PROYECTO EPI: DISEÑO DE METODOLOGIA PARA PARA EL DESARROLLO DE PCB MULTICAPA SIGUIENDO LAS NORMAS IPC2221.
1. IDENTIFICA IDENTIFICACIÓN CIÓN DE DE LOS PARTICIP PARTICIPA ANTES Estudiante ANDRÉS FELIPE JIMÉNEZ LÓPEZ Estudiante de X semestre de Ingeniería Electrónica de la Universidad de los Llanos, habilidad en diseño de sistemas de control, aptitud para el trabajo en equi equipo po,, con con ampl amplio ioss conoci conocimi mien ento toss en sist sistem emas as de contr control ol y mode modela lami mien ento to matemtico! •
Estudiante SANDRO DANIEL MARTÍNEZ MOSQERA Estudiante de X semestre de Ingeniería Electrónica de la Universidad de los Llanos, habilidad en programación de microcontroladores, aptitud para el trabajo en equipo, con amplios conocimientos en sistemas de control y programación de hard"are! •
Di!e"t#! CESAR A$STO ROMERO MOLANO #ocente de la $acultad de %iencias &sicas e ingeniería en los programas de inge ingeni nier ería ía elect electrón rónic ica a y de sist sistem emas as!! En las las reas reas de circu circuititos os digi digita tale less y arquite arquitectu ctura ra de comput computador adores! es! 'iembr 'iembro o del grupo grupo de invest investiga igació ción n (I)E%X (I)E%X clasi*icado clasi*icado en categoría categoría # de %olciencias %olciencias desde +unio del año -.., -.., tiempo en el cual se han desarrollaron los proyectos! #iseño y construcción de un robot móvil prototipo con navegación basada en visión arti*icial --/, Evolución del gen digital con algoritmo gen0tico para control de navegación basada en sistema de visión stereo de robot móvil en $1(2 -.- y 3obot móvil todo terreno aplicado a la medición y georre*erenciación de reas -.! Los mismos se desarrollaron con *inanciación del Instituto #e Investigaciones #e La 4rinoquia %olombiana II4%! •
%. DESCRI DESCRIPCI PCIÓN ÓN DEL PRO&LE PRO&LEMA MA'' #urante #urante el desarrollo de la *ormación *ormación acad0mica de los estudiantes estudiantes de Ingeniería en*o en*oca cada da al dise diseño ño de circ circui uito tos, s, bien bien sea sea sist sistem emas as cont contro roll de proc proces esos os indu indust stri riale ales, s, )eleco lecomu muni nica caci cion ones es o para para el dise diseño ño de equi equipos pos m0di m0dico cos, s, es necesario tener en cuenta los conceptos bsicos sobre el diseño e implementación dependiendo del *in que se le vaya a dar, dentro de estos parmetros es necesario incluir que los circuitos impresos juegan un papel *undamental al momento de la impl implem emen enta taci ción ón y al real reali5 i5ars arse e corre correct ctam ament ente e la prob probab abililid idad ad de un buen buen *uncionamiento es mayor! 2rgumentar una situación que se presenta en un conte6to especi*ico7 como un *alencia, *alencia, una necesidad necesidad o un requerimiento, requerimiento, a cuya solución o entendimient entendimiento o se contribuir con el desarrollo del proyecto! 8e recomienda, hacer una descripción, anlisis cuantitativo o pregunta sobre la naturale5a y magnitud del problema, de acuerdo a la situación que se est presentando! 1resentando de manera clara y precisa, el rea problemtica concreta7 qu0 est ocurriendo, cómo se ve a*ectada la comunidad o el conte6to!
(. O&JETI)OS' (.1.O*+eti,# -ene!a Elaborar la metodología para el desarrollo de 1%& multicapa por medio de un 8o*t"are de #esarrollo e implementar una tarjeta con los componentes necesarios para el *uncionamiento de un sistema de control!
(.%.O*+eti,#s es/e"0i"#s •
•
•
2nali5ar los requerimientos de la tarjeta para su correcto diseño y posteriormente su *uncionamiento! %onocer cules son las normas I1%. necesarias para la implementación de 1%&! 2prender como es el respectivo *uncionamiento del entorno de desarrollo! del so*t"are 2L)IU' #esigner!
•
2. JSTIFICACIÓN' 2.1 CIRCITOS IMPRESOS Un circuito impreso es una placa o plaqueta de material aislante, (eneralmente construida en 1ertina6 o material Epo6i! 1osee, en una o en ambas de sus caras, lminas de cobre delgado que conectan los pines de los di*erentes componentes que con*orman un circuito el0ctrico! El montaje de los componentes se reali5a a trav0s de ori*icios practicados en la placa o, en el caso de la tecnología de montaje super*icial, soldados directamente sobre las lminas conductores!
