Tablero de circuitos
 | Este artículo necesita citas adicionales para su verificación . ( agosto de 2012 ) |
Una placa de pruebas, o protoboard, es una base de construcción para la creación de prototipos de componentes electrónicos . Originalmente, la palabra se refería a una tabla de pan literal, una pieza de madera pulida que se usaba para cortar pan. [1] En la década de 1970, la placa de pruebas sin soldadura ( también conocida como placa de conexiones , una placa de matriz de terminales) estuvo disponible y hoy en día el término "placa de pruebas" se utiliza comúnmente para referirse a ellas.
Debido a que la placa de pruebas sin soldadura no requiere soldadura , es reutilizable. Esto facilita su uso para crear prototipos temporales y experimentar con el diseño de circuitos. Por esta razón, las placas de prueba sin soldadura también son populares entre los estudiantes y en la educación tecnológica. Los tipos de protoboard más antiguos no tenían esta propiedad. Un tablero de tira ( Veroboard ) y tableros de circuitos impresos de prototipos similares , que se utilizan para construir prototipos soldados semipermanentes o únicos, no se pueden reutilizar fácilmente. Se pueden crear prototipos de una variedad de sistemas electrónicos mediante el uso de placas de prueba, desde pequeños circuitos analógicos y digitales hasta unidades de procesamiento central completas (CPU).
En comparación con los métodos de conexión de circuitos más permanentes, las placas de prueba modernas tienen una alta capacitancia parásita, una resistencia relativamente alta y conexiones menos confiables, que están sujetas a empujones y degradación física. La señalización está limitada a unos 10 MHz y no todo funciona correctamente, incluso muy por debajo de esa frecuencia.
Un uso común en la era del sistema en un chip (SoC) es obtener un microcontrolador (MCU) en una placa de circuito impreso (PCB) preensamblada que expone una matriz de pines de entrada / salida (IO) en un encabezado adecuado para enchufar en una placa de prueba, y luego para crear un prototipo de un circuito que explote uno o más de los periféricos de la MCU, como entrada / salida de propósito general (GPIO), transceptores seriales UART / USART , convertidor analógico a digital (ADC), digital- convertidor a analógico (DAC), modulación de ancho de pulso (PWM; utilizado en el control de motores ), interfaz periférica en serie(SPI) o I²C .
Luego, se desarrolla el firmware para que la MCU pruebe, depure e interactúe con el prototipo del circuito. La operación de alta frecuencia se limita en gran medida a la PCB del SoC. En el caso de interconexiones de alta velocidad como SPI e I²C, estas se pueden depurar a una velocidad más baja y luego volver a cablear utilizando una metodología de ensamblaje de circuitos diferente para aprovechar el funcionamiento a máxima velocidad. Un solo SoC pequeño a menudo proporciona la mayoría de estas opciones de interfaz eléctrica en un factor de forma apenas más grande que un sello postal grande, disponible en el mercado estadounidense de pasatiempos (y en otros lugares) por unos pocos dólares, lo que permite crear proyectos de tablero bastante sofisticados a un costo modesto .
Evolución
En los primeros días de la radio, los aficionados clavaban cables de cobre desnudos o regletas de terminales en una tabla de madera (a menudo, literalmente, una tabla para cortar el pan) y les soldaban componentes electrónicos. [2] A veces, primero se pegaba un diagrama esquemático de papel a la placa como guía para colocar los terminales, luego se instalaban los componentes y cables sobre sus símbolos en el esquema. El uso de chinchetas o clavos pequeños como postes de montaje también era común.
Las placas de pruebas han evolucionado con el tiempo, y el término ahora se utiliza para todo tipo de prototipos de dispositivos electrónicos. Por ejemplo, la patente de EE.UU. 3.145.483, [3] se presentó en 1961 y describe una placa de madera con muelles montados y otras instalaciones. La patente de EE.UU. 3.496.419, [4] se presentó en 1967 y se refiere a un diseño de placa de circuito impreso particular como una placa de circuito impreso . Ambos ejemplos se refieren y describen otros tipos de placas de prueba como técnica anterior .
La placa de pruebas más comúnmente utilizada en la actualidad suele estar hecha de plástico blanco y es una placa de pruebas conectable (sin soldadura). Fue diseñado por Ronald J. Portugal en 1971. [5]
Alternativas
Los métodos alternativos para crear prototipos son la construcción punto a punto (que recuerda a las tablas de madera originales), envoltura de alambre , lápiz de cableado y tablas como la tabla de tiras. Los sistemas complicados, como las computadoras modernas que comprenden millones de transistores , diodos y resistencias , no se prestan a la creación de prototipos utilizando placas de prueba, ya que sus diseños complejos pueden ser difíciles de diseñar y depurar en una placa de pruebas.
