Los «Constraints». Si bien los esquemas electrónicos son la forma práctica de representar los componentes y conexiones de un circuito electrónico, no dejan de ser una simplificación que omite aspectos importantes de su comportamiento: las líneas de conexión teóricamente no tienen resistencia, inductancia o capacidad parásitas ni tampoco retardo de propagación, y las leyes de Kirchhoff determinan perfectamente las tensiones y corrientes.

Señales de alta frecuencia

A menudo ese modelo es suficiente, pero no así para señales de alta frecuencia. ¿Y qué es alta frecuencia? No solamente lo son los circuitos de radiofrecuencia (RF). Cualquier equipo electrónico moderno de telecomunicaciones se basa en señales rápidas cuyo espectro se extiende desde banda base hasta gigahercios. Un diseñador que trabaje con ethernet, USB o PCI exprés debe tener presentes los mismos principios que un especialista en RF: la energía no viaja confinada en los conductores como tensión y corriente, sino que se transmite en forma de un campo eléctrico y un campo magnético que se extienden a su alrededor e interactúan con otras señales. Es decir, hay que tener en cuenta a Maxwell además de a Kirchoff.

Si queremos que las pistas de un circuito viajen balanceadas en un par diferencial, con una determinada impedancia característica, con una separación respecto a otros pares, con un retardo igualado, etc., esto no se puede representar en un esquema electrónico. ¿Cómo indicarlo cuando diseñamos un proyecto electrónico para que el circuito impreso sea efectivamente así?

Constraints

Los paquetes (bundles) de software para diseño de electrónica permiten introducir más información entre el esquema y el circuito impreso, en unos parámetros llamados constraints. Ahí podemos, por ejemplo, establecer una regla que obligue a que las pistas de un puerto ethernet se conecten en primer lugar a un dispositivo supresor de transitorios (TVS) y después al chip de comunicaciones. Ese orden o topología de la conexión conduce las perturbaciones captadas del exterior, tales como ondas de choque, descargas electrostáticas o transitorios eléctricos rápidos, para ser atenuadas antes de llegar al transceptor, a la vez que asegura que la señal viaja por líneas terminadas en su impedancia característica, sin stubs que causen reflexiones.

Otros tipos de constraints son los que definen la separación entre señales para evitar diafonía o crosstalk, la distancia entre conductores pertenecientes a dominios de tensión que deben guardar aislamiento galvánico por motivo de seguridad eléctrica, o el grosor de pistas que deben conducir corrientes elevadas, entre otras muchas. Así mismo hay que introducir en el programa las capacidades físicas de la fábrica que confecciona el circuito impreso: número de capas, espaciado entre ellas y permitividad dieléctrica, mínimo grosor de pistas, taladros o espaciados, etc.

Aprender a usar otra sección del programa y perder horas rellenando datos ¿merece la pena? Se podría rutar todo manualmente sin haber establecido antes reglas, pero cuando se maneja una gran cantidad de señales cada una de las cuales debe cumplir numerosas condiciones, el depender de la atención y la memoria conduce inevitablemente a errores humanos. Se hace imprescindible rellenar las tablas de constraints con todos los requisitos de integridad, EMC, seguridad o fabricabilidad.

Design Rule Check

En una última etapa del diseño, el software verifica que cada componente, pista, vía y plano efectivamente cumplan con las reglas que se habían configurado al principio del proyecto. Este exhaustivo proceso es conocido como DRC o design rule check.

Podemos encontrar un símil con la organización de un estado: en una monarquía absolutista el rey podía tomar cualquier tipo de decisión sin cortapisas ni restricciones. Hoy en día entendemos que en primer lugar ha de haber una constitución y unas leyes que digan qué se puede hacer y qué no, después un poder ejecutivo que asigne recursos para perseguir unos objetivos y finalmente un poder judicial que revise que todo lo que se haga cumpla efectivamente las normas previamente establecidas. Análogamente, en la ingeniería electrónica no se puede trabajar de forma improvisada: la constitución serían las normas necesarias para la conformidad europea, simbolizadas por la marca CE, las constraints actuarían como leyes y el diseñador que coloca los componentes y tiende las pistas sería el poder ejecutivo, vigilado en último término por el DRC a modo de justicia.

Cabe pensar que, si durante el posicionamiento y rutado del circuito estamos limitados por constraints, el programa no permitirá colocar componentes o pistas saltándose esas reglas, y por tanto no sería necesario ejecutar después el DRC. El DRC comprueba que se han cumplido las constraints actuales (éstas podrían haberse modificado durante el proyecto, y existir en la tarjeta pistas que eran conformes a reglas ahora obsoletas), pero también otros requisitos tales como que no falte ningún componente por colocar, que todas las conexiones o nets estén completamente trazadas o que no haya bucles o segmentos de pistas innecesarios.

La electrónica de los equipos Teldat es diseñada mediante modernas herramientas informáticas que garantizan la funcionalidad y la conformidad mediante el uso de constraints.