MÉTODO DE DISE3O TRADICIONAL )radicionalmente, reali5ar el diseño de una placa de circuito impreso era un proceso tedioso y artesanal, Era necesario disponer de paciencia, mucha atención y pericia para lograr un diseño sin errores y que cumpliera con una seria de reglas acordes al esquema elegido para armar! 1ara trabajar, se utili5aban elementos de dibujo t0cnico como reglas, escuadras, plantillas, lpices y *ibras .[1]
APLICACIÓN DEL DISE3O ASISTIDO POR COMPTADORA 4CAD5 AL DISE3O ELECTRONICO. El diseño electrónico es, despu0s del diseño mecnico, la segunda aplicación del %2# 9computer aided design: en cuanto al volumen de negocio en el mercado mundial! Las t0cnicas modernas de circuito impreso de alta y, ms aun, los circuitos integrados, son prcticamente imposibles de obtener por medio de manuales, precisndose el ordenador para todas las *unciones de su diseño, simulación y *abricación! Los sistemas %2# *acilitan la labor del diseño con sus librerías de símbolos y
elementos, que permiten incorporarlos *cilmente en cualquier parte del dibujo, con la posibilidad de asociar in*ormación al*anum0rica a todos los elementos gr*icos, *acilidad para modi*icar interactivamente todas las entidades, programas para la e6tracción de datos y su impresión en el mismo dibujo o en listas aparte! El paquete de so*t"are de un sistema de %2# para diseño electrónico consta de; •
•
•
•
•
•
•
Un editor de gr*icos que maneja módulos, con ms cone6iones de*inidas entre sí, de *orma que un diseño de bloques puede representarse tambi0n en su mínimo detalle en base a sustituir cada bloque por su circuito equivalente! Una base de datos jerarqui5ada de módulos en la que cada uno de estos puede estar *ormada por componentes u otros módulos! 1rogramas de generación de
n algoritmos de optimi5ación de*inidos! 1ermiten tambi0n la modi*icación interactiva del resultado para introducir el cambio que desee el proyectista! 1rogramas de comprobación de la red de cone6iones con la correspondiente al esquema teórico y, de violación de normas del diseño! 1rogramas de e6tracción de datos, esquemas, planos, listas y cintas para las mquinas de control num0rica y para la comprobación *ísica . [2]
CONCEPTOS $ENERALES En la creación de circuitos impresos por ordenador, e6isten algunos conceptos generales y es necesario conocerlos antes de adentrarse en el diseño de 1%& estos conceptos son;
•
FOOTPRINT6 7ELLA O MÓDLO Un *ootprint, huella o módulo, es la representación gr*ica que se utili5a para la cone6ión del componente sobre la placa de circuito impreso, suele ir acompañada de unos taladros rodeados de cobre 9denominados pads: que interconectan sus terminales y de unos dibujos 9denominados obstculos: que dan in*ormación al creador sobre su tamaño y colocación!
La traducción literal de la palabra *ootprint es huella dactilar, por eso en algunos libros 9principalmente traducciones de ingl0s: se le llama huella! 2unque en otros libros se le llama módulo directamente con la palabra *ootprint!
Módulos paa !a"s#s!o$s . Diseño y desarrollo de circuitos impresos con KiCadMiguel pareja Aparicio.
•
ENCAPSLADOS Los encapsulados son los componentes *ísicos! 2unque e6iste una clara relación con el módulo, se tratan de conceptos distintos! #ebido a que hay una cantidad de componentes que presentan los mismos encapsulados, por ejemplo; transistores con distintas características 9intensidad, tensión, etc!: a la vista son iguales 9e6cepto por la numeración que los identi*ica:
E"%apsulados paa !a"s#s!o$s. Diseño y desarrollo de circuitos impresos con KiCad-Miguel pareja Aparici o.
•
PADS6 NODOS O ISLETAS Los 1ads, nodos o isletas, se corresponden con la intercone6ión de cada uno de los pines de los componentes a la placa de circuito impreso, #ependiendo de la aplicación o documentación se utili5a una u otra denominación! Las isletas son de di*erentes tipos; cuadradas, redondas, ovaladas o para 8'#! En *unción del tipo, hay que de*inir sus medidas, ?ay que tener en cuenta que los módulos tienen de*inido el tamaño de las isletas y despu0s, para un diseño en cuestión, debe ser modi*icado! #ependiendo de la aplicación a utili5ar el dimetro interior se puede de*inir como dimetro del taladro 9dimetro d:, puesto que es el hueco necesario para la colocación de los pines del componente!
