Como crear un plano de masa con Eagle

Cuando tenemos un circuito de audio es necesario, para un mejor apantallamiento y evitar zumbidos, crear un plano de masa. Es decir, cubrir con el polo negativo la mayor cantidad posible de cobre, tanto por la cara de arriba (top), como por la cara de abajo (bottom), de nuestra placa de circuito impreso. Una vez que tengamos la placa lista con los componentes en su sitio y las pistas totalmente terminadas procederemos de la siguiente manera para crear un plano de masa.

Primero seleccionamos en el icono  la capa top, los pads, y las vías.

Después seleccionamos en la barra de herramientas de la izquierda la herramienta "polígono".

Se nos crea en la parte superior las opciones de dicha herramienta. Nos vamos a fijar en la que pone "insolate".

Que por defecto está en "0". Con este número vamos a definir la distancia que habrá entre nuestro plano de masa y las pistas. A menor número, "0" es el mínimo, menor distancia, y a mayor número, mayor distancia. Un "insolate" de "1.016" puede ser un valor aceptable, es cuestión de probar con la distancia que más nos guste. Poca distancia entre pistas puede suponer un contacto indeseado que puede producirse por un atacado del ácido poco agresivo. Ahora hacemos un polígono alrededor de nuestra placa de circuito impreso.

Ahora seleccionamos, en las herramientas de la izquierda, el icono "name"  y se nos abre una ventana donde escribiremos el nombre que hemos dado a nuestro polo negativo, en nuestro caso GND.

Nos preguntará con qué señal queremos conectar.

Elegimos GND y aceptamos. Y éste es el resultado.

Repetiremos los mismos pasos para la capa "bottom", de esta forma hemos creado un plano de masa por las dos caras.

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TIPS PARA EAGLE: Esquemáticos mas limpios con Labels (Etiquetas)

Existen ocasiones en las que el número de conexiones entre los elementos de un circuito son demasiadas y generan una gran carga de lineas que van de un lado a otro del diagrama. En ciertos casos los buses nos pueden hacer más fácil la tarea de agrupar determinadas señales, sin embargo, cuando las señales no tienen relación alguna o bien no queremos agruparla en un bus, podemos utilizar “labels” para interconectar los elementos de un diseño.

Las etiquetas o “labels” simplemente nos permiten interconectar partes de un diseño sin tener una linea visible entre los pines en el esquemático, produciendo la mayor parte de las veces un esquemático más limpio y más entendible. En esta entrada explicamos como utilizarlas.

PROCEDIMIENTO PARA INTERCONECTAR PINES  MEDIANTE ETIQUETAS (LABELS).

1. Lo primero que debemos hacer es colocar un alambre corto desde el pin al que deseamos conectar, que no conducirá a ningún otro pin (con la herramienta “Net”) .
2. Luego utilizamos la herramienta “Name” para cambiar el nombre de la señal que transporta el alambre que acabamos de colocar. Trataremos de usar nombres descriptivos, por ejemplo si estamos conectando mediante etiquetas el bus SPI, podemos nombrar SPI_SCK, SPI_MISO, SPI_MOSI, SPI_CS a las señales del bus.
3. Finalmente, mediante la herramienta “Label” colocamos una etiqueta que identifica la señal a la que estamos conectando ese pin. Este paso es solamente estético y con el fin de permitir la lectura del esquema, realmente las señales se conectan desde el paso anterior.
4. Repetimos los pasos anteriores para cada uno de los pines que deseamos conectar a las señales.

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TIPS PARA EAGLE: Agrupando señales con la herramienta “Bus”

En informática, un bus es el medio físico a través del cual se transfiere información entre los componentes de una computadora, o bien, entre la computadora y sus periféricos. Cuando trabajamos con microcontroladores es habitual encontrarnos con dispositivos que utilizan buses paralelos para comunicarse con el procesador; tal es el caso de los famosos chips HD44780 y KS0108, ambos controladores para pantallas LCD monocromáticas con bus paralelo de 8 bits.

En EAGLE, podemos agrupar las señales que pertenecen a un bus y lograr esquemáticos de mayor calidad.

PASOS PARA CREAR UN BUS EN EL ESQUEMÁTICO.

