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Posted by on Abr 15, 2014 in Otros PCB, PCB | 2 comments

ORCAD: Guía diseño de PCB

ORCAD: Guía diseño de PCB

Orcad 10.5 Layout & PCB (Diseño y Fabricación de PCBs)

 

La simulación de un circuito en Orcad precisa dar a la computadora un conjunto de datos referentes al comportamiento respecto a ciertos parámetros físicos, como el tipo de simulaciones que desean realizarse, señales de estimulo, etc. Además se puede expresar eficazmente de forma gráfica la topología de conexiones.

 

Es importante resaltar que el uso de los programas de simulación, nunca deben de sustituir al proceso de montaje y experimentacion en los laboratorios, sino que deben utilizarse como herramienta complementaria para determinar las posibles variaciones entre el comportamiento teórico y el comportamiento real de los circuitos.

 

El programa SPICE, Simulation Program with Integrated Circuits Emphasis, proporciona una herramienta muy interesante para poder determinar el funcionamiento de circuitos electricos y electronicos tanto analogicos como digitales, sin necesidad de tener que recurrir a su montaje en laboratorio. Desarrollado en la California-Berkeley University, en los años 70´s, fue mejorandose hasta aparecer en 1984 como el programa PSpice. La absorcion de la empresa por Microsim Corporation, propietario del programa PSpice, por parte deOrCAD, ha supuesto lograr la union en una sola aplicación de los programas mas potentes de simulacion digital y analogica.

 

Las versiones modernas incorporan varias partes, cada cual con función especifica, si bien son tras las que se consideran impresindibles dentro del manejo del programa:

Capture, PSpice A/D y Layout

 

  1. Capture/ Capture CIS. Es un capturador de esquemas de permite dibujar circuitos o modificar los chequeos ya creado. Además dará la posibildad de editar componentes, seleccionar el tipo de análisis, realizar chequeos eléctricos, etc. Puede considerarse queCapture es el entorno principal de trabajo, porque del mismo, pueden ejecutarse otros programas auxiliares para configurar señales de estimulos, módulo del Editor o procesar graficamente los resultados de la simulación, módulo Pspice A/D.
  2. Pspice A/D. Es la parte del paquete de OrCAD PSpice, encargada de realizar la simulacion del comportamiento del circuito para el análisis seleccionado. Cuenta con un capturador de ondas que posibilita visualizar los resultados de la simulación de un modo gráfico a traves del monitor del ordenador. Posee como principal herramienta el uso de cursores que determinaran el valor exacto de las coordenadas de un punto cualquiera de la señal representada.
  3. Pspice Model Editor. Es un programa que permitira modelar cualquier elemento de una librería o incluso diseñar elementos propios a partir de carácteristicas fisicas.
  4. Pspice Stimulus Edito. Permitira generar diferentes tipos de señales, con la posibilidad de visualizarlas a la vez que se estan diseñando.
  5. Layout plus. Permite el diseño de PCB ayudandose de los módulos anteriores o ficheros de otros programas: creación del circuito con sus componentes, su ubicación o emplazamiento sobre la placa, la interconexion, la generación de mascaras y finalmente la documentacion.

 

 

 

DESARROLLO

Creación de un nuevo proyecto en OrCAD.

 

 

Para poder realizar un esquemático en el OrCAD PSpice, es necesario iniciar el programa. En Inicio > Todos lo programas > OrCAD > Capture como se muestra en la Figura 1.

 

Nota: Dependiendo del sistema operativo, sera como se encuentre la ruta de destino.

 

Orcad

Figura 1. Ruta.

 

El programa se inicia (Figura 2).

 

Orcad

Figura 2. Arranque de Orcad.

 

Posterior al incio, aparecera una ventana, esta ventana es la pantalla principal del Capture. En el Capture se visualizan los distintos menus disponible, asi como la barra de herramientas de la aplicación, como se muestra en la Figura 3.

 

Figura 3. Creación de un nuevo proyecto.

 

Para crear un nuevo projecto, damos clic, en el menu File>New>Project como se muestra en la Figura 4.

