Las mejores herramientas EDA para el diseño de placas de circuito impreso y cómo funcionan

Altium Designer
|  Creado: September 28, 2017  |  Actualizado: December 21, 2020

Herramientas EDA para un diseño de placas de circuito impreso inteligente

La utilización de las herramientas EDA apropiadas en tus diseños puede ahorrarte mucho tiempo, dinero y frustraciones. El viejo dicho «trabaja de forma más inteligente, no más dura» definitivamente se aplica al diseño de placas de circuito impreso. Un buen software de diseño de PCB te proporcionará las herramientas que necesitas para trabajar de forma inteligente, nada de funciones complicadas que terminen por frustrarte.

Tu elección de un software EDA está sujeta a tus necesidades de diseño. En la mayoría de las ocasiones se reduce a disponer de las herramientas apropiadas para tu proyecto. Para asegurarnos de que estás bien equipado, queremos proporcionarte una lista exhaustiva de las herramientas de software de diseño de placas de circuito impreso. No se trata de una lista de programas de software disponibles, sino una explicación de qué herramientas EDA puedes encontrar en el mercado y de cómo pueden ayudarte a optimizar tus placas impresas.

El software EDA apropiado puede definitivamente ayudar, pero en lo referente a la captura de esquemáticos, muchas grandes herramientas se acaban ignorando, porque no se llegan a conocer bien o porque son complementarias a algún programa. Estas herramientas EDA incluyen cosas como: PDN Analyzer, integración MCAD, enrutamiento interactivo, soporte multiplaca y gestión de la cadena de suministro. Cada una de estas funciones tiene algo que ofrecer para simplificar el proceso de diseño de la placa y ahorrarte tiempo. Para ir más rápido, hemos compilado una lista de las mejores herramientas de software de diseño de placas de circuitos impresos a las que deberías echar un vistazo.

Análisis de la potencia de la CC

El diseño de la potencia puede parecer sencillo a primera vista. Conecta tus circuitos integrados en el riel o plano de potencia y observa cómo se ejecutan: así de sencillo. En ocasiones es así de fácil, pero un análisis de la potencia de la CC poco riguroso o un análisis de la caída de IR pueden traducirse en corrientes excesivas en tus pistas o caídas de la tensión en tu placa. Por este motivo es mejor ser proactivo y resolver los problemas de tu placa en la fase de diseño. ¿Aún no estás convencido? Echemos un vistazo a por qué el análisis de la potencia de la CC es un paso esencial del diseño de placas impresas.

¿Por qué es el análisis tan importante?

Densidades de la corriente: Los chips actuales son cada vez más y más poderosos, es decir, consumen más corriente. Como sabes, las densidades de corrientes superiores implican temperaturas elevadas. Las densidades de corriente altas de tus pistas disiparán más energía en forma de calor en tu placa impresa. Si tus pistas son demasiado finas, estas pueden acabar dañándose por las altas temperaturas. A menudo nos centramos en tratar los síntomas de la enfermedad trabajando con nuestra composición, diseñando o con sistemas de refrigeración pasivos. Aunque aún queda por solucionar el problema de la disipación del calor, reducir las altas densidades de corriente puede ayudarte a atajar el origen del problema. Muchos simuladores pueden proporcionarte una idea de dónde las corrientes son demasiado altas, pero muy a menudo son una pieza aparte de software difícil de entender. Es mucho más sencillo si la potencia a la CC se integra en tu programa y puede visualmente señalar donde las corrientes de la placa son demasiado altas. Después puedes corregir los problemas con facilidad.