1. Utilizando la herramienta “Bus” creamos las lineas que han de representar el bus de datos que comunica a los circuitos integrados. Colocamos la linea del bus cercana a los pines que deseamos conectar.
2. Seleccionamos la herramienta “Name” y cambiamos el nombre del bus por uno que nos resulte familiar, en este ejemplo vamos a utilizar el nombre “DATA”. Inmediatamente después del nombre del bus definimos el número de señales que lo conforman, por ejemplo un bus de 8 bits que contendrá señales desde el bit 0 hasta el 7 recibiría el nombre de DATA[0..7]. Este valor es el que colocamos dentro del cuadro de dialogo de la herramienta “Name”.
3. Seleccionamos la herramienta “Net” que nos permitirá conectar cada uno de los pines del dispositivo al bus de datos .
4. Teniendo seleccionada la herramienta “Net” hacemos clic sobre la linea azul que representa el bus, se desplegará un menú que contiene las señales del bus, seleccionamos la señal a la cual queremos conectar y luego la llevamos hasta el pin que deseamos.
5. Repetimos el procedimiento con las señales restantes.
6. Colocamos una etiqueta que nos ayude a visualizar el nombre del bus, hacemos esto utilizando la herramienta “Label”.
7. En caso de ser necesario etiquetamos las señales individuales que se desprenden del bus.

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TIPS PARA EAGLE: Margenes en el Esquematico

En esta entrada explicaremos como colocar el margen a nuestrosdiagramas esquemáticos. El margen de un diagrama en EAGLE se coloca usando una librería y un símbolo para el esquemático.

El margen nos permite distribuir los símbolos del diagrama, de manera que al imprimir en papel, nuestro diagrama corresponda con el tamaño físico de la página. Además el margen nos proporciona unos espacios para colocar datos importantes de nuestro diseño, como lo son la fecha, versión,  el nombre del archivo y el autor. En resumen, colocando un margen mejoramos la apariencia y calidad de nuestro trabajo.

PROCEDIMIENTO PARA COLOCAR UN MARGEN AL DIAGRAMA.

1. En el editor de esquemáticos hacemos click en el botón “Add”.
2. En el cuadro de díalogo “Add” buscamos la librería llamada “frames”. En esta librería se encuentran los símbolos que actúan como margenes en los diagramas esquemáticos.
3. Buscamos el tamaño de página que se ajuste a nuestras necesidades y añadimos el símbolo a nuestro diagrama. En mi caso, cuando imprimo los diagramas habitualmente utilizo papel “carta”, por lo tanto me resulta conveniente ese tamaño de papel. Me gusta utilizar la hoja en orientación horizontal, por lo tanto utilizo el margen “letter landscape” (LETTER_L).
4. Retornaremos al esquemático con el símbolo del margen listo para ser colocado. De preferencia debemos hacerlo de tal forma que el origen del margen coincida con el origen de nuestra página.Presionamos la tecla “ESC” para finalizar y salir del modo de añadir componente (Add).
5. En este momento ya tenemos colocado nuestro margen y podemos comenzar a dibujar dentro de el. Si se quiere, podemos colocar algún texto para complementar la información que incluye el margen por defecto. Por ejemplo podemos colocar nuestro nombre, página web o empresa en la parte superior del recuadro destinado a la rotulación.
6. Usando la herramienta “Text” podemos personalizar los campos del cuadro de rotulación, nos aseguramos que el texto quede asentado en la capa 94 Symbols. El resultado final será parecido a este:

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TIPS PARA EAGLE: Trabajando con Poligonos

En esta entrada vamos a explicar como utilizar los polígonos en EAGLE para rellenar porciones de cobre. Esto resulta útil cuando deseamos crear planos de masa (tierra) o hacer que alguna otra señar “inunde” una parte del cobre en el PCB. La herramienta de polígono es muy poderosa y nos permitirá hacer justamente eso: rellenar de cobre  fácilmente una sección de nuestro circuito impreso.

Esto resulta bastante útil para  llevar alimentación hacia nuestro circuitoy proveer un camino de baja impedancia para conectar nuestros componentes a GND. En esta entrada veremos algunas propiedades de los polígonos y como afectan la interacción de estos elementos.

