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Diseño de PCB de microcontrolador: una guía completa

Índice del contenido

El diseño de la PCB del microcontrolador es ligeramente diferente al de las placas convencionales; Hay numerosos parámetros que cuidar y varias reglas de diseño que cumplir. Utilice esto para aprender el proceso de creación de uno. Comencemos con el significado de este tipo de PCB.

¿Qué es una placa de microcontrolador?

Una placa de microcontrolador (MCU) es una PCB programable con uno o más microcontroladores. La MCU es una computadora de un solo chip. Actúa como el cerebro del tablero y contiene estas partes principales: unidad central de procesamiento, memoria y periféricos de E/S.

Estas placas de circuito son sencillas de fabricar. También cuestan menos que microprocesadoresAdemás, puede usarlos en prácticamente cualquier proyecto, desde aquellos que involucran controles simples hasta aquellos que requieren cálculos.

Los PCB MCU funcionan con electrónica integrada sistemas y dispositivos. Ayudan a realizar funciones controladas por software. Por ejemplo, puede interconectarlos con sensores para reaccionar ante las condiciones o colocarlos en un dispositivo para controlar su funcionamiento.

El microcontrolador PCB puede ser una placa simple con sólo unos pocos componentes o un tipo complicado con muchas interconexiones y capas eléctricas; Depende del proyecto particular y del nivel de control requerido.

Uso del software de diseño de microcontroladores de PCB
Uso del software de diseño de microcontroladores de PCB
Recursos: https://www.youtube.com/watch?v=aSsnLyKtIAU

Diseño de PCB de microcontrolador

Una placa de circuito de microcontrolador comienza con la preparación del diseño. Para crearlo, usted determina el tipo de controlador requerido y los distintos componentes. Los requisitos de su proyecto dictan el tipo de PCB a fabricar.

Por ejemplo, una MCU sencilla con sólo unos pocos Kbs de memoria y una única entrada de E/S puede ser suficiente si la aplicación es una función temporizada. Sin embargo, puede que no sea así si el proyecto requiere una lógica compleja.

Para diseñar una PCB MCU, debe comprender electrónica digital y analógica. También es necesario que sepas trabajar con software de diseño de PCB y que conozcas los requisitos de la placa.

¿Pero qué pasa si no tienes estas habilidades? Puedes hacer que te creen uno. Muchos fabricantes ofrecen servicios de diseño y fabricación de placas de circuito.

Alternativamente, puede hacerlo y enviarlo al fabricante para su producción. Aprenda a diseñar placas de microcontrolador PCB en la siguiente sección.

Diagrama de bloques de PCB del microcontrolador
Diagrama de bloques de PCB del microcontrolador
Recursos: https://www.researchgate.net

Cómo diseñar una PCB de microcontrolador

Ahora estás familiarizado con este tipo de placa de circuito, así que comencemos el proceso de diseño. Implica crear los esquemas y el diseño antes de enviar el archivo de producción a su fabricante. Sigue estos pasos.

Paso 1: diagrama de bloques

El proceso de diseño de la placa del microcontrolador comienza con un diagrama de bloques o una representación de la arquitectura y funcionalidad de la placa. Indique las partes de la placa en el diagrama, su finalidad y conexiones. En pocas palabras, asegúrese de establecer lo siguiente:

  • La potencia de procesamiento requerida; Esto determinará más adelante el tipo de controlador a utilizar.
  • Requisitos de energía, incluidos los niveles de voltaje máximo y mínimo.
  • Requisitos de gestión térmica
  • Mitigación de EMI
  • Los tipos de entradas y salidas o protocolos de comunicación.

Utilice los requisitos anteriores para elegir las distintas piezas, como circuitos y componentes de gestión de energía y calor, interfaces de comunicación, sensores, etc.

Paso 2: Selección del microcontrolador

Los microcontroladores están disponibles en muchos tipos diferentes según la función requerida. Seleccione su tipo de MCU basándose estrictamente en los requisitos del proyecto. Sus opciones incluirán principalmente estos tipos.

  • MCU AVR
  • MCU con imagen
  • MCU BRAZO
  • 8051 UCM
  • MCU MSP

Otros detalles incluyen el velocidad de bits (16, 32, 64), tipo de arquitectura (RISC, CISC), tipo de memoria (en chip, fuera de chip) y tipo de chip (SIP, DIP, QFP, SIP, PGA, BGA, TQFP). Las MCU basadas en ARM son las más populares. Se adaptan a muchas aplicaciones.