Caída de voltaje: por supuesto que las altas densidades de corriente están emparentadas con la caída de la tensión. Si un chip hambriento de corriente tiene de repente un pico de corriente y las pistas no son lo suficientemente grandes, puede haber una importante caída de la tensión. No solo tienes que tener en cuenta múltiples chips, ya que en muchos CI quizá utilices múltiples rieles de potencia. Estos potenciales diferentes pueden interferir entre sí y provocar acoples en las caídas de la tensión. Una caída insignificante de unos cuantos milivoltios en uno puede provocar grandes problemas en otro chip conectado hambriento de potencia. Podría provocar un reajuste de los chips, cambios en los estados o que no encienda. Las soluciones para la caída de la tensión son sencillas: ensanchamiento de las pistas, acortamiento de las mismas o ambas. No obstante, detectar los problemas para resolverlos puede ser la parte complicada. Una vez más, una potencia de la CC (caída de IR) que visualmente realza las caídas de tensión en los circuitos puede hacer más sencillo decidir qué pistas ensanchar o reordenar.

Aunque merece la pena resolver los problemas de la red de potencia de la CC, ir de un lado a otro de la interfaz para revisar el diseño puede ser un lío. Recomiendo utilizar un analizador de potencia de la CC integrada conocido como herramienta de análisis de la red de suministro de la potencia (PDN). Si tienes una herramienta de análisis PDN lista a tu disposición, esta podrá ayudarte a buscar y resolver estos problemas más rápida y frecuentemente de lo normal que con un análisis externo de la potencia de la CC.

Integración MCAD y modelado 3D

Se pierde mucho tiempo en el proceso de diseño durante el modelado 3D y las etapas de comprobación de espaciados. Si estás diseñando una placa impresa rígido-flexible, quizá envíes un modelo en papel plegable para asegurarte de que todo cabe correctamente. Si no es así, tendrás que conseguir otro, lo que puede llevarte días o semanas y retrasar todo. Incluso si estás diseñando placas tradicionales, tienes que estar seguro de que todo coincide en la caja, y puede ser un lío coordinarte con el ingeniero mecánico a cargo del modelado. Ahora algunas herramientas pueden generar modelos 3D de placas y componentes, realizar comprobaciones de espaciado en cajas e incluso simular el plegado de placas impresas para circuitos rígido-flexibles. Estas herramientas pueden ayudarte a ejecutar revisiones de tu placa más rápidas cuando la caja cambie y te permiten controlar directamente la verificación del espaciado en la vista de diseño.

¿Qué hacen estas herramientas?

Verificación de espacios: La única constante es el cambio, y esto es verdaderamente cierto en el proceso de composición de PCB. Quizá ya hayas diseñado tu placa y encargado un prototipo cuando, de repente, te des cuenta de que la forma de la caja se ha rediseñado. Te tocará tener que rehacer la composición de la PCB y comprobar con el ingeniero mecánico que diseñó la caja que esta cabe. Y, al final, la caja acabará por reinventarse. Con el software de diseño de PCB que puede generar un modelo de tu circuito e importar modelos de cajas para comprobación del espaciado, estos rediseños pasan de ser un dolor de cabeza a una pequeña molestia.

Rígido-flexibles: Las placas rígido-flexibles llegaron a la tierra desde la industria aeroespacial y ahora se están implementando en todos sitios. Si estás diseñando una placa rígido-flexible, la comprobación del espaciado supone de repente una dimensión nueva entera. Ahora tienes que cerciorarte de que todo se incorpora correctamente sin hacer malabares con los componentes o impactar en la caja. Es, asimismo, importante que las piezas entren dentro de las tolerancias especificadas o pueden llegar a romperse con el paso del tiempo. Una verdaderamente excelente integración MCAD incluye un programa que puede generar un modelo rígido-flexible y simularlo por ti.

Modelos STEP: la comprobación del espaciado no es la única preocupación sobre 3D con la que te toparás. A veces, generar y colocar modelos STEP puede ser complicado. A menudo, tenemos que construir una huella y un modelo para un componente. Ahora, en cambio, algunos programas te permiten definir una huella y después generar el modelo STEP basado en ella. Dos pasos en uno, eso es eficiencia. Una vez que cuentas con los modelos de componentes, es hora de ubicarlos. No puedo decirte las veces en las que me he sentido frustrado intentando introducir coordinadas para que un componente quede exactamente colocado en un sitio exacto y he acabado viéndolo sobresalir a través de otro componente. La localización de componentes inteligente e intuitiva implica no pasar tiempo intentando introducir las ubicaciones de coordenadas exactas para componentes. La opción de arrastrar y soltar con el alineamiento automático te ahorrará tiempo.