Los diseños de circuitos modernos se desarrollan generalmente utilizando un sistema de simulación y captura esquemática , y se prueban en simulación de software antes de que se construyan los primeros circuitos prototipo en una placa de circuito impreso . Los diseños de circuitos integrados son una versión más extrema del mismo proceso: dado que producir prototipos de silicio es costoso, se realizan extensas simulaciones de software antes de fabricar los primeros prototipos. Sin embargo, las técnicas de creación de prototipos todavía se utilizan para algunas aplicaciones, como los circuitos de RF , o cuando los modelos de software de los componentes son inexactos o incompletos.
También es posible utilizar una cuadrícula cuadrada de pares de orificios donde un orificio por par se conecta a su fila y el otro se conecta a su columna. Esta misma forma puede estar en un círculo con filas y columnas, cada una en espiral opuesta en sentido horario / antihorario.
Placa de pruebas sin soldadura
Especificaciones típicas
Un enchufe moderno sin soldadura (inventado por Ronald J Portugal para E&L Instruments, Derby CT) [6] consiste en un bloque perforado de plástico con numerosos clips de resorte de aleación de níquel plateado o bronce fosforoso estañado debajo de las perforaciones. Los clips a menudo se denominan puntos de unión o puntos de contacto . El número de puntos de unión a menudo se da en la especificación de la placa de pruebas.
El espacio entre los clips (paso de plomo) es típicamente de 0,1 pulgadas (2,54 mm). Los circuitos integrados (IC) en paquetes duales en línea (DIP) se pueden insertar para montar a horcajadas sobre la línea central del bloque. Los cables de interconexión y los conductores de componentes discretos (como condensadores , resistencias e inductores ) se pueden insertar en los orificios libres restantes para completar el circuito. Cuando no se utilizan circuitos integrados, los componentes discretos y los cables de conexión pueden utilizar cualquiera de los orificios. Normalmente, los clips de resorte están clasificados para 1 amperio a 5 voltios y 0,333 amperios a 15 voltios (5 vatios ). El borde del tablero tiene cola de milano macho y hembra. muescas para que las tablas se puedan unir para formar una placa de pruebas grande.
Regletas de bus y terminales
Las placas de prueba sin soldadura conectan pasador a pasador mediante tiras de metal dentro de la placa de pruebas. El diseño de una placa de pruebas sin soldadura típica se compone de dos tipos de áreas, llamadas tiras. Las tiras constan de terminales eléctricos interconectados.
- Regletas de terminales
- Las áreas principales, para contener la mayoría de los componentes electrónicos.
- En el medio de una regleta de terminales de una placa de pruebas, normalmente se encuentra una muesca que corre en paralelo al lado largo. La muesca es para marcar la línea central de la regleta de terminales y proporciona un flujo de aire limitado (enfriamiento) a los circuitos integrados DIP que se encuentran a ambos lados de la línea central [ cita requerida ]. Los clips a la derecha e izquierda de la muesca están conectados cada uno de forma radial; por lo general, cinco clips (es decir, debajo de cinco orificios) en una fila a cada lado de la muesca están conectados eléctricamente. Las cinco columnas a la izquierda de la muesca a menudo están marcadas como A, B, C, D y E, mientras que las de la derecha están marcadas como F, G, H, I y J. Cuando un doble "delgado" El circuito integrado del paquete de clavijas de línea (DIP) (como un DIP-14 o DIP-16 típico, que tiene una separación de 0.3 pulgadas (7.6 mm) entre las filas de clavijas) está conectado a una placa de pruebas, las clavijas de un lado de la Se supone que el chip debe ir a la columna E mientras que los pines del otro lado van a la columna F del otro lado de la muesca. Las filas se identifican con números del 1 al número que indica el diseño de la placa de pruebas. La mayoría de las placas de prueba están diseñadas para acomodar 17, 30 o 64 filas en la mini, mitad,y configuraciones completas respectivamente.
- Franjas de bus
- Para proporcionar energía a los componentes electrónicos.