PROCEDIMIENTO PARA CREAR UN POLÍGONO CONECTADO A GND

1. Para crear un polígono, utilizaremos la herramienta “Polygon” y realizaremos los trazos para darle forma a la figura.
2. Para dar forma al polígono hacemos clic en cada uno de los vértices, en este caso, estoy colocando el poligono en toda el área de mi tarjeta, por lo que hice clic en cada uno de los vértices señalados por la capa “Dimension”.
3. Al terminar de dibujar la figura, veremos que el polígono aparece sin relleno, utilizamos la herramienta “Ratsnest” para que EAGLE vuelva a calcular y dibujar los polígonos.
4. Nuestro PCB con el polígono dibujado debería verse similar a la siguiente figura. En este paso, el cobre contenido en el interior del polígono no se encuentra conectado con ninguna señal (net).
5. Para conectar el polígono con una de las señales presentes en el circuito utilizaremos la herramienta “Name” y asignaremos al polígono el mismo nombre de la señal con la cual deseamos conectarlo. Con la herramienta “Name” seleccionada, hacemos clic en el borde del polígono.
6. En el cuadro de dialogo que aparece, escribiremos el mismo nombre de la señal con la cual deseamos conectar y damos clic en OK. Para conectarlo a la tierra (masa) del circuito, utilizamos el nombre GND.
7. Nuevamente ejecutamos el comando “Ratsnest” para volver a dibujar el polígono y observar el resultado final. En esta ocasión vemos que el polígono esta conectado a todos los pines de tierra.

PROPIEDADES DE UN POLÍGONO.

• Al seleccionar la herramienta de polígono, aparece en la parte superior de la pantalla la barra de herramientas dedicada a las opciones del polígono que vamos a trazar, esta barra nos permite configurar la mayoría de las opciones del polígono antes de comenzar a trazar.

• El cuadro de propiedades del polígono, nos permite definir la relación del polígono con los componentes y otras señales que están ruteadas dentro del polígono.

• “Polygon Pour” – Permite cambiar el tipo de relleno: Sólido y Cuadrícula.
• “Spacing” – Cuando el relleno del polígono es cuadricula, define el espacio entre los trazos.
• “Isolate” – Nos permite configurar el espacio entre las pistas que llevan señales y el relleno del polígono.
• “Orphans” – Si se activa, se permitirán trozos de polígono que no están conectados a ninguna señal debido a que una pista obstruye el camino.
• “Thermals” -  Cambia el diseño de los pads para facilitar la soldadura. Por ejemplo en planos de masa es muy dificil soldar un componente cuyo pad esta completamente unido al cobre. Activando la opción “Thermals” EAGLE conecta el pad con el polígono usando lineas delgadas de cobre, evitando que el calor del soldador se transfiera rápidamente al cobre.

FINALMENTE…

Hay que decir que deliberadamente dejamos fuera de esta entrada algunas opciones de los polígonos, esperando poder crear otra entrada relacionada con el tema en donde explicaremos los detalles pendientes.

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TIPS PARA EAGLE: Reglas de Diseño (DRC)

En esta entrada trataremos los ajustes básicos que debemos  modificar para asegurarnos que nuestros diseños cumplan con los requerimientos y limitaciones tecnológicas del fabricante de circuitos impresos.

Estos ajustes son esenciales en el proceso de diseño de un PCB que se fabricará de manera profesional y también nos pueden ayudar para mejorar el resultado de los circuitos impresos producidos de manera casera.

DIALOGO DE CHEQUEO DE REGLAS DE DISEÑO.

Antes de enviar un diseño  en EAGLE para su fabricación a una casa de PCB, debemos verificar que nuestro diseño se encuentre dentro de los límites de producción. Para esto EAGLE nos ofrece una herramienta que nos informará de cualquier zona problemática para realizar la producción.

Para modificar los parámetros, utilizamos el dialogo de DRC (Design Rule Check) al que podemos acceder haciendo click en el botón “DRC” en la paleta de herramientas izquierda de EAGLE o bien en la barra de menú nos dirigimos a Tools > DRC…

Dialogo de Revisión de reglas de diseño, en este se muestra la descripción que le hemos asignado al juego de reglas.

En este artículo nos concentraremos en circuitos impresos de una y dos capas, como la primera pestaña (titulada “layers”) esta dedicada a modificar ajustes para PCB multicapa, podemos pasar a explicar la siguiente pestaña que es de gran importancia, ya que aquí se definen las reglas de separación entre las pistas en las caras del PCB.

REGLAS DE ESPACIADO (CLEARANCE).

