Entornos de diseño asistido
El programa no dibuja por uno: acelera lo que uno ya sabe hacer. Lo que cambia con el CAD es que el dibujo pasa a ser un modelo con datos, y de ahí sale la lista de materiales y la placa.
01Qué cambia cuando el dibujo pasa a ser un modelo
Un plano en papel es un conjunto de líneas: el significado lo pone quien lo lee. Un dibujo de CAD es una base de datos: el programa sabe que ese rectángulo es un resistor de 470 Ω, que está conectado a ese nodo y que su encapsulado mide tanto. De esa diferencia salen todas las ventajas.
| Sobre el papel | En CAD o EDA |
|---|---|
| Se redibuja para cambiar una medida | Se cambia el parámetro y todo se actualiza |
| Las cotas se escriben a mano | Se generan de la geometría y no pueden mentir |
| La lista de materiales se copia a mano | Sale sola del propio dibujo |
| Los errores de conexión se buscan a ojo | El verificador de reglas los marca |
| Hay una sola copia buena | Hay control de versiones e historial |
No decide qué vistas hacen falta, ni qué cotas son funcionales, ni cómo ordenar un esquema para que se entienda. Todo eso lo pone quien dibuja, y por eso las tres páginas anteriores de esta materia vienen antes que esta.
02CAD mecánico
- Dibujo paramétrico. La geometría se define por restricciones —paralelismo, tangencia, cotas— y no por coordenadas. Cambiar una cota reconstruye la pieza entera.
- Capas. Contornos, cotas, ejes y anotaciones en capas distintas, cada una con su color y su grosor de línea. Se pueden apagar para trabajar.
- Bloques. Elementos repetidos —un tornillo, un símbolo, el rótulo— definidos una vez y reutilizados; si cambia la definición, cambian todas las instancias.
- Modelado 3D y vistas automáticas. Se modela el sólido y el programa genera vistas, cortes y perspectivas coherentes entre sí.
- Intercambio. DXF y DWG para dibujo 2D, STEP para sólidos, STL para impresión 3D, PDF para lectura. Elegir mal el formato es perder información.
03EDA: del esquema a la placa
En electrónica la herramienta se llama EDA, y el flujo de trabajo es siempre el mismo:
| Paso | Qué se hace | Qué se obtiene |
|---|---|---|
| 1 · Captura | Dibujar el esquema con símbolos de biblioteca | Esquemático |
| 2 · Verificación eléctrica | Revisar pines sin conectar, salidas en conflicto | Informe de reglas |
| 3 · Netlist | Extraer la lista de nodos y componentes | Netlist y lista de materiales |
| 4 · Simulación | Correr el circuito en SPICE | Formas de onda, respuesta en frecuencia |
| 5 · Asignar huellas | Ligar cada símbolo a su encapsulado real | Componentes con medidas |
| 6 · Ruteo | Ubicar y conectar sobre la placa | Diseño de PCB |
| 7 · Fabricación | Generar archivos para el fabricante | Gerber, taladros, BOM, pick and place |
Es un archivo de texto que dice qué componentes hay y qué patas comparten nodo. No tiene geometría: es la topología pura del circuito. Con él se simula, con él se rutea la placa y con él se verifica al final que la placa coincide con el esquema.
Elegí un circuito y movete el valor ajustable: el esquema, el netlist y el cálculo se actualizan juntos, como en un programa de EDA.
04Diseño de la placa
Con el netlist cargado, el programa muestra las conexiones pendientes como líneas rectas —el ratsnest— y el trabajo consiste en ubicar los componentes y convertir esas líneas en pistas reales, respetando reglas de diseño: ancho mínimo de pista, separación, ancho según la corriente, distancia a bordes, y aislación entre secciones de distinta tensión.
- Capas de una placa: cobre superior e inferior —o más, en placas multicapa—, máscara antisoldante, serigrafía y perforaciones.
- Archivos de salida: Gerber por cada capa, Excellon para los taladros, BOM y archivo de posición para el montaje automático.