- Una regleta de bus generalmente contiene dos columnas: una para tierra y otra para voltaje de suministro. Sin embargo, algunas placas de prueba solo proporcionan una tira de bus de distribución de energía de una sola columna en cada lado largo. Normalmente, la fila destinada a una tensión de alimentación está marcada en rojo, mientras que la fila de tierra está marcada en azul o negro. Algunos fabricantes conectan todos los terminales en una columna. Otros simplemente conectan grupos de, por ejemplo, 25 terminales consecutivos en una columna. El último diseño proporciona al diseñador de circuitos algo más de control sobre la diafonía (ruido acoplado inductivamente) en el bus de la fuente de alimentación. A menudo, los grupos en una franja de bus se indican mediante espacios en la marca de color.
- Las regletas de bus normalmente recorren uno o ambos lados de una regleta de terminales o entre las regletas de terminales. En las placas de prueba grandes, a menudo se pueden encontrar tiras de bus adicionales en la parte superior e inferior de las tiras de terminales.
- Tenga en cuenta que hay dos alineaciones comunes diferentes para las regletas de bus de alimentación. En tableros pequeños, con aproximadamente 30 filas, los orificios para el bus de energía a menudo están alineados entre los orificios de señal. En tableros más grandes, alrededor de 63 filas, los orificios de la regleta del bus de alimentación a menudo están alineados con los orificios de señal. Esto hace que algunos accesorios diseñados para un tipo de placa sean incompatibles con el otro. Por ejemplo, algunos adaptadores de GPIO a placa de pruebas de Raspberry Pi utilizan pines de alimentación alineados con desplazamiento, lo que hace que no se ajusten a placas de pruebas con filas de bus de alimentación alineadas. No existen estándares oficiales, por lo que los usuarios deben prestar especial atención a la compatibilidad entre un modelo específico de tablero y un accesorio específico. Los proveedores de accesorios y placas de prueba no siempre especifican con claridad qué alineación utilizan.Ver una fotografía de cerca de la disposición de pasador / orificio puede ayudar a determinar la compatibilidad.
Algunos fabricantes proporcionan regletas de terminales y bus independientes. Otros solo proporcionan bloques de tablero que contienen ambos en un bloque. A menudo, las tiras de placa de pruebas o los bloques de una marca se pueden unir para hacer una placa de pruebas más grande.
En una variante más robusta, una o más tiras de tablero se montan en una hoja de metal. Por lo general, esa hoja de respaldo también contiene varios postes de encuadernación . Estos postes proporcionan una forma limpia de conectar una fuente de alimentación externa. Este tipo de placa de pruebas puede ser un poco más fácil de manejar. Varias imágenes de este artículo muestran estas placas de prueba sin soldadura.
Diagrama
Una tira de tablero de terminales de "tamaño completo" generalmente consta de alrededor de 56 a 65 filas de conectores, cada fila contiene los dos conjuntos de clips conectados antes mencionados (A a E y F a J). Junto con las tiras de bus en cada lado, esto constituye una placa de pruebas sin soldadura de 784 a 910 puntos de unión típica. Las tiras de "tamaño pequeño" suelen tener unas 30 filas. Se pueden encontrar placas de prueba en miniatura sin soldadura de tan solo 17 filas (sin tiras de bus, 170 puntos de unión), pero estas solo son adecuadas para diseños pequeños y simples.
Saltar cables
Los cables de salto (también llamados cables de puente) para la placa de pruebas sin soldadura se pueden obtener en juegos de cables de salto listos para usar o se pueden fabricar manualmente. Este último puede convertirse en un trabajo tedioso para circuitos más grandes. Los cables de salto listos para usar vienen en diferentes calidades, algunos incluso con pequeños enchufes conectados a los extremos del cable. El material del cable de salto para cables confeccionados o hechos en casa generalmente debe ser de cobre sólido de 22 AWG (0,33 mm 2 ), cable estañado, asumiendo que no se deben conectar enchufes pequeños a los extremos del cable. Los extremos de los cables deben pelarse de 3 ⁄ 16 a 5 ⁄ 16 pulg. (4,8 a 7,9 mm). Los cables pelados más cortos pueden provocar un mal contacto con los clips de resorte de la placa (el aislamiento queda atrapado en los resortes). Los cables pelados más largos aumentan la probabilidad de cortocircuitos en la placa. Los alicates de punta fina y las pinzas son útiles al insertar o quitar cables, especialmente en tablas abarrotadas.
Los cables de diferentes colores y la disciplina de codificación de colores a menudo se cumplen para mantener la coherencia. Sin embargo, el número de colores disponibles suele ser mucho menor que el número de tipos de señales o rutas. Por lo general, algunos colores de cables se reservan para los voltajes de suministro y tierra (por ejemplo, rojo, azul, negro), algunos se reservan para señales principales y el resto simplemente se usan cuando sea conveniente. Algunos juegos de cables de salto listos para usar usan el color para indicar la longitud de los cables, pero estos juegos no permiten un esquema de codificación de colores significativo.