T#pos d$ Pad. Consideraciones para el correcto diseño de un PC-Assisi !.".#. !imposio Argentino de sistemas em$e$idos !A!% 2&1'. [(]
•
PISTAS Las pistas son las uniones de cobre que interconectan *ísicamente los pines de los componentes en la placa de circuito impreso! En las di*erencias aplicaciones se representan como líneas que interconectan las isletas o nodos! #ependiendo de la aplicación y de las capas, se pueden identi*icar con uno u otro color desde la ventana de edición la aplicación utili5ada .[']
P#s!as $ #sl$!as. Diseño y desarrollo de circuitos impresos con KiCadMiguel pareja Aparicio.
2.% SOFT8ARE DE DESARROLLO 2lgunas de las herramientas para la reali5ación de 1%&s ms son las siguientes;
2.%.1
OrCAD Cadence PCB Solutions
4r%2# permite a los ingenieros electrónicos para llevar sus ideas de creación de producto a la vida! Entregamos herramientas de diseño electrónico para ayudar a los ingenieros electrónicos de todo el mundo! Est en*ocado en la capacitación de los ingenieros electrónicos! 1ara a*rontar con 06ito los objetivos del proyecto, los diseñadores de 1%& e ingenieros electrónicos necesitan tecnologías potentes, intuitivos, e integrados que *uncionan a la per*ección a trav0s de todo el *lujo de diseño de 1%&! 4r%2# soluciones de diseño de 1%& o*recen un diseño totalmente integrado de inicio=*in, anloga
@simulación de señal mi6ta, anlisis de integridad de la señal, y las tecnologías de lugar=y=ruta que aumentan la productividad y reducir el tiempo de comerciali5ación! 4r%2# suites de diseño de 1%& proporcionan mejor combinación de capacidades de corte de >ltima generación y e6celente escalabilidad con varias opciones para agregar capacidades a medida que crecen las necesidades de diseño de la industria! %on 4r%2#, ingenieros electrónicos pueden estar seguros de que tienen la tecnología para satis*acer no sólo hoy, sino tambi0n desa*ío de diseño de mañana!ABC
E"!o"o d$ !a&a'o paa la %$a%#ó" d$ PCB OCAD. )ttp*++,,,.tdautomation.com+orcad-pc$-designer-,it)-pspice []
2.%.% Atiu9 Desi-ne! 2ltium #esigner es potente y *le6ible, lo que es mucho ms *cil hacer diseños de 1%& altamente restringidos rpido! 2l mantener el esquema y 1%& en sincronía, todos los dominios de diseño comparten una inter*a5 com>n el aumento de la usabilidad y la reducción de es*uer5o! 2proveche las opciones de salida documentación ricas en datos, y colaborar *cilmente con sus diseñadores mecnicos con la comprobación de gran alcance, el despacho nativo D#! Este so*t"are se basa en la productividad en so*t"are de diseño de la electrónica para pro*esionales, incorporando *unciones esquemticas y circuitos impresos +unta %2# sin estr0s uni*icadas con la veri*icación del diseño, validación y liberación *ormal y capacidad de reutili5ación! 2ltium #esigner es utili5ado por diseñadores e ingenieros de 1%& para crear nuevos aparatos para el entretenimiento, la industria, la de*ensa y el bienestar de las personas y la sociedad/[0] &ene*icios; Entorno de trabajo *cil de usar! 2lta 1roductividad #e $lujo #e )rabajo #iseño 1cb • •
•
• •
E"!o"o d$ !a&a'o ( %$a%#ó" d$ PCB $" )D %o" Al!#u* d$s#+"$. )ttp*++,,,.altium-ru.com []
2.%.( P!#teus )SM 1roteus es considerado uno de los mejores y ms completos programas para el diseño de circuitos electrónicos en la actualidad, no solo por su capacidad de simulación y anlisis, sino tambi0n por el hecho de poder utili5ar una gran cantidad de microcontroladores de di*erentes *amilias! Es un sistema de diseño electrónico basado en la simulación analógica, digital o mi6ta de circuitos, que brinda la posibilidad de interacción con muchos de los elementos que integran el circuito! Incluye componentes animados para la visuali5ación de su comportamiento en tiempo real, adems de un completo sistema de generación y anlisis de señales! )ambi0n cuenta con un módulo para el diseño de circuitos impresos! Las siglas 8' signi*ican irtual 8ystem 'odelling, que en español podemos traducir como 8istema de modelado virtual, ya que 1roteus 8' permite modelar la *orma virtual en la computadora prcticamente cualquier circuito! El programa cuenta con dos partes o componentes principales! Uno de ellos es el módulo I8I8, que es donde se dibujan los diagramas de los circuitos electrónicos y, tambi0n, desde donde se e*ect>an las simulaciones! El segundo componente es 2res es en este donde se diseñan las placas del circuito Impreso o 1%&! AFC
E"!o"o d$ !a&a'o *odulo ISIS ictor "ossano -Proteus !M simulaci3n de circuitos electr3nicos 2&1(.
