Convención de nomenclatura y gestión de datos de PCB

Introducción

Hay un poema de John Godfrey Saxe, basado en una fábula hindú, sobre seis hombres ciegos del Indostán que querían saber qué era un elefante. Se acercó el primer hombre y, cayendo sobre el costado del elefante, concluyó que estaba tocando una pared. Se acercó entonces el segundo, quien, tocando uno de los colmillos, exclamó: «No, no es una pared. Es una lanza». El tercer hombre ciego, tras palpar la trompa, decidió que era una serpiente. El cuarto hombre tocó una pata y dijo: «es obvio que es un árbol». El quinto hombre acarició una de sus enormes orejas y dictaminó que era un abanico. Por fin, el último de los seis ciegos, al tantear la cola del elefante, proclamó orgulloso: «Estáis todos equivocados; es, sin duda, una cuerda». 

La moraleja de este poema es que es nuestra percepción de las cosas y cómo las llamamos es lo más importante en aras de la claridad y la comprensión. Otro aspecto importante es que, sin una perspectiva más amplia de las cosas, lo más probable es que nos equivoquemos. No es distinto al trabajar con la información en un sistema de gestión de datos. Cuando los diseñadores de PCB no siguen un estándar establecido, se traduce en búsquedas largas al intentar encontrar la información y en una mayor probabilidad de duplicación de componentes o modelos.

Estándar de nomenclatura de símbolos esquemáticos

Los símbolos esquemáticos tienden a denotar categorías generales, lo que quiere decir que se utiliza un mismo símbolo en muchos componentes. Un ejemplo excelente de esto es cualquiera de los símbolos discretos de los condensadores, resistores o inductores. La convención de nomenclatura también es muy general, como resistor general o condensador general. 

En el caso de los componentes más complejos, esto se vuelve un poco más intrincado. Hay que recurrir a la hoja de datos y estudiar el sistema de identificación del producto. Aquí se incluye un ejemplo extraído directamente de la hoja de datos del modelo AT24C01C/02 IC EEPROM 1K I2C 1MHZ 8SOIC.

Podemos ver que el número de pieza base es AT24C01C. Los otros parámetros del componente son la opción de encapsulado, el grado del dispositivo, la tensión de funcionamiento y la opción de envío.

_{Figura 1. Los sistemas de identificación de productos específicos del proveedor son responsables de los nombres de los componentes electrónicos estándares hoy en día. El nombre incluye información acerca del tipo de dispositivo y sus parámetros}

_{Figura 2. La mayoría de los componentes están disponibles en diferentes encapsulados. La parte correspondiente al encapsulado en el sistema de identificación del producto describe el tipo de encapsulado del producto}

Lo más importante son los tipos de encapsulado y, en particular, las configuraciones de pines. Con eso, podemos ver que, con seis tipos de encapsulados diferentes, solo SOT23 utiliza un dispositivo de 5 pines. Así, vemos dos símbolos esquemáticos posibles. 

El primer símbolo corresponde a las piezas de ocho pines.

_{Figura 3. El símbolo esquemático de los componentes que vayamos a utilizar lo debemos diseñar en función del encapsulado elegido. Aquí se muestra uno para el encapsulado SOIC de 8 patillas de AT24C01C-SS}

Un esquema para convención de nomenclatura sencillo es <Número de base>-<Opción de encapsulado>.

Por ejemplo, AT24C01C-SS_X_MA_P_C.

El nombre del componente final (SOT23) sería el siguiente símbolo con su nombre, AT24C01C-ST. 

Entre estos dos símbolos esquemáticos bastante simples, admitirían un total de 24 componentes diferentes.

Lo mejor es que si se busca solo en función del número base de AT24C01C, ambos símbolos esquemáticos muestran los seis tipos de encapsulado.

_{Figura 4. En comparación, diseñaríamos el símbolo esquemático para la versión SOT23 de 5 patillas con solo 5 pines}

Estándar para nomenclatura de huellas

Para la huella, vamos a hacer referencia a la norma IPC IPC-7351, que trata de los requisitos genéricos para el diseño de montaje superficial y modelo de circuito (o patrón de tierra).

Es bastante fácil de entender. Cada componente tiene asignada una familia con un identificador de 3 o 4 letras. 

Además, para identificar un componente, se utilizan sus dimensiones específicas. Todo esto se hace con caracteres que sirven de identificadores del cuerpo del componente y que son los siguientes:

P= Paso para componentes con más de dos patillas

W= Ancho máximo de patilla (o diámetro de patilla del componente)

L= Longitud del cuerpo para montaje horizontal

D= Diámetro del cuerpo para componentes redondos

T= Espesor del cuerpo para componentes rectangulares

H= Altura para componentes montados en vertical

Q= Número de pines para componentes con más de dos patillas

R= Número de filas de conectores

A, B & C= El nivel de complejidad de fabricación según IPC-2221 e IPC-2222

Utilicemos, por ejemplo, el sistema SOT23 que vimos para AT24C01C. IPC utiliza la sintaxis 

SOT23-+ Paso P + Envergadura nominal Altura X – Número de pines+Densidad.

El designador de la familia del componente es SOT23

Al consultar la hoja de datos una vez más, vemos toda la información necesaria.

_{Figura 5. Dimensiones del encapsulado SOT23 de 5 patillas como se muestra en la hoja de gestión de datos de PCB} 

Al conectar las dimensiones del componente, nos da lo siguiente:

_{Figura 6. Factores del encapsulado que afectan al nombre  del componente electrónico} 

Se obtiene el nombre SOT23-95P280X110-5N

_{Figura 7. En la tabla de dimensiones de encapsulado disponible en la hoja de datos, se utilizan valores del sistema métrico}

La información utilizada en el nombre corresponde a medidas métricas, y se descartan los ceros a la izquierda y los separadores decimales. Así, 0,95 se convierte en 95, 2,80 se convierte en 280 y 1,10 se convierte en 110. 

En la norma IPC-7351, hay mucha más información que tener en cuenta. Es una de esas normas que yo siempre tengo a mano. 

Unas palabras sobre la densidad

Conforme a IPC, hay tres variantes de los patrones de tierra para cada componente.  

Nivel de densidad A: Relación tierra/patilla a orificio máxima

Nivel de densidad B: Relación tierra/patilla a orificio nominal

Nivel de densidad C: Relación tierra/patilla a orificio mínima 

El uso más importante de la densidad es para alcanzar un nivel de producibilidad en la fabricación. El nivel A (máximo) es el mejor en términos de diseño para fabricación (DFM), frente a al nivel C (mínimo), que sería el más denso y difícil de fabricar.

_{Figura 8. Ilustración de los tres modelos de densidad para un mismo componente}

Conclusión

Volviendo a la fábula del comienzo de este blog, la deducción de cada uno de los seis ciegos del Indostán habría sido completamente distinta si hubiesen colaborado y puesto en común sus observaciones. Con una panorámica global, habrían sabido que tocaban un elefante.

Un diseñador de PCB no debe ser un lobo solitario que pueda hacer las cosas como le plazca, sino que debe trabajar con espíritu de equipo para desarrollar un estándar que todos puedan seguir. 

Si agrupamos todo esto en nuestro componente de ejemplo, el nombre del componente sería el número de pieza completo. Usaremos un microchip AT24C01C-STUM-T de memoria EEPROM IC 1Kb (128 x 8) 1MHz 550ns SOT-23-5. Esto identifica completamente el componente que necesitamos. 

_{Figura 8. Para la gestión de los datos de PBC éste sería el nombre de componente electrónico final, símbolo y huella}

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