Creación de diseños nuevos: Si alguna vez has deseado contar con conocimientos de modelado 3D para empezar un diseño, este tipo de software podría ayudarte. Muchos requerimientos de las PCB vienen especificados por la forma y el tamaño de la placa. Con las herramientas de modelado a tu disposición, puedes experimentar con las geometrías de la placa, la ubicación de los orificios de montaje, la colocación de protecciones y los recortes físicos. Después podrás ponerte tanto con los aspectos eléctricos como los mecánicos de la placa.

Enrutamiento interactivo

El enrutamiento interactivo es un arte que hemos intentado dejar a las máquinas con enrutamiento automático. No es sorprendente que no haya funcionado tan bien. Pero algunas empresas están empezando a incorporar nuevas funciones de enrutamiento automático interactivo que pueden ahorrarte horas de enrutado sin inhibir tu creatividad.

El enrutamiento es extremadamente importante, especialmente cuando se trata de EMI y pistas de alta velocidad. Solo porque las restricciones eléctricas y de tiempo requieran que limites la longitud de las pistas y que evites que serpenteen, no quiere decir que quieres que queden feas. Tus enrutados pueden ser tan personales como tu firma y, aunque una máquina puede encargarse de ellos por ti, esta no dejará tu marca en los diseños. Una vez dicho esto, todos buscamos las formas de acelerar el enrutado de secciones aburridas de diseño, como las matrices de rejilla grandes (BGA). Un enrutador bien guiado optimizará las rutas de escape produciendo resultados similares a los manuales, y te seguirá permitiendo ajustar los resultados a tu gusto. Es además importante que los enrutados sigan las reglas de diseño de placas impresas y sus prioridades. No quieres que tu herramienta ignore los espaciados al enrutar un chip de alta velocidad.

La tecnología de enrutamiento automático interactivo puede hacer que pases de estar horas enrutando a mano un bus a minutos. Las mejores soluciones de enrutado automático interactivo incluyen la posibilidad de que el enrutador guíe el recorrido de enrutamiento, enrutar en múltiples capas, sintonización automática de la longitud y las fases, intercambio de pines automático, en 3D, todo respetando tus reglas de diseño. Este tipo de herramienta te brinda la potencia del software EDA a solo una fracción de su coste.

Differential pair on a PCB

Un enrutador puede ayudarte a optimizar las pistas mientras se preserva tu diseño de placas de circuito impreso personal

Diseño de sistemas multiplaca

Creo que es seguro decir que la electrónica nunca se volverá más sencilla. Los productos modernos requieren electrónica que quepa en cajas únicas, proporcionen facilidad en la escalabilidad, un mejor servicio y fiabilidad; todos los requisitos que permitan producir buenos diseños multiplaca. El uso cada vez mayor de múltiples placas en los diseños es una prueba clara de esto. Las PCB multiplaca pueden ser complicadas de diseñar, ya que conllevan una serie de retos de diseño mecánicos y eléctricos. Tienes que preocuparte por el espaciado físico en varias placas diferentes, pensar en las reglas eléctricas y entre PCB diferentes, así como en los posibles rediseños. Por suerte para nosotros, hay algunas herramientas que simplificarán el diseño multiplaca.

¿Qué hacen estas herramientas?

Integración MCAD de niveles de sistemas y modelado 3D: Ya he hablado de las ventajas de la integración MCAD en tu software de diseño de PCB. Imagina lo útil que puede ser y, después, multiplícalo por el número de placas que estás utilizando. La comprobación del espaciado 3D en placas diferentes es una pesadilla. Tienes que estar seguro de que todo cabe en cada una de las PCB, que las placas coinciden como deben y que todo encaja perfectamente en la caja. Como ingeniero eléctrico, al principio puede que no te plantees si todo va a coincidir bien mecánicamente. Pero ten en cuenta que es algo importante que tener en cuenta. Si las placas no encajan bien juntas dentro de la caja, puedes tener que volver a rediseñar las PCB, la caja o ambas. Incluso si el cambio mecánico es mínimo, las modificaciones pequeñas en la forma o la composición pueden conllevar rediseños eléctricos grandes. Estas nuevas herramientas tendrán opciones que te permitirán generar modelos y realizar comprobaciones de espaciado en un montaje completo durante el diseño. De ese modo no tendrás que terminar teniendo que rediseñar el conjunto entero al final porque algo no encajó bien.

