Desde diagramas esquemáticos, hasta suites de diseño de PCB hay una serie de herramientas que son clave en el diseño de productos electrónicos que abordamos en esta entrega.
Y es que el diseño es el primer paso fundamental dentro del ciclo de desarrollo de productos electrónicos.
Siendo la electrónica una plataforma transversal del mundo tecnológico, tal como argumenta Celus: ‘sin las placas de circuito impreso (PCB), ningún dispositivo funcionaría de la forma en la que estamos acostumbrados’.
Todo esto justifica y demanda un conocimiento al menos fundamental de las herramientas que respaldan a los ingenieros y tecnólogos electrónicos en sus procesos de diseño y desarrollo.
¿Cómo evolucionan los requerimientos de los clientes hacia soluciones de valor en la vida real? Con experticia, conocimientos y herramientas en el campo de la electrónica, lo que permite diseñar y fabricar productos electrónicos innovadores.
Y todo comienza en la mesa de diseño.
Dentro de este proceso es imperativo aplicar las herramientas adecuadas que faciliten el diseño y garanticen la máxima coherencia del producto final con la necesidad a resolver.
De lo más general y simple a lo más completo; a continuación se presentan algunas herramientas clave en el diseño electrónico de un producto.
Siete herramientas clave para el diseño de productos electrónicos
1. Los diagramas de bloques
Más que una herramienta para el diseño de productos electrónicos, es un recurso aplicable para cualquier campo de trabajo afín a los proyectos.
Un diagrama de bloques es una representación visual enfocada en las partes fundamentales de un sistema, cuyos procesos clave están representados por bloques.
Figura 1. Ejemplo de un Diagrama de Bloques (Elaboración propia).
Se usan para diseñar nuevos sistemas, para describir o mejorar los existentes.
La interacción e intercambio de información entre los diferentes elementos del sistema es representada por líneas de conexión.
De acuerdo con Creately, una herramienta de creación de estos diagramas, su estructura simple permite una visión general de los principales componentes del sistema o proceso, los participantes clave y las relaciones fundamentales de trabajo.
Cuando hay muchas propiedades clave en una sola arquitectura hardware/software, un diagrama de bloques es una herramienta eficaz para:
- Dividir el problema
- Descifrar y completar la articulación de sus diferentes procesos
- Comprender mejor los subsistemas
- Lograr que las ideas sean más manejables y fáciles de comprender
2. Diagramas de flujo para el diseño de software embebido
Un diagrama de flujo ilustra los procesos operativos de un programa a través de formas y símbolos básicos.
Es una herramienta adaptable tanto para expertos como para no desarrolladores.
Dentro de los diagramas de flujo del proceso se puede describir:
- El mecanismo de trabajo de un programa
- Sus bloques de construcción básicos
- Los datos de entrada y salida
- Cómo se procesan dichos datos
Para el caso particular de un producto electrónico, antes de escribir un software embebido en cualquier lenguaje de programación, es recomendable elaborar un diagrama de flujo del algoritmo.
Además de ilustrar la función, el diagrama de flujo también admite la comunicación con otros miembros involucrados en los modelos de proceso.
A través de esta herramienta de diseño de producto electrónico, de acuerdo con el Dr. Guoping Wang de la Universidad de Purdue, los desarrolladores de software embebido pueden visualizar fácilmente sus ideas para agilizar el proceso de trabajo a través de la representación gráfica.
Figura 2. Diagrama de flujo para software embebido (Wang 2014).
Esta visualización permite representar el proceso de transferencia cuando cambia la entrada o se presenta un evento particular.
3. Diagrama Esquemático
También es conocido como diagrama de circuito, esta herramienta de diseño de producto electrónico es básicamente el diagrama principal de la industria de la electrónica y las comunicaciones.