En la pestaña de “clearance” podemos introducir el espaciado que debe existir entre los pads “through hole”, pads SMD, vias y las pistas.Habitualmente los fabricantes de PCBs que trabajan con pequeños loteso circuitos impresos individuales requieren un espaciado mínimo de 8 milésimas de pulgada. No hace falta explicar mucho por que el mismo software nos va mostrando una imagen que ilustra el ajuste que vamos a modificar.

En las reglas de espaciado (clearance), podemos modificar la separación entre elementos de cobre en nuestro diseño.

"En caso de que queramos definir las reglas para fabricar nuestros PCBs por el método de la plancha o cualquier otro método casero, será necesario considerar un espaciado de al menos 12 mil."

REGLAS DE DISTANCIA (DISTANCE).

En esta pestaña podemos definir la distancia entre los elementos de cobre en el diseño (pads through hole, pads SMD, vías, pistas, etc) y el borde exterior del PCB. Por ejemplo, podemos definir si no queremos pistas a menos de 20 mil del borde (definido por la linea en la capa “dimension”).  También podemos configurar la distancia mínima entre perforaciones (taladros) localizados dentro del área del PCB.

En esta pestaña podemos definir los espacios entre los elementos de diseño y el borde del PCB.

REGLAS DE TAMAÑO (SIZES).

En esta pestaña hay dos ajustes primordiales para modificar. Para PCBs de doble cara los ajustes que nos interesan son: “Minimum Width”  que modifica el tamaño (espesor) mínimo de las pistas de cobre y “Minimum Drill” que especifica el diámetro mínimo de la herramienta para realizar perforaciones en el PCB. Las otras dos opciones que se presentan en esta página aplican solamente para PCBs de más de dos capas y por ahora no las trataremos.

En esta pestaña podemos cambiar el grosor de las pistas y el diámetro mínimo de las perforaciones

De nuevo, aquí hay que considerar la anchura máxima de pista que seamos capaces de lograr con el método casero para fabricación de PCBs y también el tamaño mínimo de las perforaciones de acuerdo a las herramientas que tengamos.

TAMAÑO DE LAS VÍAS Y PADS (RESTRING).

En esta pestaña podemos cambiar el tamaño de los pads y vias en componentes through-hole. La anchura del anillo de cobre que rodea las vias y pads se define como un porcentaje del díametro de la perforación.  EAGLE también nos permite definir un mínimo y un máximo, de manera que si tenemos una perforación muy pequeña, el tamaño del cobre sea suficiente para poder cumplir con las limitaciones de fabricación.

El tamaño de los pads se define como un porcentaje del diámetro de la perforación.

En el caso de que estemos diseñando nuestros circuitos para su fabricación casera debemos tomar en cuenta este parámetro, ya que el juego de reglas por defecto tiene valores muy pequeños y esto dificulta mucho las cosas al momento de perforar el PCB. Igualmente, al diseñar para su fabricación por un tercero, debemos tomar en cuenta que algunos servicios de PCB económicos tienen problemas para realizar las perforaciones en el centro del pad, pudiendo causarnos problemas con el contacto eléctrico de una cara a otra.

Brocas sin filo y problemas con los archivos Gerber pueden causar perforaciones desplazadas del centro

OTROS AJUSTES.

Shapes: Permite ajustar la forma de los pads SMD y Through-Hole. Por ejuemplo podemos redondear los pads de componentes de montaje superficial o asignar pads de distintas formas para el primer pin de encapsulados DIP.

Supply: Esta pestaña nos permite realizar ajustes que definen como se conectan los pads a las capas de distribución de poder, por ejemplo como se conectan los pads a los polígonos de GND o VCC.

Masks: En esta pestaña podemos configurar como generará el programa las capas de máscara antisoldante. La máscara antisoldante por defecto no se aplica para vías ni pads.

Misc: Aquí encontraremos opciones varias sobre como el programa realiza la revisión de las reglas de diseño, por ejemplo podemos forzar al programa para que lance errores si los componentes no estan alineados a la cuadricula (grid).

 CONCLUSIÓN.

En este artículo hemos cubierto las reglas de diseño básicas haciendo énfasis en las relacionadas con el tamaño de los pads y vias, ya que esto representa un problema al crear nuestros PCBs en casa, sin embargo, también tratamos de cubrir ciertos puntos que merece la pena tratar cuando pensamos llevar los circuitos a producción.

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