Paso 3: Esquemas de diseño de PCB del microcontrolador

Después de identificar el tipo de controlador, es hora de crear los esquemas. El dibujo esquemático es una representación digital de todo el circuito. Este paso requiere un programa, como KiCad, Altium, etc. Incluye lo siguiente:

  • Las distintas piezas y sus nombres (el controlador IC, los conectores USB y de programación, el regulador de voltaje, los condensadores)
  • Valores y clasificaciones de los componentes
  • Números de componentes o piezas

Comience colocando componentes activos. Algunos circuitos son demasiado grandes y complejos para caber en una sola hoja. Considere la posibilidad de crear subcircuitos primero. Luego podrás unirte a ellos más tarde. Facilita la tarea. Utilice el diagrama para preparar el BOM o lista de materiales.

Paso 4: Diseño de PCB del microcontrolador

Una vez completado el dibujo esquemático, ahora puede crear el diseño. Esta parte del proceso de diseño de PCB del microcontrolador requiere organizar los componentes y enrutar las pistas. Asegúrese de lo siguiente al colocar los componentes.

Optimice el proceso de enrutamiento para minimizar la pérdida de señal debido a EMI o diafonía. Ahora tienes el diseño de la PCB o una representación 3D de los componentes. La siguiente etapa es probar su funcionalidad y garantizar cero omisiones durante el proceso de diseño.

Paso 5: Verificación del diseño

A continuación, verifique su diseño ejecutando un proceso automático. El software de diseño de PCB de su microcontrolador normalmente tendrá esta función. Hará coincidir los esquemas con el diseño y comprobará si el diseño sigue las reglas requeridas.

Vuelva a trabajar el diseño si surge un problema. No desea continuar con un circuito defectuoso. Es posible que su placa no funcione según lo previsto.

Paso 6: Generación de archivos de producción

Con todo confirmado, es hora de enviar el diseño de PCB de su microcontrolador al fabricante. Pero el archivo todavía está en el formato propietario y es necesario convertirlo al formato estándar de la industria llamado Archivo Gerber.

El archivo Gerber contendrá las diferentes capas del tablero. Incluyen archivos de soldadura en pasta, serigrafía y capas de ensamblaje.

Otros archivos necesarios antes de la producción son los archivos de ensamblaje o pick-and-place para el ensamblaje de componentes y la lima de perforación para la máquina que creará los agujeros.

Diseño de PCB del microcontrolador
Diseño de PCB del microcontrolador
Recursos: https://www.researchgate.net

Directrices de diseño de PCB para microcontroladores

El microcontrolador en una PCB significa que la placa transmite señales analógicas y digitales, incluidas las de alta frecuencia. Como tal, debe optimizar su diseño para garantizar la integridad de la señal, la distribución adecuada de la energía y la gestión del calor, entre otros requisitos. Estos consejos deberían ayudarle a lograrlo.

1. Seleccione el correcto tipo de controlador basado en su proyecto específico. Elija un tipo complejo si su aplicación requiere un procesamiento mayor y viceversa.

2. Separe las líneas analógicas y digitales o de alta velocidad al enrutar trazas, trazas. Ayudará a evitar la degradación de la señal.

3. Acortar las huellas. Manténgalos rectos, especialmente si realiza el circuito para un dispositivo microcontrolador PCB de alta potencia o alta frecuencia.

4. Coloque las piezas generadoras de calor cerca de disipadores de calor y otros disipadores de calor para evitar problemas térmicos. En su lugar, puede ubicarlos en regiones ventiladas.

5. Separe las capas de señal con planos de tierra, especialmente si diseña un circuito de RF, y reduzca la cantidad de vías para minimizar la interferencia.

Conclusión

En esta guía, aprendió los pasos de diseño de PCB del microcontrolador. Las placas MCU tienen consideraciones especiales que requieren más entrada que las placas convencionales. Los pasos y pautas de este artículo explican lo que se debe y no se debe hacer al fabricar este tipo de placa. Utilízalos para asegurar el éxito en la creación del tuyo y el éxito de tu proyecto.

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