Prácticas recomendadas para el uso de diseños de referencia de PCB

A algunos diseñadores les encantan los diseños de referencia, y otros los detestan. Independientemente de lo que pienses sobre los diseños de referencia, las mejores empresas de componentes los publicarán, tanto para sus nuevos productos como para los antiguos, con el fin de mostrar a los diseñadores un ejemplo de aplicación de un componente determinado. Algunos diseños de referencia son de muy alta calidad y podrían adaptarse fácilmente a sistemas aptos para la producción. En cambio, otros diseños de referencia solo sirven para la lista de materiales y el diagrama de bloques, por lo que el diseñador de PCB debe realizar la  mayor parte de la ingeniería en torno al componente. La principal razón por la que los fabricantes de semiconductores publican diseños de referencia es que sirven como recurso de marketing, y pueden hacer que te quedes "anclado" en un componente determinado para tu producto.

Si eres un fabricante de equipos originales (OEM), una empresa de diseño o una pequeña empresa startup, estos son factores importantes a tener en cuenta. Los diseños de referencia pueden parecer un camino fácil hacia un producto multimillonario, pero la cruda realidad es que siguen requiriendo una importante labor de ingeniería en torno al componente principal del diseño de referencia. Las startups son especialmente susceptibles a aceptar de buen grado los diseños de referencia; así pues, piénsalo bien antes de quedarte "anclado" en un componente específico y un conjunto de chips auxiliares en particular, solo porque hayas visto un producto de ejemplo en un diseño de referencia. Si eres un diseñador novel o una startup y te preguntas si los diseños de referencia serán adecuados para tu próximo proyecto, sigue estas prácticas recomendadas para no cometer errores con el diseño de referencia.

Cómo utilizar los diseños de referencia

Hay diferentes formas de encontrar y utilizar los diseños de referencia para proyectos de PCB. Los diseños de referencia se crean para mostrar cómo un determinado componente o línea de componentes pueden aplicarse para un uso específico. Estos diseños de referencia suelen incluir los siguientes elementos:

• Diagrama de bloques, lista de materiales y esquemáticos: Esta es la parte más importante de un diseño de referencia, ya que muestra cómo se conectan los componentes principales y qué otros componentes serán necesarios para una aplicación determinada. 
• Archivos de diseño de PCB: No todos los diseños de referencia incluyen un diseño de PCB, pero los que sí lo hacen probablemente se han fabricado y probado en algún momento como un producto de demostración. 
• Bibliotecas de diseño: Los diseños de referencia incluyen bibliotecas con símbolos y footprints para los componentes del diseño. 
• Archivos de fabricación: Es posible que encuentres archivos Gerber u otros archivos de fabricación en el conjunto de archivos de un diseño de referencia.
• Compatibilidad con el firmware u otras aplicaciones: Si el producto requiere firmware, una aplicación embebida, una aplicación de escritorio o para dispositivos móviles o alguna biblioteca de desarrollo, es posible que encuentres todo esto en un diseño de referencia.
• Producto de evaluación física: Algunas empresas utilizan sus productos de evaluación como diseños de referencia. Si bien es una pérdida para el proveedor de semiconductores, son herramientas estupendas para desarrollar una aplicación en torno a un diseño de referencia o simplemente para poner a prueba las capacidades del componente principal.

No todos los diseños de referencia incluyen todo lo que figura en la lista anterior. Algunos son tan solo un esquemático, y puede que ni siquiera tengan bibliotecas de componentes para ayudarte en la implementación del diseño de referencia. Algunos proveedores de semiconductores no ofrecen ningún tipo de asistencia, todo depende de muchos factores y debes investigar qué nivel de asistencia recibirás si decides emplear un diseño de referencia.

Mi empresa colabora a menudo con startups para desarrollar productos Gen-1 y trabajamos para optimizarlos y prepararlos para la fabricación en serie. Cada vez que mi equipo necesita crear un nuevo tipo de aplicación o si estamos trabajando con un componente que nunca hemos utilizado, siempre trato de ver si existe algún diseño de referencia para ese componente o sistema. En el peor de los casos, me proporciona una lista de materiales necesarios para respaldar el componente principal que se está investigando. En el mejor de los casos, me permite eliminar en gran medida el riesgo que supone el diseño de un nuevo producto, simplemente porque ya sabemos que el diseño a nivel de circuito o de sistema será correcto y las empresas de semiconductores pueden garantizarlo.

El objetivo no es simplemente replicar el diseño de referencia en un nuevo sistema. En mi opinión, también permite reducir el tiempo de investigación necesario para encontrar los componentes principales del sistema, ya que puedo ver rápidamente cuáles son dichos componentes y hacerme una muy buena idea de cómo encajarán entre sí a alto nivel. Siempre hay algún requisito adicional que incorporar a los esquemas, pero los diseños de referencia siguen dando una buena idea de cómo encajarán esas funciones extra en el diseño.

