¿Qué es la Captura Esquemática?
Introducción
En términos sencillos, la captura esquemática es el proceso de convertir un diseño en papel en una representación electrónica que las herramientas de software, como la simulación de circuitos o los paquetes de diseño de PCB, pueden procesar.
Principios básicos
Un esquema eléctrico es fundamentalmente una lista de componentes y los enlaces entre las conexiones de esos componentes. Puede tratarse de componentes electrónicos, desde una simple resistencia hasta un complejo chip de circuito integrado o una FPGA, o de componentes mecánicos como conectores, diales o interruptores.El proceso de captura esquemática debe incluir todo lo que el diseño del circuito necesita para funcionar, incluidas las conexiones eléctricas con su entorno. Por lo tanto, la atención a los detalles es vital; cualquier omisión en el diseño del circuito capturado esquemáticamente puede causar dolores de cabeza más adelante, cuando las cosas no funcionen como se esperaba, y posiblemente sea necesario realizar diagnósticos y acciones correctivas costosas.
El resultado del proceso de captura del esquemático suele ser una lista de nets (netlist) que puede importarse a otras herramientas de software, como un programa de simulación o un paquete de diseño de PCB.
Reglas de oro
A la hora de crear un esquemático, algunos consejos pueden ahorrar tiempo y evitar problemas en el futuro.
- El flujo de la señal debe ser siempre de izquierda a derecha, de entrada a salida. Del mismo modo, las fuentes de alimentación deben alimentarse de arriba a abajo. Esta convención garantiza que cualquiera que mire el esquema entenderá inmediatamente hacia dónde y desde dónde pasan las señales, así como qué líneas llevan señales y cuáles llevan alimentación.
- Todas las etiquetas deben seguir una convención de nomenclatura coherente para ayudar al lector a comprender y resaltar los posibles problemas. Por ejemplo, una conexión etiquetada como línea de alimentación, pero colocada como línea de señal, se distinguirá inmediatamente, ahorrando tiempo para la resolución de problemas más adelante, durante el proceso de diseño o fabricación.
- Las líneas no deben cruzarse ni converger, siempre que sea posible, a fin de evitar confusiones sobre la existencia o no de una conexión entre líneas. El uso de símbolos universales para las conexiones de alimentación puede reducir el número de líneas y hacer más claro el esquemático. Si, de todos modos, es necesario que las líneas se crucen, haz que esto sea evidente para el lector. Si las líneas se unen, limítate a un máximo de tres líneas. Ten en cuenta que el hecho de que más de tres líneas se junten en un punto se podría confundir con líneas que se cruzan.
- Si el esquemático es tan grande que abarca varias páginas, separa los componentes de modo que cada página tenga bloques funcionales completos, en lugar de colocar estos bloques de forma aleatoria en las páginas. Las conexiones por las que fluyen las líneas entre las páginas se deben poder identificar fácilmente.
- No te olvides de los componentes que no forman parte del diseño funcional: condensadores de desacoplamiento, filtros de línea, protección contra rayos. Muchos de los componentes que un dispositivo necesita para funcionar en el mundo real no forman parte de su funcionalidad básica. No obstante, el hecho de olvidar incluirlos en la captura esquemática invalidará los resultados de la simulación y ocasionará quebraderos de cabeza si no se incluyen al diseñar el layout del PCB.
- Y, para acabar, si algún aspecto del esquemático no está claro, añade una nota explicativa. Te lo agradecerás a ti mismo cuando vuelvas a mirar el esquema después de un tiempo y no puedas recordar algunas de las decisiones de diseño que tomaste en su momento.
Simulación de circuitos
Existen herramientas de simulación que permiten tomar un diseño esquemático, estimular las entradas y controlar las salidas teóricas. Estas herramientas permiten al diseñador probar el diseño del circuito en todas las condiciones de entrada posibles, verificar que el circuito funciona como se espera y validar el circuito frente a los requisitos generales del dispositivo para el que se implementa.
Todo componente y señal de entrada incluidos en el esquemático requieren que se definan sus parámetros de funcionamiento y sus características de rendimiento. Aunque los detalles de los componentes estándar suelen estar disponibles en las bibliotecas de datos, los componentes a medida o poco comunes pueden precisar que se defina e introduzca esta información. Recuerda que la simulación será tan buena como los datos que utilice. Cualquier error, por pequeño que sea, puede dar lugar a resultados engañosos o poco representativos, que sólo se harán patentes cuando el aparato montado ya esté en funcionamiento.
Es importante recordar que las herramientas de simulación te muestran lo que hará el circuito en condiciones perfectas. Por tanto, a menos que se añadan al modelo, no tendrán en cuenta los efectos del mundo real, como pérdidas en las pistas debidas a la impedancia o la generación de ruido radiado. Además, no tendrán en cuenta las interferencias de las emisiones de ruido radiado o conducido recibidas, la interferencia entre líneas de señal y otros efectos indirectos.
Un buen diseñador investigará la susceptibilidad de su diseño de circuito a estos factores y los introducirá en el diseño del PCB como restricciones que se traducen en parámetros de anchura mínima y longitud máxima de las pistas, restricciones de separación de las pistas y requisitos de blindaje/apantallamiento.
Diseño de PCB
Diversas herramientas permiten convertir automáticamente los diseños esquemáticos en layouts de PCB, optimizando la posición de los componentes y las pistas, con el fin de maximizar el rendimiento y cumplir con las restricciones especificadas. Sin embargo, siempre es conveniente volver a comprobar el diseño esquemático antes de comprometerse a fabricar una placa. La mayoría de los paquetes incluyen funciones de comprobación de reglas que pueden detectar errores, aunque éstas no puedan sustituir a una revisión manual.
Algunos problemas sencillos, como la colocación de condensadores de desacoplamiento demasiado lejos de los componentes, pueden sortear la comprobación automática, por lo que es necesario estar atento. Todo error, por sutil que sea, puede suponer una pérdida de tiempo y dinero cuando el PCB no funcione. Resolver los problemas menores taladrando agujeros y añadiendo cableado a las trazas de derivación puede ser satisfactorio para la creación de prototipos únicos, pero no es la solución ideal cuando se trata de la producción en serie.
En resumen
Para responder a la pregunta " ¿qué es la captura esquemática?" podríamos decir que se trata de un proceso que permite al diseñador realizar una simulación de su circuito con el fin de validar su diseño y, a continuación, crear un layout óptimo del PCB con el mínimo esfuerzo. Sin embargo, es necesario que el diseñador realice comprobaciones cuidadosas en cada etapa del proceso, para evitar que los errores repercutan en las etapas siguientes. Las herramientas de simulación y los paquetes de diseño de PCB permiten elaborar esquemáticos y facilitar la vida del diseñador. Aun así, nunca son perfectos, y el diseñador no debe confiar ciegamente en los resultados que le dé una herramienta, sin haberlos revisado minuciosamente.
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