Protoboards sin soldadura avanzados
Algunos fabricantes ofrecen versiones de gama alta de placas de prueba sin soldadura. Por lo general, estos son módulos de placa de prueba de alta calidad montados en una carcasa plana. La carcasa contiene equipos adicionales para la placa de pruebas, como una fuente de alimentación , uno o más generadores de señales , interfaces seriales , pantallas LED o módulos LCD y sondas lógicas . [7]
Los módulos de placa de prueba sin soldadura también se pueden encontrar montados en dispositivos como placas de evaluación de microcontroladores . Proporcionan una manera fácil de agregar circuitos periféricos adicionales a la placa de evaluación.
Altas frecuencias y bichos muertos.
Para el desarrollo de alta frecuencia, una placa de metal proporciona un plano de tierra soldable deseable, a menudo una pieza sin grabar de una placa de circuito impreso; Los circuitos integrados a veces se pegan al revés a la placa de pruebas y se sueldan directamente, una técnica a veces llamada construcción de " error muerto " debido a su apariencia. En una nota de aplicación de Linear Technologies se ilustran ejemplos de errores muertos con construcción de plano de tierra. [8]
Limitaciones
Debido a la capacitancia parásita relativamente grande en comparación con una PCB dispuesta correctamente (aproximadamente 2 pF entre columnas de contacto adyacentes [9] ), la alta inductancia de algunas conexiones y una resistencia de contacto relativamente alta y no muy reproducible , las placas de prueba sin soldadura están limitadas a operar a relativamente bajas frecuencias, generalmente menos de 10 MHz , dependiendo de la naturaleza del circuito. La resistencia de contacto relativamente alta ya puede ser un problema para algunos circuitos de CC y de muy baja frecuencia. Las placas de prueba sin soldadura están aún más limitadas por sus valores nominales de voltaje y corriente.
Las placas de prueba sin soldadura generalmente no pueden acomodar dispositivos de tecnología de montaje en superficie (SMD) o componentes con un espaciado de rejilla que no sea de 0,1 pulgadas (2,54 mm). Además, no pueden acomodar componentes con múltiples filas de conectores si estos conectores no coinciden con el diseño dual en línea ; es imposible proporcionar la conectividad eléctrica correcta. A veces, se pueden utilizar pequeños adaptadores de PCB llamados "adaptadores de ruptura" para ajustar el componente a la placa. Dichos adaptadores llevan uno o más componentes y tienen clavijas de conector macho espaciadas de 0,1 pulgadas (2,54 mm) en una sola línea.o diseño dual en línea, para la inserción en una placa de prueba sin soldadura. Los componentes más grandes generalmente se conectan a un enchufe en el adaptador, mientras que los componentes más pequeños (por ejemplo, resistencias SMD) generalmente se sueldan directamente al adaptador. Luego, el adaptador se conecta a la placa de pruebas a través de los conectores de 0,1 pulg. (2,54 mm). Sin embargo, la necesidad de soldar los componentes en el adaptador niega algunas de las ventajas de usar una placa de prueba sin soldadura.
Los circuitos muy complejos pueden volverse inmanejables en una placa de prueba sin soldadura debido a la gran cantidad de cableado requerido. La misma conveniencia de enchufar y desenchufar las conexiones también hace que sea demasiado fácil interrumpir accidentalmente una conexión, y el sistema se vuelve poco confiable. Es posible crear prototipos de sistemas con miles de puntos de conexión, pero se debe tener mucho cuidado en el ensamblaje cuidadoso, y dicho sistema se vuelve poco confiable a medida que se desarrolla la resistencia de contacto con el tiempo. En algún momento, los sistemas muy complejos deben implementarse en una tecnología de interconexión más confiable, para tener la probabilidad de funcionar durante un período de tiempo utilizable.
Otras lecturas
- Patentes
- Patente de Estados Unidos 231708, [10] presentada en 1880, " Tablero de interruptores eléctricos ".
- Patente de EE.UU. 2477653, [11] presentada en 1943, " Aparato de tablero de prueba de entrenamiento eléctrico primario ".
- Patente estadounidense 2568535, [12] presentada en 1945, " Tablero para demostrar circuitos eléctricos ".
- Patente de Estados Unidos 2885602, [13] presentada en 1955, " Fabricación de circuitos modulares ".
- Patente estadounidense 3062991, [14] presentada en 1958, " Sistema de circuito de conexión y desconexión rápida ".