Proceso de revisión del diseño de PCB para diseños de referencia

Si el diseño de referencia es lo suficientemente bueno e ilustra adecuadamente cómo desarrollar rápidamente la ingeniería en torno a unos pocos componentes principales, es probable que lo acabes incorporando al diseño de tu PCB, con lo que el fabricante de componentes habrá ganado un cliente. Una vez que obtengas los archivos de diseño, verás que hay algunas tareas que deberás llevar a cabo antes de incluir secciones del diseño de referencia a tu propio diseño.

Buscar componentes obsoletos o NRND

Si descargas un diseño de referencia más antiguo, es posible que este incluya componentes que hayan pasado a ser NRND (no recomendados para nuevos diseños) o que estén obsoletos. Revisa bien el diseño y comprueba si incluye alguno de estos componentes. De ser así, actualízalo con otros componentes nuevos. Las herramientas de la cadena de abastecimiento de tu software de diseño de PCB deberían mostrarte qué componentes son NRND, obsoletos o imposibles de obtener.

Comprobar todos los símbolos y footprints de los componentes

Después de sustituir los componentes obsoletos, debes verificar si hay errores en los componentes restantes. Solo porque un gran fabricante de componentes haya creado un diseño de referencia no significa que las bibliotecas no contengan datos incorrectos. He visto diseños de referencia de los principales fabricantes de componentes con muchos símbolos y footprints incorrectos. Se deben comprobar todos los símbolos y footprints a fin de garantizar que estos coincidan con los números de pieza del diseño.

Mantener organizados los esquemáticos

Si piensas añadir más funciones a un diseño de referencia, deberás tratar de mantener intactos los esquemáticos. Esto podría implicar separar los bloques de circuitos del diseño de referencia en diferentes hojas o crear esquemáticos jerárquicos. Yo prefiero mantener las partes de referencia en sus propias hojas por un lado y las partes de los circuitos más recientes por otro. Con un poco de trabajo extra en el front-end, podrás identificar cualquier error en el diseño y rastrear su origen hasta los archivos de diseño de referencia, en contraposición a los tuyos propios.

Evaluar el diseño con simulaciones cuando sea posible

Si es posible, evalúa la funcionalidad del diseño con simulaciones. Es suficiente con hacerlo en el esquemático, ya que probablemente acabarás utilizando un diseño totalmente diferente. Una forma de hacerlo es por bloques: examino determinados bloques del diseño con simulaciones SPICE y me aseguro de que produzcan el comportamiento eléctrico que esperaba.

Cómo probablemente no deberías utilizar los diseños de referencia

Yo prefiero emplear los diseños de referencia para los esquemáticos y la lista de materiales, pero no más allá. No te recomiendo coger el esquema de la PCB e intentar adaptarla a tu propio diseño. Sin duda, puedes utilizar el diseño como referencia para extraer ideas sobre cómo organizar los componentes y tal vez puedas incluso copiar algunos bloques de circuitos de la PCB de referencia a la nueva PCB, pero probablemente eso sea todo.

Aquí te explico por qué no recomiendo utilizar el diseño de PCB en un diseño de referencia:

• Factor de forma: Es probable que la disposición de la PCB esté preparada para cumplir con los requisitos del factor de forma, y puede que no permita la colocación de otros componentes críticos que no formaban parte del diseño de referencia original. 
• SI/PI: Es posible que haya problemas de integridad de la señal, integridad de la alimentación y de EMI en el diseño de la PCB. Algunas de las marcas más destacadas en lo que a EMI/EMC se refiere rehúyen las notas de aplicación y los diseños de referencia precisamente por esta razón: los fabricantes de componentes no son diseñadores de placas y pueden hacer recomendaciones que creen problemas en el sistema.
• Pruebas: Puede resultar imposible saber si el diseño se ha llegado a probar y qué tipo de pruebas se aplicaron. Esta es uno de los principales motivos por los que el diseño de referencia se debe examinar a fondo. 
• Certificaciones FCC, UL u otras: Si estás desarrollando algo que requiera pruebas y certificaciones, no tendrás ninguna garantía de que la disposición de la PCB en el diseño de referencia reciba la certificación.

En ocasiones, la disposición de la PCB en un diseño de referencia puede resultar desordenada. Aunque puede funcionar a nivel funcional, el diseño se crea normalmente como ejemplo y puede requerir cambios importantes antes de que sea posible integrarlo en un sistema de producción.

Si necesitas encontrar un diseño de referencia, solo tienes que acceder a tu motor de búsqueda favorito e iniciar una búsqueda en función de la aplicación que vayas a darle. Probablemente, encontrarás varias opciones de diferentes empresas de componentes. Los diseños de referencia pueden estar en cualquier formato, pero las herramientas de conversión de Altium Designer® te permiten coger cualquier diseño de referencia y empezar un nuevo proyecto. Las herramientas de componentes también te ayudan a encontrar y colocar las piezas nuevas en tus diseños con símbolos y footprints verificados.

Cuando hayas terminado el diseño de la PCB y desees enviar los archivos al fabricante, la plataforma Altium 365™ te facilitará la colaboración y el uso compartido de los proyectos.

Esto es solo una muestra de todo lo que es posible hacer con Altium Designer en Altium 365. Puedes consultar la página del producto para obtener una descripción más detallada de sus características, así como alguno de los seminarios web a la carta.