Verificaciones de reglas eléctricas: Hablando de comprobaciones de montajes, las funciones multiplaca podrán realizar comprobaciones de reglas eléctricas en las placas. Imaginemos que por circunstancias inesperadas te ves forzado a cambiar los conexiones de los pines en una placa hija. Esta comprobación de reglas indicará el cambio e incluso propagará el intercambio en la placa madre. Lo que una vez te hubiera costado un día detrás de las pistas o un rediseño problemático es ahora un arreglo sencillo. De hecho, este nuevo software EDA resaltará ese error durante la comprobación de reglas eléctricas del montaje entero.

Gestión de la cadena de suministros

Somos diseñadores, no empresarios, por lo que la gestión de la cadena de suministro es a menudo un aspecto no deseado del diseño de PCB. Por ese motivo las herramientas de gestión de la cadena de suministro pueden ser de utilidad. Permiten comprobar la lista de materiales (BOM) para ver si todos los componentes que quieres siguen estando disponibles e incluso sugerir nuevos si no lo están. Pueden también ayudarte a buscar repuestos para diseños heredados que quieres aprovechar. Este tipo de herramienta te permitirá interactuar con el fabricante, ya que no te harán esperar mucho, no quieren hacerte esperar demasiado o que encuentres nuevos u otro proveedor.

Muchos diseñadores han descubierto que es una buenas idea buscar sus propios componentes. No obstante, gestionar bibliotecas de componentes y cadenas de suministro es un lío y no es algo de lo que se quieran ocupar la mayoría de ellos. Así que, ¿por qué no buscar una herramienta que lo haga por ti? Hay muchas herramientas disponibles que pueden ayudarte con la gestión de la cadena de suministro. Para ello, actualizan las bibliotecas con los componentes y se comunican con los proveedores para saber quién tiene qué disponible. De esa forma cuando estás listo para pedir otra serie de placas no te encontrarás con que el CI que utilizaste la última vez está obsoleto. El software de gestión de la cadena de suministro te avisará con tiempo de sobra que no vas a poder encontrar ese CI, y puede hasta sugerirte uno que lo sustituya. Estos tipos de programas registran qué componentes utilizó con anterioridad. Digamos que tenías un diseño extraordinario que utilizaste hace 3 años y ahora quieres aprovecharlo para un nuevo producto. Lo que no quieres es tener que investigar cómo han cambiado los componentes y cuáles deberías utilizar ahora. Este software se encargará de ello por ti.

Design libraries visual of a  on a computer

El software de gestión de la cadena de suministro puede ayudarte a centrarte en el diseño de tus placas de circuito impreso y no en las bibliotecas

Diseño unificado

Aunque esto no es una herramienta, debería ser una función de cada herramienta que utilices. El diseño unificado exige herramientas integradas en tu programa primario. Si tus herramientas van realmente a acelerar el proceso de diseño, tienen que estar listas cuando las necesites.

Hay una pieza del mejor software de diseño de PCB que tiene todas estas herramientas y más, integradas desde el principio. Altium Designer® lo tiene todo: análisis, integración MCAD, enrutado, soporte a sistemas multiplaca, gestión de la cadena de suministro y más. Todas estas herramientas están disponibles desde la interfaz principal, haciendo del acceso un proceso sencillo. Altium está cerrando la brecha tecnológica poniendo a tu disposición tecnologías avanzadas a un bajo coste. Aprovecha estas herramientas desde hoy mismo y mejora tu eficiencia y diseños.

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