¿Qué se Entiende por Diseño de Circuitos?
El término «diseño de circuitos» se refiere a la creación de circuitos electrónicos. Puede abarcar desde transistores individuales en un circuito integrado hasta circuitos complejos. En el caso de los circuitos de diseño sencillo, a menudo una sola persona puede realizar todo el proceso. Sin embargo, no es necesario un diseñador de circuitos para todos los proyectos.
Como diseñador, debe conocer las funciones que desea realizar para crear un circuito que las cumpla. Después, una vez completado el circuito, debes probarlo y verificarlo para asegurarte de que cumpla tus necesidades. El proceso de verificación es muy matemático y a veces implica simulaciones por ordenador a gran escala. Además, el proceso de verificación debe seguir unas reglas específicas para garantizar que el circuito funciona correctamente.
Cuando diseñes un circuito, debes tener en cuenta cómo funcionará y su ubicación. Esto le ayudará a hacer cambios sin malgastar dinero en algo que no funcionará. Afortunadamente, los programas de software de diseño de circuitos hacen que este proceso sea rápido y sencillo. Además, estos programas le ayudan a probar diferentes diseños de circuitos electrónicos para asegurarse de que funcionarán correctamente en el mundo real.
Además del diseño, los diseñadores de circuitos también deben conocer las últimas tendencias en seguridad. De este modo, pueden garantizar que sus diseños son seguros frente a los piratas informáticos. También pueden informar a sus clientes sobre posibles ataques. Trabajar como diseñador de circuitos es una opción profesional apasionante porque te permite trabajar en diferentes proyectos y utilizar tu creatividad. También puedes influir realmente en la vida de las personas diseñando y desarrollando nuevos productos.
Reglas para Crear un Circuito
Al crear un circuito, tenemos que identificar los nodos y las uniones. Los nodos son las conexiones que permiten el paso de la corriente eléctrica entre dos puntos. Las uniones son dos puntos que comparten el mismo potencial eléctrico. El número de nodos de un circuito depende del tipo de circuito.
Un circuito suele tener tres componentes esenciales: una vía conductora, una vía no conductora y una fuente de energía. Todo equipo eléctrico necesita una fuente de energía para funcionar. La fuente de energía debe ser capaz de mover la electricidad desde un lugar de baja energía a otro de alta energía.
La primera regla de los circuitos eléctricos es que debe existir una trayectoria conductora cerrada desde el terminal positivo hasta el terminal negativo. Una trayectoria conductora cerrada también se conoce como bucle. La cantidad de electricidad que fluye a través de una espira es directamente proporcional a la cantidad de resistencia, lo que se conoce como caída de tensión. La Ley de Ohm permite calcular la tensión a través de una serie de resistores.
La segunda regla de los circuitos de diseño es la capacidad de controlar el flujo de electricidad. Un circuito no debe generar más electricidad que su capacidad. De lo contrario, la pila y el cable se calentarán y se quedarán sin energía.
Proceso
Los circuitos de diseño tienen varios componentes básicos. Entre ellos están los transistores, las resistores, los condensadores y los cables. A continuación, se conectan para crear circuitos más complejos. Por último, se combinan para crear dispositivos más sofisticados, como puertas lógicas, amplificadores de precisión, sumadores y multiplicadores. Cada bloque de construcción sucesivo aumenta su complejidad.
Los elementos del circuito se ensamblan en el sustrato de silicio para realizar una función objetivo. Este proceso se denomina «diseño físico». En primer lugar, implementamos los elementos fundamentales del circuito en formas geométricas sobre un sustrato de silicio. Estos elementos deben cumplir las especificaciones requeridas. Por lo tanto, a la hora de diseñar un circuito, es fundamental tener en cuenta el proceso de fabricación.
A la hora de diseñar un circuito, es esencial seguir un esquema sistemático para facilitar la visualización. Aunque podemos dibujar circuitos a mano para circuitos sencillos, los diseños de circuitos más complejos requieren el uso de software ECAD. En muchos casos, un cliente especificará el software ECAD en la descripción de su trabajo. Una herramienta ECAD profesional tendrá las funciones necesarias para crear esquemas, diseños de una placa de circuito impreso, ilustraciones, listas de materiales y archivos Gerber.
Los switches interrumpen el flujo de corriente y activan distintas funciones de un circuito. Son dispositivos binarios – ON u OFF – que controlan el funcionamiento del circuito. Los switches son dispositivos mecánicos con dos terminales conectados a contactos metálicos.
El proceso de diseño de circuitos electrónicos consta de dos etapas principales: análisis y síntesis. Este proceso requiere que el diseñador prediga con exactitud el voltaje y la corriente en cada nodo de un circuito. Lo ideal es que el diseñador pueda predecir la salida del circuito en cada nodo, incluidas las fuentes de alimentación. Aunque el análisis manual es posible, el análisis de circuitos asistido por ordenador es una forma más eficaz de crear circuitos electrónicos, ahorrando tiempo y dinero.
Estrategias de Desarrollo de Circuitos Electrónicos
Al desarrollar un circuito electrónico, hay que tener en cuenta varios factores clave en el ciclo de desarrollo del producto. Uno de los aspectos más importantes es la integridad del proceso de producción. Comunicar cualquier cambio realizado en el esquema a los equipos mecánicos y de compras es esencial. Dado que los circuitos electrónicos son críticos y vitales, los ingenieros tienen que utilizar un software fácil de usar y que pueda documentar todos los cambios realizados.
Los circuitos tienen que ser compactos y contar con interconexiones fiables entre sus componentes. A medida que los dispositivos se hacen más pequeños, los cables superpuestos provocan interferencias que pueden causar su mal funcionamiento.