M#du# A!es P!#teus )SM 2res es la herramienta de la suite 1roteus dedicada al diseño de placas de circuitos impreso 91%&: (racias a la utili5ación de una base de datos de redes de alta resolución de D bits! %on esta t0cnica se posibilita la colocación de elementos con una resolución de .- nanómetros en placas de circuito impreso de hasta -m! Est plenamente integrada con la herramienta I8I8! Una ve5 diseñado en I8I8 el esquema electrónico, se generara automticamente la lista de redes 9
4igura 0. %ntorno de tra$ajo modulo A"%! proteus !M- )ttp*++,,,.)u$or proteus.es+proteus-pc$+ares.)tml
:. CONTE;TO' El desarrollo de 1%& es de gran ayuda a la hora de reali5ar cualquier tipo de circuito por comodidad y e*iciencia, se quita de un lado la tediosa tarea del uso de protoboards o vquelas primitivas en donde plasmar un circuito se torna con*uso y en ocasiones poco e*ica5, sin embargo a lo largo de la carrera de Ingeniería Electrónica nunca se hace 0n*asis en este tema! En los >ltimos años la tecnología para la impresión de circuitos impresos ha ido creciendo a tal punto de poder crear varias capas en una misma tarjeta disminuyendo el tamaño de las mismas!
<. METODOLO$ÍA PROPESTA' En la metodología se plantean G *ases secuenciales con la posibilidad de reali5ar tareas en paralelo mejorando el tiempo de desarrollo del proyecto, cumpliendo la totalidad de los objetivos propuestos! Las *ases sern;
<.1
2nlisis de 3equerimientos 3econocimiento del entorno de desarrollo #ocumentación sobre normas I1%. #iseño de tarjeta para un sistema de control
Fase1' An=isis de Re>ue!i9ient#s
2nali5ar los requerimientos necesarios para el correcto *uncionamiento del sistema de control con el cual se lleva a cabo el diseño de un circuito impreso para su implementación, dentro de estos requerimientos encontramos las siguientes tareas; #e*inir Entradas; Las señales de entrada de un sistema de control, son necesarias estudiarlas para comprender como *unciona del mismo y tener en cuenta estos datos al momento de reali5ar su respectivo acondicionamiento al diseñar el circuito impreso 91%&:!
<.% Fase' Re"#n#"i9ient# de ent#!n# de desa!!## 2ltium #esigner es >nico en la habilidad de soporte de todos los aspectos de diseño electrónico desde la captura hasta generación de 1%& y manu*acturación de salida, desde desarrollos de so*t"are embebidos hasta procesando y descarga de un diseño de $1(2, s o barras de herramientas tambi0n llamados recursos! )32&2+2<#4 %4< 12
usados para dar una vista di*erente a la in*ormación del actual documento, estos tambi0n son usados para trabajar a trav0s del entorno!
<.(
Re"#n#"i9ient# de as n#!9as IPC%%%1
El sector legal siempre es un *actor importante en el encaminamiento de un proyecto por tanto es necesario y primordial conocer estos aspectos para cumplir con los parmetros establecidos en la norma internacional para el diseño de circuitos impresos multicapa entre otros!
<.2 Dise?# de ta!+eta /a!a un siste9a de "#nt!# 1ara el diseño del circuito impreso de un sistema de control se empie5a con un circuito bsico de control! %on base en este se siguen los siguientes pasos; .! ! D! G!
%3E23 U<
@. RESLTADOS ESPERADOS' •
•
•
8e debe presentar el documento que contenga la metodología para el desarrollo de 1%& multicapa siguiendo la norma I1%.! El correcto *uncionamiento de la tarjeta para el sistema de control en la cual se plasmara todo el conocimiento adquirido durante el desarrollo de la metodología! 3eali5ación de un artículo de la investigación el cual ser sometido a publicación en revista especiali5ada de la comunidad cientí*ica y tecnológica de mbito nacional o internacional!
