Calculadora Kicad

Calculadora Kicad

La calculadora de kicad ha estado por mucho tiempo junto a este software y con los años ha ido evolucionando significativamente. Ahora nos ofrece cálculos de impedancia y normas relacionadas con el estándar IPC el cual es el estándar que rige todo lo relacionado al diseño de PCBs. 

Reguladores

Es una función para calcular la resistencia de los reguladores lineales ajustables como por ejemplo, el LM317. Para hacer uso de esta herramienta debemos configurar los parámetros del regulador, los cuales serán el voltaje de referencia y corriente de ajuste. 

Configuración de regulador

Para configurar un nuevo regulador como el LM317, debemos revisar su datasheet y conseguir los parámetros solicitados

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configuracion-regulador-lineal

 


Los valores configurados fueron extraídos de la hoja de datos del componente, una vez configurados se presiona aceptar y ya puede usarse.

Uso

Para hacer uso del regulador se debe seleccionar de la lista de reguladores. los únicos valores que se deben modificar son R1,R2 y Vout, los demás parámetros son extraídos de la configuración.

Si queremos obtener el voltaje de salida en función de las resistencia se selecciona Vout, pero si queremos el valor de alguna de las resistencia se debe seleccionar dicha resistencia.

uso-de-regulador-lineal

Existe otro tipo de regulador  es cual es de tipo estándar, pero se lo dejo a ustedes para que lo deduzcan.

Ancho de pista

El ancho de pista es un valor que debe ser controlado siempre que se trabaje con circuitos en los cuales circule un alto flujo de corriente. Estos circuitos pueden ser: fuentes de alimentación y amplificadores de sonido, en estos circuitos por lo general se ven así:

pistas-alta-corriente

En la presente imagen se puede observar 3 pistas que están hechas por planos, esto es debido a que por ahí fluirá una gran cantidad de corriente, sin embargo, este diseño está sobredimensionado, y para conocer el valor mínimo podemos hacer uso de la calculadora de kicad en ancho de pista.

Parámetros

  1. Intensidad: establecemos la corriente que debe soportar la pista.
  2. Aumento de temperatura: Es la temperatur a la cual estará expuesta la placa, por ejemplo, he realizado circuitos en los que su temperatura de funcionamiento es de 60 grados centígrados, esta debe ser la temperatur que se debe establecer aquí en este caso específico.
  3. Longitud del conductor: Es la longitud que tendrá el conductor.Para conocer la longitud del conductor, debes ir a Enrutar> afinar longitud del conductor.
  4. Resistividad: es la resistencia del cobre en ohm/metro

calculadora de longitud de pista

El cálculo de la longitud de la pista se hace usando la calculadora de kicad en el apartado Ancho de pista, ahí en el tercer parámetro se puede ver un casilla llamada Longitud del conductor, es la distancia en milímetros máxima que debe tener un conductor para soportar la corriente que has configurado en Intensidad.

para comprobar si nuestras pistas están en el rango permitido, podemos ir a PCBnew, nos dirigimos a menú->insertar->Afinar Longitud de pista o presionar Alt+7.

afinar-longitud

Luego seleccionamos la pista a medir y nos mostrará la longitud.

con esta herramienta podemos comprobar que nuestra pista está dentro del rango adecuado, igual o por debajo que se calculó la longitud de la pista.

Pistas de la capa externa

Aca se indica el valor del ancho de la pinta en base al espesor del conductor que por lo general es de 35um, también nos muestra datos como resistencia y caída de voltaje.

Pistas de la capa interna

de igual manera también nos muestra los mismos datos, sin embargo, a pesar de mantener a misma configuración el valor de las pistas internas siempre será mayor que las pistas externas.

Espacio eléctrico

Es el espacio que debe existir entre los conductores para evitar fugas de voltajes o arco eléctrico producidos por la humedad y condensación del aire. 

La Norma IPC 2221 en el apartado 6.3 dice los siguiente:

“El diseño de la placa debe ser planeado para permitir la separación máxima entre las zonas externas de la capa conductora asociada con alta impedancia o circuitos de alta tensión. Esto reducirá al mínimo las fugas eléctricas problemas derivados de la humedad condensada o alta humedad”

TransLine

Las líneas de transmisión de usadas en cursos donde las frecuencias comienzan a estar por encimas de las MHz, Al realizar circuitos de alta frecuencia debemos asegurarnos que no exista rebote de onda o pérdida de señal por falta de adaptación de impedancia. para evitar esto debemos considerar ciertos parámetros en nuestro PCB antes de enviar a fabricar. 

