Calculadora Kicad

Calculadora Kicad

La calculadora de kicad ha estado desde siempre en la software kicad y ha ido evolucionando con los años, esta nos brinda herramientas que ayuda en el diseño de nuestros circuitos impresos, la calculadora de kicad nos ofrece:

• Cálculo de reguladores lineales
• Tabla de espaciado eléctrico
• Cálculo para el diámetro de las vías
• Cálculo para el ancho de las pistas
• Corriente de fusión de pista
• Cálculo de tamaño de cables
• Cálculo de Longitud de onda
• Atenuadores RF
• Calculo de lineas de transmision

Además de otros cálculos básicos. tratare de explicar detalladamente solo los elementos más importantes de la lista mostrada anteriormente.

Cálculo de reguladores lineales

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 LM317

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

Pie de imagen:fuente ajustable

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

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.

Pie de imagen:

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

Cálculos de potencia, corriente y aislamiento

pienso que este grupo de calculo es uno de los más importantes y más usados en el diseño de un PCB, entre estos cálculos tenemos:

Espaciado eléctrico

Se trata de una tabla que nos indica el espacio que debe existir entre 2 conductores en función del voltaje que manejan, esto es sumamente importante cuando se manejan altos voltajes y se quiere evitar arco eléctrico. Esta tabla fue tomada de la norma IPC 2221 y funciona para voltajes mayor a 500V

Pie de imagen:

Diámetro de vías

Esta es una las funciones que más uso sobre todo en el diseño de fuentes de alimentación donde se usan más de 2 capas en la PCB, sirve para calcular qué diámetro debe tener una vía en función de la corriente que maneja.

Pie de imagen:

En la izquierda se ingresan los datos de diseño y en la derecha se observan los resultados. por ejemplo en la imagen se puede ver que con un diámetro de 0.4 mm y una longitud de 1.6 mm se puede manejar hasta 2.99 A por vía.

Ancho de pista

Esta parte tiene la finalidad de conocer cuánta corriente puede manejar una pista, es conveniente conocer esto para evitar puntos calientes en la PCB.

Pie de imagen:

Es fácil de usar, en el lado izquierdo se agregan los parámetros de diseño y en la parte derecha se obtienen los resultados, en este caso para manejar una corriente de 1A en un conductor de 20 mm de longitud el ancho de la pista debe ser mayor a 0.3 mm

Corriente de fusión

Esto fue recientemente incluido en kicad, el objetivo de esto es calcular la corriente necesaria para fundir un filamento de cobre, por ejemplo, se puede usar para diseñar un fusible con las mismas pistas de cobre del PCB.

Pie de imagen:

En la imagen, se puede ver que con 10A un pista de 0.1 mm se fundiria aislando de esta forma el circuito.

Tamaño del cable

No veo esto tan relevante para el diseño de un PCB, sin embargo, está ahí y se puede usar, el objetivo es conocer qué corriente maneja un cable en función del calibre, que diametro tiene otros parámetros técnicos adicionales.

Pie de imagen:

Cálculos de alta velocidad

Esta sección está diseñada para cálculos de circuitos en alta frecuencia.

Longitud de onda

Bueno como el titulo lo dice, ayuda a calcular la longitud de onda en función de la frecuencia aplicada.

Pie de imagen:

Por ejemplo para una senal de 1 GHz la longitud de la onda es de 29 cm en el espacio vacío.

Líneas de transmisión

Las líneas de transmisión de usadas en casos 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 aceptable.

Tipos de lineas de transmision

Línea Microstrip: es usada para adaptación de impedancia de antenas dipolares. Consiste simplemente en una línea sobre el sustrato de FR4 referida a un plano de tierra.

Pie de imagen:

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.

Pie de imagen:

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.

Pie de imagen:

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.

Pie de imagen:

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.