 

Al continuar se abrira un cuadro de dialogo como se muestra en la Figura 5, donde se muestran las opciones:

 

  • Analog or mixed A/D
  • PC Board Wizard
  • Programmable Logic Wizard
  • Schematic

 

Seleccionamos Analog or Mixed A/D

 

 

Figura 4. Menu File

 

Orcad

Figura 5. Cuadro de diálogo para nuevo proyecto.

 

Es importante seleccionar un directorio donde guardaremos el proyecto, al hacer clic en el boton Browse… se abrira un cuadro de dialogo como se muestra en la Figura 6.

 

Ahí seleccionamos un directorio y presionamos OK.

 

Orcad

Figura 6. Cuadro de Dialogo para guardar en un directorio.

 

Escribimos el nombre del proyecto en la caja de edición (Figura 7) y presionamos el boton de OK

 

Orcad

Figura 7. Escribiendo el nombre del proyecto

 

A continuación seleccionamos Create a blank project (Figura 8)

Orcad

Figura 8.Blank Project.

 

Se abrirá una ventana con el Schematic como se muestra en la Figura 9.

 

Orcad

Figura 9. Schematic.

 

Para comenzar a colocar componentes, en el menú Place hacemos clic en Part, o simplemente presionamos la tecla P. (Figura 10).

 

Orcad

Figura 10. Menú Place

 

Orcad

Figura 11. Segundo opción para Place.

A continuación se abrirá un cuadro de dialogo con algunos componentes. Si queremos agregar más, damos clic en Add Library, como se muestra en la figura 12.

 

Nota: Al iniciar el programa por primera vez, este cuadro aparece vacío, por lo que es necesario acceder a los componentes de PSpice mediante Add Library.

 

Orcad

Figura 12. Place Part.

 

Se abrirá una ventana de exploración, donde aparecerán los elementos a agregar Figura 13.

Orcad

Figura 13. Browse File. Encontrará elementos para agregar la biblioteca.

Seleccionamos cada librería (Figura 14) y presionamos en Abrir. Automáticamente aparecerán todos en la biblioteca y estarán listos para ser agregados al proyecto, como se muestra en la figura 15.

 

Orcad

Figura 14. Selección de las librerías.

Figura 15. Elementos agregados a la biblioteca.

Una ventaja de OrCAD PSpice, es que nos permite tener componentes por fabricante, en este caso se toma como ejemplo el amplificador operacional (OPAMP), que se identifica generalmente como  IC741. Este integrado lo podremos encontrar por fabricante como se muestra en las Figuras 16, 17, 18.

 

Para colocar el elemento en Schematic solo hay que escogerlo, presionar Ok, y colocarlo en algún punto de la hoja de trabajo.

Figura 16. LM741 Texas Instrument.

 

Figura 17. UA741 Fairchild

Figura 18.AD741 Analog Devices.

 

Figura 19. Colocando un elemento en Schematic.

Printer Circuit Board (PCB).

 

 

En electrónica, un circuito impreso, tarjeta de circuito impreso o PCB (del inglés printed Circuit Board), es una superficie constituida por caminos o pistas de material conductor laminadas sobre una base no conductora. El circuito impreso se utiliza para conectar eléctricamente (a través de los caminos conductores, y sostener mecánicamente) por medio de la base, un conjunto de componentes electrónicos. Los caminos son generalmente de cobre mientras que la base se fabrica de resinas de fibra de vidrio reforzada (la más conocida es la FR4), cerámica, plástico, teflón o polímeros como la baquelita.

 

La producción de los PCB y el montaje de los componentes pueden ser automatizada. Esto permite que en ambientes de producción en masa, sean más económicos y confiables que otras alternativas de montaje.

 

La Organización IPC (Institute for Printed Circuits), ha generado un conjunto de estándares que regulan el diseño, ensamblado y control de calidad de los circuitos impresos, siendo la familia IPC-2220 una de las de mayor reconocimiento en la industria. Otras organizaciones tales como American National Standards Institute (ANSI), International Engineering Consortium (IEC), Electronic Industries Alliance (EIA), Joint Electron Device Engineering Council (JEDEC) también contribuyen con estándares relacionados.

 

DISEÑO DEL PCB

 

El software OrCAD Layout nos permite crear PCB’s. Para poder realizarlo es necesario tener un circuito listo para ser un circuito impreso. Figura 20.