Figura 3. Diagrama Esquemático de un detector de placa de tubo de vacío LaGess (2018)
El diagrama esquemático emplea una simbología estándar que posibilita a una persona con experiencia en electrónica para rastrear y comprender cualquier circuito con relativa facilidad, permitiendo conocer cómo funciona un determinado dispositivo.
Por esta razón, se utiliza para el diseño y análisis de circuitos y dispositivos electrónicos, fines instruccionales y solución de problemas de mantenimiento de circuitos.
4. Herramientas de simulación de esquemas electrónicos
Antes del diseño real o prototipo físico es posible probar y simular un modelo de manera virtual, mediante herramientas de diseño electrónico y esquemático asistido por computadora (ECAD) o herramientas de automatización de diseño electrónico (EDA).
Algunas herramientas CAD o ECAD hacen posible identificar y configurar todos los componentes y su simbología, cableando además pines y terminales en un proceso llamado ‘captura esquemática’.
Cuando los componentes de un dispositivo o circuito no están disponibles en el catálogo o galería de la herramienta se deben desarrollar, buena parte de los fabricantes proporcionan ejecutables o bibliotecas de modelos para facilitar este proceso.
Celus reseña algunas herramientas de diseño para simulación de productos electrónicos como LTSpice, PSpice de Cadence Design Systems, Matlab de Mathworks, NI Multisim o MathCAD.
Algunas pueden ser gratuitas (caso LTSpice) y otras tan costosas como USD 6.000 de suscripción anual.
Después de algunas simulaciones y verificaciones, los ingenieros tomarán el esquema y lo colocarán en una suite de diseño de PCB.
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5. Software de diseño de placas de circuito impreso
Estas herramientas de diseño posibilitan la definición de la ubicación y el enrutamiento de los componentes electrónicos, con base en un diseño esquemático previo y sus restricciones o condiciones establecidas que llevará la placa de circuito fabricada.
En el diseño PCB se consideran, entre otros, los siguientes factores:
- Restricciones mecánicas
- Gestión térmica
- Aislamiento y manejo de señales
- Compatibilidad electromagnética
- Seguridad eléctrica
- Interoperabilidad
Un proceso de diseño de PCB con el apoyo de estas herramientas normalmente involucra:
- La definición de la ubicación de componentes en la placa
- La etapa de enrutamiento para generar las conexiones físicas de los componentes
- Generación de un modelo de visualización en 3D que facilita la comprensión real de la placa de circuito que se va a fabricar
- Otros pasos:
- Selección del tipo de componente (encapsulado)
- Características de las pistas de circuito, entre otros que son tratados en otro artículo enfocado en el diseño de PCB.
Figura 4. Herramienta CAD para el diseño de PCB (Autodesk, 2022)
Al igual que las herramientas CAD, existen herramientas de diseño de PCB gratuitas y pagas.
Algunas opciones de software de diseño de circuito impreso ampliamente difundidas son OrCAD, NI Circuit Design Suite y Proteus. Proto-Electronics reseña otras nueve de estas herramientas.
Algunas herramientas de diseño electrónico permiten tanto el diseño del esquema electrónico como el diseño PCB y son conocidas como software de automatización de diseño electrónico o EDA.
Eagle, Altium u Orcad son ejemplos de este tipo de software de diseño, SnapEDA las reseña junto a otras tres alternativas.
6. Herramientas para el diseño Mockups
Un mockup es una representación estética de un producto electrónico, que muestra a los usuarios y partes interesadas cómo puede verse y usarse.
Figura 5. Mockups rendizado 3D de Iphone 13 (Goodmockups.com)
Contiene elementos visuales como:
- La tipografía
- Los logotipos
- Imágenes
- Renderizado 3D
- Esquemas de color
- Imágenes de navegación que conformarán el diseño final
- Otros relacionados con la experiencia del usuario
Los mockups o maquetas estéticas virtualizadas demuestran un diseño realista a los responsables de la toma de decisiones y permiten que los equipos determinen cuáles aspectos del producto funcionan bien desde la perspectiva del usuario y cuáles no.
