en toda el área del circuito. Lo suyo es que estén juntos alineados y situados próximos a un borde. Bueno pues esas cosas hay que hacerlas manualmente, es decir colocarlos en el mismo sentido y llevarlos a un borde dejándolos alineados y juntos.  El caso de los conectores es claro, y en este circuito hay muchos, pero no es único. También hay por ejemplo una serie de leds que tienen que aparecer alineados, y algunos elementos más también deben situarse de una forma lógica. En cuanto a los demás componentes, chips, resistencias, condensadores.... su situación es menos importante, pero deberán quedar al menos con una cierta estética. El problema es que si hacemos este reparto de elementos sin atender nada más que a la comodidad del futuro usuario y a la estética, probablemente haremos algo que no se pueda convertir en una placa de circuito impreso, porque todas sus conexiones estarán mezcladas y retorcidas.

 

Así que hay que actuar al menos con una cierta lógica y tener presentes las conexiones entre los elementos para tratar de conseguir que haya la menor cantidad posible de cruces, y tratar de que las conexiones paralelas se mantengan paralelas y no cruzadas y retorcidas. Evidentemente aquí hay que tener un cierto oficio no exento de intuición, cualidad de la que, que como sabemos, carece por completo un ordenador. No es por lo tanto extraño que un ordenador sea incapaz de resolver automáticamente este problema.

 

Lo que si que hace el ordenador, y me parece bastante asombroso, una vez que hemos colocado todos los elementos donde queremos, es convertir esas uniones elásticas, que evidentemente se entrecruzan por todas partes, en un diseño de pistas de circuito impreso, que puede ser de una, dos o incluso más capas, consiguiendo que las pistas no se corten y respetando las distancias entre ellas y los ojales para soldadura. Desde luego, no se quiere decir que el diseño sea el óptimo, pero en la mayoría de los casos es suficiente. También el programa permite modificar manualmente el diseño generado, pero la verdad es que aplicando aquello de "si funciona es perfecto" no hay porqué retocarlo salvo algunos casos en los que alguna conexión queda sin hacer porque el sistema no ha sido capaz de resolver la totalidad del circuito. Aún en esos casos, en mi opinión, más que tratar de remendar el diseño, lo apropiado es tratar de recolocar algunos elementos y pedir al programa que vuelva a calcular todo el circuito. Sobre todo por una cosa: si dejamos una distribución que el programa no es capaz de resolver completa, nos obligamos a que si por cualquier causa recalculamos el circuito, tengamos que volver a intervenir manualmente. En cambio si conseguimos una distribución que el programa resuelve por completo, no hay problema en rehacer el cálculo, porque el programa siempre llegará a la misma solución completa.

 

Bien pues después de un buen rato de colaboración hombre-máquina, no sin algunos reproches mutuos (hay que ignorar los mensajes de error con la misma indiferencia que el ordenador ignora nuestros insultos de palabra) se llega a algo que se puede convertir en un circuito impreso, desde luego, en este caso, de doble cara:

 

 

Aquí tenemos una bonita imagen del diseño de la placa de circuito impreso utilizando varias capas superpuestas. La capa roja es la capa superior de cobre y la capa azul es la capa de cobre inferior. También se ve la imagen de la serigrafía de componentes con algunas rotulaciones que he querido añadir.

 

No solamente podemos ver este tipo de imágenes planas, sino que el programa es capaz de generar un modelo 3D que se puede visualizar desde cualquier posición. La imagen de la cabecera de este blog, es una muestra de lo que se obtiene. Algunos elementos están representados con bastante detalle, como ocurre con los chips, condensadores, resistencias etc. Pero por ejemplo los conectores, que son clemas de tornillo aparecen como un cajón verde sin detalle. Al menos nos da una idea del volumen que ocuparán

 

Ni que decir tiene que realizar este circuito que es de doble capa con multitud de vías y con una exigencia de precisión muy grande es inabordable para hacerlo artesanalmente.

 

El producto final del proceso de diseño no son entonces esas imágenes, por atractivas que parezcan, sino la creación de una serie de ficheros que se utilizan para fabricar industrialmente estas placas.

 

Hay una serie de empresas que nos pueden fabricar uno o más circuitos a nuestra petición sin más que enviarles por e-mail los citados ficheros (que se conocen como ficheros Gerber)

 

Y ese es el próximo paso. Voy a ver qué empresa me conviene más y le haré el pedido.