Un circuito básico consta de una fuente de corriente, conductores y una carga. La fuente y la carga se conectan a una fuente de alimentación. El propósito principal de un circuito es permitir que fluya la electricidad. La fuente de tensión es un dispositivo de dos terminales que proporciona la diferencia de potencial necesaria para que la corriente circule por un circuito. Otro elemento esencial es la carga o dispositivo que consume electricidad. La carga más sencilla es una bombilla, pero los circuitos más complejos pueden contener muchas cargas diferentes.
Factores a Tener en Cuenta al Crear un Diseño de Circuitos
Al crear un diseño de circuito, hay que tener en cuenta varios factores. En primer lugar, debes comprender los componentes básicos del circuito y cómo funcionan juntos. Una vez que sepas esto, puedes empezar a diseñar un circuito. Unir estos componentes básicos no siempre es sencillo y puede requerir algo de práctica.
Parámetros de Circuitos Integrados
Los parámetros de los circuitos integrados se refieren a las especificaciones de varios elementos de los circuitos integrados. Estos parámetros afectan al rendimiento del CI controlando su velocidad, disipación de potencia y generación de calor. Por lo tanto, debemos tener en cuenta estos parámetros en todos los niveles del proceso de diseño de circuitos electrónicos. A la hora de implementar circuitos avanzados, es esencial tener en cuenta los siguientes factores:
El diseño físico implica la creación de elementos de circuito en una oblea de silicio. El proceso comienza con un «plano del chip», que describe sus funciones, entradas y salidas. A continuación, colocamos los elementos del circuito en un sustrato de silicio para prepararlo para la fabricación. A menudo, las técnicas de trazado personalizadas responden a requisitos de diseño específicos. Para ello se utiliza una herramienta informática llamada editor de trazado de circuitos integrados.
Componentes Pasivos
Los componentes pasivos son esenciales para los circuitos y dispositivos electrónicos. Pueden reducir la cantidad de electricidad que circula por un circuito, almacenar energía y producir inductancia. Los componentes pasivos también pueden ayudar a aumentar la tensión y la corriente. Estos componentes son útiles en la mayoría de los circuitos electrónicos. Algunos ejemplos comunes de componentes pasivos son las bombillas incandescentes y los altavoces. Los altavoces utilizan transductores para hacer vibrar sus conos y crear ondas sonoras. Los transductores también son útiles en aplicaciones de radiofrecuencia. Los encontramos en dispositivos GPS, radios, routers inalámbricos y módems.
Los componentes pasivos también son importantes en el diseño de PCB. La mayoría de los diseñadores de PCB tienen que incorporar componentes electrónicos pasivos en sus diseños. Deben ser capaces de encontrar huellas de PCB precisas para estos componentes y saber cómo utilizar las huellas existentes para nuevos componentes. Sin embargo, algunas bibliotecas de software ECAD sólo incluyen una pequeña selección de componentes pasantes o SMD. Para evitar este problema, los diseñadores deberían añadir a sus bibliotecas las huellas de PCB más comunes.
Plano de Tierra
Al diseñar circuitos, es esencial tener en cuenta el plano de tierra. El plano de tierra es la ruta conductora desde un componente al resto del circuito. Debe estar libre de anillos conductores para evitar interferencias electromagnéticas. De lo contrario, puede provocar bucles de masa y campos magnéticos externos. Un plano de tierra debe pasar por debajo de los componentes electrónicos, pero no debe cubrir toda la capa inferior. Si esto no es posible, puede ser necesario ajustar la disposición de los componentes y las trazas.
Los planos de tierra también mejoran la integridad de la señal. El uso de un plano de tierra puede ayudar a garantizar que el circuito no experimente diafonía entre las trazas de señal. Esto reduce el ruido y mejora la integridad de la señal de las líneas de transmisión de alta velocidad.
Trayectoria de Retorno de Corriente
Diseñar circuitos es todo un reto y requiere conocer los métodos y componentes fundamentales. Comprendiéndolos, se puede desarrollar un diseño de circuito electrónico que funcione. Desgraciadamente, unir estos componentes no siempre es fácil y puede llevar varios intentos hasta que se consiga.
Evitar las Pistas Paralelas
Al diseñar circuitos, las pistas paralelas pueden provocar diafonía. La cantidad de diafonía depende de la longitud y la proximidad de las pistas. Lo mejor es mantener las pistas separadas a una distancia inferior a 90 grados para reducir la diafonía. Además, al diseñar circuitos, evite utilizar pistas paralelas siempre que pueda.
Reglas de Diseño de Circuitos de Alta Velocidad
Cuando se diseñan circuitos militares de alta velocidad, la mejor forma de minimizar los errores de enrutamiento es evitar que las señales estén demasiado cerca de los bordes de la placa de circuito impreso. Sin embargo, esto puede causar problemas con la impedancia de la traza y la integridad de la señal. También es buena idea separar los planos de tierra analógicos y digitales. Para facilitar el enrutado, coloque dos planos de referencia, uno para digital y otro para analógico, y coloque los componentes debajo de ellos.
Las reglas de diseño de circuitos electrónicos de alta velocidad también incluyen evitar los stubs, que pueden actuar como antenas y provocar reflexiones. Una fuente habitual de stubs son las resistencias pull-up o pull-down utilizadas en las rutas de señal de alta velocidad. También hay que elegir con cuidado las vías de retorno de la señal, ya que una elección equivocada puede causar acoplamiento de ruido y problemas de EMI. También conviene evitar el uso de pads no utilizados en el diseño.