- Patente estadounidense 2983892, [15] presentada en 1958, " Conjunto de montaje para circuitos eléctricos ".
- Patente estadounidense 3085177, [16] presentada en 1960, " Dispositivo para facilitar la construcción de aparatos eléctricos ".
- Patente estadounidense 3078596, [17] presentada en 1960, " Placa de montaje de circuitos ".
- Patente estadounidense 3145483, [3] presentada en 1961, " Placa de prueba para circuitos electrónicos ".
- Patente de EE.UU. 3277589, [18] presentada en 1964, " Kit de experimentos eléctricos ".
- Patente de EE.UU. 3447249, [19] presentada en 1966, " Conjunto de construcción electrónica ". Raytheon Lectron .
- Patente de EE.UU. 3496419, [4] presentada en 1967, " Placa de circuito impreso ".
- Patente de EE.UU. 3540135, [20] presentada en 1968, " Ayudas para la formación educativa ".
- Patente de EE.UU. 3733574, [21] presentada en 1971, " Clips de resorte en tándem en miniatura ".
- Patente de EE.UU. D228136, [5] presentada en 1971, " Placa de pruebas para componentes electrónicos o similares ". Protoboard moderno.
Ver también
- Tablero de latón
- Carril DIN , un sistema modular para ensamblar y conectar diseños eléctricos complejos
- Muelle de expansión
- Clip de Fahnestock
- Diseño iterativo
- Protoboard óptico , una instalación de creación de prototipos similar para el trabajo de ensamblaje óptico
- Perfboard
- Stripboard
Referencias
- ^ Lyle Russell Williams; consulte el Manual de construcción de nuevos receptores de radio Lulu.com, 2006 ISBN 1847285260 página 83
- ^ Descripción del término protoboard. Archivado el 27 de septiembre de 2007 en la Wayback Machine.
- ^ a b Patente estadounidense 3145483. Archivado el 23 de enero de 2018 en Wayback Machine : "Tablero de prueba para circuitos electrónicos", presentado el 4 de mayo de 1961, consultado el 14 de julio de 2017.
- ^ a b Patente de EE. UU. 3496419. Archivado el 23 de enero de 2018 en Wayback Machine : "Placa de circuito impreso", presentada el 25 de abril de 1967, recuperada el 14 de julio de 2017.
- ^ a b Patente de EE. UU. D228136. : "Placa de pruebas para componentes electrónicos o similares", presentada el 1 de diciembre de 1971, consultado el 14 de julio de 2017.
- ^ https://patents.google.com/patent/USD228136S/en
- ^ Tablero de pruebas motorizado Archivado el 9 de octubre de 2011 en la Wayback Machine.
- ^ Tecnología lineal (agosto de 1991). "Nota de aplicación 47: Técnicas de amplificación de alta velocidad" (pdf) . Consultado el 14 de febrero de 2016 . Protoboards para insectos muertos con plano de tierra y otras técnicas de creación de prototipos, ilustradas en las Figuras F1 a F24, de la p. AN47-98. Hay información sobre el protoboard en las páginas AN47-26 a AN47-29.
- ^ Jones, David. "EEVblog # 568 - Capacitancia de placa de pruebas sin soldadura" . EEVblog. Archivado desde el original el 21 de enero de 2014 . Consultado el 15 de enero de 2014 .
- ^ Patente de EE. UU. 2477653. "Tablero de interruptores eléctricos", presentada el 31 de agosto de 1880, recuperada el 4 de agosto de 2019.
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- ^ Patente estadounidense 3085177. Archivado 2018-01-23 en Wayback Machine : "Dispositivo para facilitar la construcción de aparatos eléctricos", presentado el 7 de julio de 1960, consultado el 14 de enero de 2017.
- ^ Patente de EE. UU. 3078596. Archivado 2018-01-23 en Wayback Machine : "Placa de montaje de circuito", presentada el 21 de noviembre de 1960, consultado el 14 de enero de 2017.
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- ^ Patente de EE . UU . 3447249 .: "Conjunto de construcción electrónica", presentada el 5 de mayo de 1966, recuperada el 14 de enero de 2017.
- ^ Patente estadounidense 3540135 .: "Ayudas para la formación educativa", presentada el 11 de octubre de 1968, recuperada el 14 de julio de 2017.
- ^ Patente de EE . UU . 3733574 .: "Clips de resorte en tándem en miniatura", presentada el 23 de junio de 1971, recuperada el 14 de enero de 2017.
enlaces externos
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- Gran diseño de procesamiento paralelo prototipo en 50 placas de prueba conectadas
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