 

Figura 20. Circuito armado.

Nótese que al crear un nuevo proyecto OrCAD, proporciona la opción PC Board Wizard, Figura 21. Al seleccionar esta opción, se podrá crear un PCB desde cero, pero presentara una desventaja: si se desea realizar un cambio al circuito final, el PCB generado por Layout, no se actualizara.

Figura 21. PC Board Wizard.

Antes generar el PCB, es necesario realizar algunos cambios en el esquemático del circuito. Un cambio importante es cambiar las fuentes de alimentación y puntos de prueba por headers o conectores. Estos permitirán conectar el circuito a la fuente de alimentación real, así como de poder tener los puntos de prueba, Figuras 22 y 23.

 

Figura 22. Headers o conectores.

Figura 23. Circuitos con los cambios realizados.

También es importante definir el tipo de integrado que se va a utilizar, por ejemplo, en el proyecto se ocupan LM741, esto hace necesario utilizar dos circuitos integrados, pero si se cambia por el TL082 solo se ocupara uno, debido a que el integrado consta internamente de 2 OPAM, Figura 24 y 25.

 

Figura 24. TL081

Figura 25. Esquemático listo para generar el PCB.

Para pasar de un esquema a Layout, se necesita crear el Netlist. El Netlist contiene la información de cómo están conectados los componentes del circuito. En el Workspace, Figura 26, se selecciona el menú tools y a continuación créate Netlist…Figura 27.

Figura 26. Workspace.

Figura 27. Tools->Create Netlist…

Se abrira una ventana de dialogo, seleccionando la pestaña Layout y ahí se seleccionara Run ECO to Layout, esta selección permitirá actualizar el PCB en caso de que se realice un cambio en el esquemático. Al seleccionar User Properties are in inches, se podrán utilizar medidas en pulgadas, ya que la mayoría de las medidas de los componentes se encuentran en dichas unidades, esto facilitara el diseño del PCB al no tener que cambiar a centímetros las medidas del Footprint, Figura 28.

Figura 28. Run ECO to Layout y User Properties are in inches seleccionados.

 

Después de dar clic en aceptar, es necesario ejecutar el OrCAD Layout para comenzar la implementación del PCB, Figura 29. Se selecciona el menú File->New, Figuras 30 y 31, esto generara una ventana de dialogo en la que se tendrá que elegir el archivo _default.th,Figura 31, este se encuentra en la ruta C:\OrCAD\OrCAD_10.5\tools\layout\data.

 

Figura 29.OrCAD Layout inicializándose.

 

También es necesario buscar el archivo .MNL del proyecto, Figuras 32 y 33, después dar clic, se generara una lista con todos los Footprint de los componentes a utilizar, Figura 34 automáticamente se generara el esquemático (autoECO) Figura 35, para el PCB, que estará listo para ser enrutado, Figura 36.

 

 

 

 

Figura 30. File.-> New Figura 31. Ventana de dialogo.

 

 

Figura 32. Seleccionando _default.tch                            Figura 33. Archivo .MNL

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 34. AutoECO listo.

Figura 35. Generación de Netlist.

 

Figura 36. Esquemático con las conexiones de Netlist.

 

Después de generar las conexiones del Netlist, es necesario configurar algunos parámetros importantes para realizar la placa del PCB. Si se desea mover el punto de origen del esquemático, se selecciona en el menú Tools>Dimension>Move Datum, como se muestra en la Figura 37. La opción Zoom DRC/Route Box, Figura 38 permite ajustar el área de trabajo dentro de un rango deseado. Si se intenta cambiar o mover algún componente fuera del área de trabajo, el programa emitirá un mensaje de error y no se podrá manipular el elemento.

 

Es necesario determinar las dimensiones del PCB para conocer de qué tamaño será la placa fenólica a realizar. Es posible manipular dichas dimensiones en System Settings, Figura 39. En la Figura 40 se muestra el cuadro de dialogo de System Settings, donde se pueden determinar los parámetros de la rejilla:

 

  • Visible grid: Rejilla visible.
  • Detail grid: Rejilla en detalle.
  • Place grid: Rejilla de posicionamiento de componentes.
  • Routing grid: Rejilla de trazado de pistas.
  • Via grid: Para cambios de cara.