- Verificación final: el visor de Gerber muestra lo que se va a fabricar realmente. Mirarlo antes de mandar es la última oportunidad de encontrar un error.
Todo lo que se hace ahí se ve después en la fabricación del circuito impreso, que es donde el diseño se vuelve físico.
05Criterios que no dependen del programa
- Nombrar bien. Archivos y versiones con un criterio claro; nada de «final2_ahorasi».
- Bibliotecas propias. Un símbolo o una huella equivocada arruina una tanda de placas: conviene verificar cada huella nueva contra la hoja de datos.
- Guardar el proyecto completo. Esquema, placa, bibliotecas y archivos de fabricación juntos; un Gerber suelto no se puede modificar.
- Documentar el porqué. Una nota en el esquema explicando una decisión rara vale más que diez comentarios en un correo que nadie va a encontrar.
- Formatos abiertos cuando se pueda. Un proyecto atado a una versión de un programa comercial puede volverse ilegible en pocos años.
06En el laboratorio
Capturar en KiCad un circuito de cinco componentes, asignar huellas, rutear una placa de una cara y generar los archivos de fabricación. Revisarlos en un visor de Gerber antes de dar por terminado.
Simular en SPICE el filtro RC del laboratorio de esta página, obtener su respuesta en frecuencia y comparar la frecuencia de corte simulada con la calculada y con la medida en el protoboard.
Modelar en CAD la tapa del gabinete con las perforaciones para los conectores de la placa diseñada. Verificar que coinciden exportando la placa en 3D e insertándola en el modelo.
07Errores frecuentes
- Dibujar sin restricciones en CAD paramétrico y perder la capacidad de modificar.
- Usar una huella sin verificarla contra la hoja de datos del componente.
- Rutear sin haber definido las reglas de diseño y descubrir después que las pistas son demasiado finas para la corriente.
- Mandar a fabricar sin mirar los Gerber.
- Confiar en que el programa corrige el criterio. Un esquema desordenado sigue siendo ilegible aunque esté hecho en computadora.
- No guardar las bibliotecas junto al proyecto, y que en otra máquina falten símbolos.
08Autoevaluación
¿Qué es un netlist?
La lista de componentes y de los nodos que comparten sus patas: la topología del circuito sin geometría. Es el puente entre el esquema, la simulación y la placa.
¿Qué formato se usa para intercambiar un sólido entre programas de CAD?
STEP. DXF y DWG son para dibujo 2D y STL para impresión 3D.
¿Qué archivos pide un fabricante de placas?
Gerber de cada capa, archivo de taladros, y para el montaje también BOM y archivo de posición.
¿Para qué sirven las capas en CAD?
Para separar contornos, cotas, ejes y anotaciones, y poder mostrarlos u ocultarlos con distintos colores y grosores.
Un divisor de 10 kΩ y 4,7 kΩ con 12 V. ¿Cuánto da la salida?
12·4700/14700 ≈ 3,84 V. Es la cuenta que hace el laboratorio de esta página.
¿Por qué conviene simular antes de armar?
Porque un error de concepto se detecta en segundos y sin gastar componentes. No reemplaza a la medición, pero evita las sorpresas más caras.
09Para ampliar
- Documentación oficial de KiCad. KiCad Documentation. KiCad EDA, versión actual. El manual de la herramienta libre más usada: captura, huellas, ruteo y fabricación.
- Chris Simpson. PCB Design Guidelines. Notas de aplicación de fabricantes. Reglas prácticas de ancho de pista, planos de masa y disposición de componentes.
- Frederick E. Giesecke y otros. Dibujo técnico con gráficas de ingeniería. 14.ª ed., Pearson, 2013. Los capítulos de CAD, para el lado mecánico del trabajo.
- Paul Horowitz y Winfield Hill. The Art of Electronics. 3.ª ed., Cambridge University Press, 2015. El apéndice sobre construcción de prototipos y diseño de placas.