De acuerdo con Airfocus, este tipo de herramientas son excelentes para las empresas de tecnología en la fase de desarrollo, apoyando en la decisión de cómo se verá su aplicación, página web o producto electrónico.
7. Recursos, fuentes y proveedores
El proceso de diseño de producto electrónico implica la investigación y selección de los componentes electrónicos del sistema, así como de los proveedores que pueden suministrarlos, pero también, la consulta de indicaciones de uso y documentación técnica útil para el diseñador.
Por ejemplo, restricciones eléctricas o mecánicas de un componente en particular que deban acatarse para su correcto funcionamiento.
Debido a lo anterior, la información de diseño desempeña un papel crucial en el proceso, ya que puede acortar el tiempo de diseño y anticipar posibles fallas en un bloque o en el producto entero.
Estas son dos fuentes o recursos muy útiles para el diseño de productos electrónicos:
Datasheet
Un Datasheet, hoja de datos u hoja de especificaciones, es un documento que proporciona las especificaciones técnicas de un artículo en particular.
Ayuda a los clientes potenciales a tomar decisiones de selección, y en el caso del desarrollo de productos electrónicos, sirve como soporte de diseño al abordar las diferentes características, limitaciones y alcances del producto.
Proveedores de componentes
Según los precios de los componentes, su stock y los costos logísticos, durante un diseño electrónico es fundamental llevar a cabo la selección de uno u otro proveedor de componentes.
Pero más allá, es importante conocer que varios de estos proveedores disponen de una amplia selección de contenidos gratuitos, que representan una gran ayuda para el proceso de diseño electrónico.
Desde notas de aplicación, hasta videotutoriales, recomendaciones de diseño, simuladores, cursos, entre otros recursos.
Proto-Electronics reseña a cuatro de los principales catalogadores del mercado electrónico, todos ellos cuentan con contenidos de valor para desarrolladores de hardware:
- Farnell:
- Con más de 80 años de experiencia en electrónica
- Ofrece más de 10 millones de componentes.
- En 2010 se introdujo la rama especializada en los kits de desarrollo y de ayuda para el prototipado mediante Farnell Element14.
- Para reforzar aún más su presencia global, Avnet adquirió la empresa en 2016.
- Mouser Electronics:
- Inició operaciones en California EE.UU. en 1964 como Western Components
- Se ha convertido en uno de los principales distribuidores de componentes electrónicos, suministrando a más de 750 fabricantes.
- Ofrece componentes pasivos y electromecánicos, semiconductores, interconexiones y muchos otros componentes
- Cuenta con 25 centros de producción en todo el mundo.
- RS Components:
- Ofrece más de 500.000 referencias de componentes electrónicos, automatismos, equipos, aparatos de pruebas y medición, herramientas y suministros industriales.
- Digi-Key:
- Fundado en 1972 con sede principal en Minnesota EE.UU.
- Distribuidor de componentes autorizados para más de 800 proveedores, con una gama de productos considerable.
- Sexto distribuidor más grande del mundo
- Tiene un stock de varios millones de componentes
- Más del 95% de las empresas de electrónica más importantes de Norteamérica trabajan con ellos.
Herramientas de Diseño de Producto Electrónico - Conclusión
La industria electrónica a nivel mundial se encuentra en una constante evolución debido a la adición de diversas herramientas que facilitan el diseño de productos electrónicos reduciendo tiempos y costos.
Gracias a ello, las empresas con necesidades específicas pueden desarrollar mínimos productos viables (MPV) con resultados de alta calidad que brinden soluciones a problemas reales.
Las buenas prácticas respecto a estas herramientas reducen incertidumbres y anticipan riesgos, lo que facilita el lanzamiento de productos innovadores al mercado.
¿Está interesado en adoptar este tipo de herramientas en el diseño de sus productos electrónicos?