 

En la Figura 41, es posible observar que se pueden cambiar las unidades de medida en:

 

  • Centímetros.
  • Milímetros.
  • Pulgadas.
  • Metros.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 37. Mover el punto de origen del                                Figura 38. Zoom DRC/Route Box.

esquemático con Move Datum.

Figura 39. System Settings.

Figura 40.Visible, detail, place y routing. Figura 41. System Settings Properties.

Al realizar el PCB es necesario determinar los Layers a utilizar para el ruteado y montaje de los componentes, se utiliza la capa Bottom, es decir, solo se ocupa una placa fenólica con un solo lado de lámina de cobre. En el menú Tool>Layer>Selec, Figura 42, se abrirá una ventana de dialogo, como la mostrada en la Figura 43, donde se muestran los Layers que están habilitadas por defecto.

Figura 42. Tool>Layer>Selec from Spreadsheet.

Figura 43. Layers.

Al dar doble clic sobre un Layer, se abrirá un cuadro de dialogo (Figura 44), donde se muestra el tipo de Layer. Al seleccionar Bottom como Routing Layer y las demás como Unused Routing, la ventana de los Layers, quedara como se muestra en la Figura 45.

 

Figura 44. Edit Layer.

Orcad

Figura 45. Seleccionando los Layer a usar en Orcad.

Es necesario determinar el ancho de las pistas o conexiones del PCB, esto es posible en el menú Tool>Select From Spread, Figura 46, al seleccionar todos los Nets, y dar clic derecho y seleccionar Properties, se abrirá la ventana de dialogo de la Figura 47. Se observa que es posible cambiar: Min Width, Conn Width y Max Width, estos valores determinaran que tan anchos serán las pistas. Se sugiere un valor mayor a 0.8 mm y menor 1.2 mm.

 

Orcad

Figura 46. Net>Selec From Spread.

Orcad

Figura 47. Edit Net.

Es importante determinar el espacio que habrá entre los componentes y pista del PCB. En el menú de Orcad Options>Global Spacing. (Figura 48), se abrirá la ventana de dialogo que se muestra en la Figura 49. Al seleccionar toda la fila de Bottom, y hacer Ctrl + E, Figura 50, se abrirá el cuadro de diálogo de la Figura 51, donde es posible cambiar el espacio que se tendrá entre:

  • Track to Track.
  • Track to Via.
  • Track to Pad.
  • Via to Via.
  • Via to Pad.
  • Pad to Pad.

 

Orcad

Figura 48. Global Spacing.

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Figura 49. Route Spacing.

Orcad

Figura 50. Properties o Ctrl+E.

Orcad

Figura 51. Propiedades de Edit Spacing.

Es necesario delimitar el área de la placa a utilizar en Orcad. En la barra de herramientas se selecciona Obstacle Tool, Figura 52, a continuación clic derecho New y a continuación Properties. Se abrirá el cuadro de dialogo de la Figura 53. En el menú desplegable Obstacle Type se selecciona Board Outline. A continuación OK y se dibuja el polígono que será el perímetro que delimitara la placa del PCB.

 

Orcad

Figura 52. Obstacle Tool.

Orcad

Figura 53. Edit Component.

En Orcad es necesario añadir agujeros para taladros de fijación, por si la placa se pretende montar en otro proyecto o para ponerle patitas de fijación. Para añadirlos se selecciona el botón Component en la barra de herramientas, pulsando el botón derecho del mouse se selecciona New, y aparecerá la ventana Add Component, para evitar que AutoECO los elimine se selecciona Not in Netlist (Figura 54). Se pulsa en Footprint, y aparecerá el cuadro de dialogo Select Footprint (Figura 55). En la librería Layout, se selecciona MTHOLE 3, y se da clic en Add Component. Se puede copiar uno y repartirlos en las esquinas (Figura 56).

 

Orcad

 

 

 

 

Figura 54. Add Component.                                           Figura 55. Select Footprint para un agujero de taladro.

 

Orcad

 

Figura 56. Copiando los agujeros para el taladro.

Si algún Footprint no corresponde al del componente que se desea utilizar es posible modificarlo seleccionando el menú de Orcad Tool>Footprint, Figura 57. Se abre la ventana que se muestra en la Figura 58, al hacer clic derecho con el mouse es posible seleccionar el Footprint deseado para el componente, Figuras 59 y 60.