La calculadora de kicad nos ofrece una excelente herramienta la cual llevo usando algunos años y la precisión es muy aceptable.

Como el uso de esta herramienta ya la he explicado en el artículo Transformadores LAN y cálculo de impedancia solo mencionare los otros tipos de líneas de transmisión que existen.

Yo explique como usar la Línea Microstrip acoplada, la cual es usada para pares diferenciales, pero tenemos algunas otras la cuales sirven para otros propósitos, por ejemplo tenemos:

Tipo de línea de transmisión

Línea Microstrip: es usada para adaptación de impedancia de antenas dipolares. Consiste simplemente en una línea sobre el sustrato de ferrita referida a un plano de tierra.


linea-microstrip 

  • Guia de ondas coplanar: Son parecidas a las líneas Microstrip, solo que estas se usan para circuitos de microondas. No tienen un plano de referencia a tierra y su uso es muy específico.

guia-de-ondas-coplanar

  • Guia de ondas coplanar con plano de masa: Se usan con el mismo propósito que la anterior a excepción que esta se encuentra refería a un plano de tierra.

 guia-de-ondas-coplanar-con-plano-de-masa

El resto de líneas de transmisión de usadas para estructuras, asi que la verdad no son de ninguna utilidad al momento de diseñar PCBs.

Parámetros del sustrato

Es donde debemos establecer los parámetros de nuestra placa, estos parámetros también los he explicado anteriormente en Transformadores LAN y cálculo de impedancia, acá se detallan cada uno de los parámetros.

Parametros fisicos

Son los valores que deben ser configurados en nuestra pista, los cuales son el ancho de la pista y el espacio entre ellas, estos son importante para obtener la impedancia mostrada en los parámetros eléctricos.

Parámetros eléctricos

Son los parámetros resultantes de configurar un ancho y espacio estre pista específico, este valor de impedancia se mantendrá a lo largo de toda la pista, con una atenuación mínima, esta atenuación la podemos ver en los resultados.

Atenuadores RF

Los atenuadores RF son usados para circuitos de alta frecuencia, están relacionados con la adaptación de impedancia y la cantidad de señal que se comparte entre un circuito y otro. Por ejemplo, disminuir la intensidad de una señal antes de entrar a un circuito debido a que si llega con mucha intensidad lo saturaría. 

La atenuación se presenta en decibeles, y se pueden ver distintos tipos de circuitos de atenuación; PI, TEE, TEE PUENTEADA Y DIVISOR RESISTIVO.

Estos circuitos arrojan los valores de las resistencia del arreglo de acuerdo a la atenuación deseada.

Atenuadores-RF

Personalmente no estoy muy familiarizado con la alta frecuencia y dudo que alguien que diseñe una PCB para alta frecuencia use esta herramienta, pienso que deben existir software más completos y de mejor calidad para este fin.

Código color

Esta es una las las secciones más antiguas, la he visto desde kicad 9. es usada para conocer el valor de las resistencias y su tolerancia. Se aplica solo a resistencias de agujero pasante, osea, las tradicionales.

Mi amigo Ronald realizó una aplicación llamada Pytronic, es una aplicación más completa que no solo hace cálculo de las resistencias, sino también de los capacitores cerámicos e inductores.

GNUPytronic–maykolrey

Clases de placas

Esta sección hace referencia a la calidad de las placas, estas se dividen en clases y a mayor clase mayor complejidad. Las especificaciones de cada clase se pueden encontrar en el estándar de la industria IPC-6012. Este reglamento es el que controla la calidad de las placas rígidas o placas desnudas.


PCB Way recientemente agregó un apartado para solicitar placas avanzadas y se puede observar que ahora podemos escoger la clase 2 y la clase 3.

advanced-PCB-Maykolrey

La calcula de kicad muestra valores aproximados los cuales no son de mucha ayuda, personalmente no sabia que existia pero me pareció curioso que intentan brindar una idea sobre esta característica, tal vez a otras personas como a mi les de curiosidad de investigar sobre estos parámetros.

 

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