. PRESPESTO' Ta*a .1 P!esu/uest# -#*a de P!#Be"t# /#! ti/# de !e"u!s# 4C#5 R&ROS (astos de personal 'ateriales y suministro %ompra de equipos para uso directo del proyecto (astos despla5amientos= salidas de campo 8ervicios t0cnicos especiali5ados 3eparación o mantenimiento de equipos 2decuaciones menores de in*raestructura
Ti/# de !e"u!s# TOTAL E" E,$%!#-o $sp$%#$ B!FDF!FF B!FDF!FF D!B--!--D!B--!---
-
-
-
-
-
-
-
-
2sistencia a eventos para presentar resultaos del proyecto o estadías de M--!--M--!--capacitación! &ibliogra*ía= >nicamente libros! #erechos de publicación de los resultados B--!--B--!--del proyecto=artículo! TOTAL G!M--!--- B!FDF!FF .-!BDF!---
Ta*a .% Des"!i/"in de #s -ast#s de /e!s#na DIRECTOR E;PERTO ESTDIANTE A;ILIAR
F#!9a"in A"ad9i"a
Ing! %esar 2ugusto Electrónico 3omero 'olano Esp! 3edes de datos
Estudiantes ingeniería Electrónica!
Estudiantes ingeniería Electrónica!
III , IX ó X 8emestre de ingeniería Electrónica
X 8emestre de ingeniería Electrónica
Fun"in Dent!# de P!#Be"t# Investigador principal y ejecutor del proyecto Estudiantes E1I 9Estudiante en modalidad 1royecto de Investigació n: Estudiantes E1I 9Estudiante en modalidad 1royecto de Investigació n:
DEDIC ACIÓN 7#!as se9an a
Ti/# de !e"u!s# En ee"ti,#
En es/e"ie
.-
-
B!FDF!FF
D
-
-
D
-
-
TOTAL
B!FDF!FF
Ta*a .( Mate!iaes B su9inist!#s MATERIALESG 1apeleria 9%arpetas, 3esmas de papel, marcadores, Empastado de documentos, ##, *otocopias!
JSTIFICACION )ALOR Elementos de o*icina para .--!--imprimir documentación, anlisis de resultados, in*ormes, artículos y dems documentación relacionada con el proyecto!
'ulti*uncional Lser 82'8U<(
K. REFERENCIAS &I&LIO$RAFÍA' A.C #aniel &enchimol! Electrónica prctica .O Edición! 1ublicación de $o6 2ndina en coedición con #2L2(2 8!2, -..! [2] 3a*ael $err0 'asip! #iseño industrial por computador .O edición Editorial '23%4'&4, 8!2! ADC 2ssisi 8!3!L! %onsideraciones para el correcto diseño de un 1%& = 8imposio 2rgentino de sistemas embebidos 828E -.G AGC 'iguel 1areja 2paricio! #iseño y desarrollo de circuitos impresos con i%ad 3% LI&348 -.-! AFC ictor 3ossano =1roteus 8' simulación de circuitos electrónicos -.D!
INFO$RAFIA' ABC
http;@@"""!*uture"orss!com@tecnologicos@electronica@manuales@'anual P-delP-orcadP-Layout!pd*
K. REFERENCIAS &I&LIO$RAFÍA' A.C #aniel &enchimol! Electrónica prctica .O Edición! 1ublicación de $o6 2ndina en coedición con #2L2(2 8!2, -..! [2] 3a*ael $err0 'asip! #iseño industrial por computador .O edición Editorial '23%4'&4, 8!2! ADC 2ssisi 8!3!L! %onsideraciones para el correcto diseño de un 1%& = 8imposio 2rgentino de sistemas embebidos 828E -.G AGC 'iguel 1areja 2paricio! #iseño y desarrollo de circuitos impresos con i%ad 3% LI&348 -.-! AFC ictor 3ossano =1roteus 8' simulación de circuitos electrónicos -.D!
INFO$RAFIA' ABC
http;@@"""!*uture"orss!com@tecnologicos@electronica@manuales@'anual P-delP-orcadP-Layout!pd* AMC http;@@"""!*tdautomation!com@orcad=pcb=designer="ith=pspice ANC http;@@techdocs!altium!com@node@D.GBM A/C http;@@"""!altium=ru!com A.-C http;@@"""!hubor=proteus!es@proteus=pcb@ares!html