 

Orcad

Figura 60. Elegiendo un Footprint.

Después de realizar todas las modificaciones en Orcad que necesita el PCB, es momento de rutearlo y comprobar que las pistas estén correctas. En el menú Auto>Autoroute>Board, Figura 61. Después de que se termine el Autoroute, se podrá tener una vista previa de como quedaron las pistas, Figura 62.

Orcad

Después de comprobar que las pistas sean correctas, nótese que solo están las pistas, pero es necesario tener zonas rellenas de cobre para evitar que el circuito implementado en el PCB tenga fallas debido a ruido o estática externas. Esto se logra referenciado las zonas rellenas de cobre a la tierra física del circuito. Se inserta un nuevo Obstacle (Figura 63) y en Edit Obstacle (Figura 64), se selecciona en Obstacle Layer, Bottom y en Net Attachment, el net que es GND del circuito en este caso 0 (Figura 65).

 

Después de hacer clic en OK, el PCB quedara como se muestra en la Figura 66.

 

Figura 66.PCB final en Orcad.

Una vez terminado el diseño del PCB Orcad, para visualizar las capas del PCB, se selecciona el menú Options> Run Post Processor (Figura 67), se abrirá la ventana Post Process (Figura 68). Se selecciona la capa que se desea visualizar con el botón derecho del mouse (Figura 69) y se selecciona Properties (Figura 70). En Format se selecciona Print Manager y Force Black & White. En Options se selecciona Keep Drill Holes para que los agujeros del taladro queden abiertos. Dependiendo del proceso de revelado del PCB se tiene que marcar la opción Mirror.

 

Figura 67. Auto>Run Post Processor.

Orcad

Haciendo clic derecho en Bottom y seleccionado Preview (Figura 71) es posible observar cómo quedo dicha capa. Ahora en posible imprimir como se muestra en la Figura 72. Si se selecciona AST será posible observar cómo deben de quedar los componentes sobre la placa (Figura 73).

 

Orcad

Figura 70.Post Process Settings.

Orcad

Figura 71.Preview Bottom.

Orcad

Figura 72. Preview AST.

 

 

REFERENCIAS

http://proyectosfie.webcindario.com/orcad/

http://www.futureworkss.com

http://es.slideshare.net/tortugatortuga/layout-plus-3353360

http://www.futureworkss.com/tecnologicos/electronica/manuales/Como%20disenar%20una%20PCB%20c

http://www.futureworkss.com/tecnologicos/electronica/manuales/Manual%20de%20ayuda%20para%20el

http://www.sigma-circuitos.com.ar/Docs/OrCAD%20Layout.pdf

http://ocw.bib.upct.es/pluginfile.php/8091/mod_resource/content/1/LAYUG90E.pdf

http://www.granabot.es/Modulos/dpe/Apuntes/Tema%201.6.2.pdf

http://laboratorios.fi.uba.ar/lci/2_Manual_de_OrCAD_Layout.pdf

https://www.egr.msu.edu/eceshop/pdf/layug.pdf

http://www.ece.unm.edu/~jimp/650/doc/ekarat_layout_plus_tut.pdf

http://zonaarcade.forumcommunity.net/?t=23969511

http://www.pisotones.com/Articulos/PCBs.htm

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_amplificadores/PCBs/PCBs.html

http://ocw.bib.upct.es/pluginfile.php/7990/mod_resource/content/1/Construccion_pcb.pdf

http://www.lcardaba.com/projects/placas/placas.htm#quimica

http://giltesa.com/2011/09/06/fabricacion-de-circuitos-impresos-metodo-de-la-insoladora/

http://www.monografias.com/trabajos13/elproces/elproces.shtml

http://electronica.ugr.es/~amroldan/asignaturas/curso03-04/cce/practicas/soldadura/soldadura.htm

http://picmania.garcia-cuervo.net/recursos/redpictutorials/fabricacion_pcb/pcbs_preliminar.pdf

 

Autor: Velazquez Cordova Gadiel Dzahuindanda

2 Comments

    • Si claro, no hay problema saludos.

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