Download elaboracion de una tarjeta con cpld

ELABORACION DE UNA TARJETA CON CPLD
Aragón Pacheco, G.R. (1); Pérez Covarrubias, L.A. (1); Pedraza Ortega. J.C (2); Ramos
Arreguin, J.M (2)
(1)
Escuela de Bachilleres "Salvador Allende" Preparatoria Norte
Universidad Autónoma de Querétaro
(2)
Facultad de Informática
Universidad Autónoma de Querétaro
RESUMEN
En este proyecto se trabajo a base de una tarjeta con un CPLD (Dispositivo de Lógica
Programable Complejo), para su elaboración lo llevamos a cabo en un programa diseñador
llamado "Altium Designer Winter 09" en cual nos permitió realizar el proyecto de una forma más
"rápida" y fácil. Para poder empezar a trabajar nos basamos en un proyecto ya hecho el cual nos
lo proporciono el Dr. Juan Manuel; después de esto se empezó a trabajar con lo que era el
esquemático, esto se realizo en una semana, para la segunda semana trabajamos en lo que era el
PCB, (Printed Circuit Board). Las siguientes dos semanas estuvimos trabajando con el PCB
porque se nos dificulto esta tarea, lo que me resta decir es que nos volvimos bastante conocedores
al hacer repetidas veces el PCB, y también hubo por ahí varios errores extras, como error al poner
el CPLD del lado superior de la tarjeta cuando es del lado inferior, y pusimos un CPLD diferente
al que teníamos disponible para trabajar entonces tuvimos que cambiar todo lo cual nos llevo
varios días realizar todo otra vez, para cuando terminamos de hacer esto solo quedaban dos días
para terminar nuestra estancia en la facultad de informática, así que no nos daba tiempo para
poder terminar el proyecto nos iba a costar de dos a tres días más y solo disponíamos solo de un
día así que para aprender a hacer un circuito en su forma física hicimos un prototipo rápido, y el
ultimo obtuvimos nuestro tarjeta.
INTRODUCCION
En la actualidad el nivel de integración alcanzado con el desarrollo de la microelectrónica ha
hecho posible desarrollar sistemas completos dentro de un solo circuito integrado SOC (System
On Chip), con lo que han mejorado de manera notoria características como velocidad,
confiabilidad, consumo de potencia y sobre todo área de diseño.
Un CPLD es unión de varios PLD´s por eso vamos a explicar que es un PLD.
Los Dispositivos de Lógica Programable (o PLD, por sus siglas en inglés) favorecen la
integración de aplicaciones y desarrollos lógicos mediante el empaquetamiento de soluciones en
un cirquito integrado, se trata de dispositivos fabricados y realizados que se pueden personalizar
desde el mundo exterior mediante diversas técnicas de programación.
Actualmente hay gran variedad de PLD´s que son usados para reemplazar diferentes circuitos, ya
que ahorran espacio y reducen de manera significativa el número y el costo de los diseños.
La arquitectura básica de un PLD está formada por un arreglo de compuertas AND y OR
conectadas a la entrada y salida de un dispositivo, en esencia estas compuertas están unidas
mediante alambres y en cada intersección tienen un fusible, lo que se trata de hacer es fundir
fusibles para eliminar las variables.
Los CPLD´s entran en la familia de los Dispositivos de Lógica Programable de Alto nivel de
Integración, que son más eficaces, ya que ahorran más espacio y son más baratos y de diseño
modificable al agregar periféricos fácilmente.
Un circuito CPLD consiste en un arreglo de múltiples PLD agrupados como bloques en un chip
y se considera Alto nivel de Integración porque un CPLD, tiene una gran capacidad equivalente a
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50 PLD´s sencillos. En su estructura básica, cada CPLD contiene múltiples bloques lógicos
conectados por medio de señales canalizadas desde la interconexión programable. Que se
encargue de interconectar los bloques de entrada y salida y los bloques lógicos del dispositivo en
las redes apropiadas. Los Bloques Lógicos están formados por:
Arreglos de Productos de Términos
Esquema de Distribución de Términos
Macroceldas.
PROCEDIMIENTO
Como ya mencionamos trabajamos con Altium para hacer el esquemático que consta de todas las
partes de la tarjeta en imágenes para tener un mayor orden y fácil manejo de los componentes en
la siguiente fase del trabajo, de tal suerte que cada componente se halle identificado con el
correspondiente footprint (datos técnicos que acompañan a la imagen, es la relación que guarda la
imagen con su componente físico) para que el programa realice las conexiones deseadas. Para
esto tuvimos que investigar que componentes teníamos a la disposición y cuales componentes
nos ofrecía altium, ya que aun principio no poseíamos todas las librerías de los componentes y
tuvimos que ir agregándolas cuando las necesitábamos. A estos componentes que nos
expresamos son en general diodo representado con la letra D y un numero, de igualmente se
encontraban Transistores representados con la letra Q, Resistencias con la R, Capacitores con la
letra C, Circuitos integrados con la letra U, que aquí entra el CPLD, Interruptores con la
representación SW, los “Headers” con la P, y los “Displays” con la representación AFF, como se
puede mostrar
en la figura 1.
Figura 1
Forma del esquemático del proyecto principal
El paso siguiente después del esquemático fue pasarlo al PCB que es una planilla negra en la que
se acomodan todos los componentes que vienen del esquemático con las conexiones realizadas en
el mismo, y acomodar todo de la forma más clara y menos enredada posible ya que las
conexiones azules( véase fig. 2) no pueden cruzarse y en ese caso tendríamos que poner
conexiones del otro lado de la tarjeta, que serian conexiones rojas, haciendo más difícil el trabajo
físico, y para evitar conexiones rojas utilizamos puentes que son pequeñas partes de conexión
roja directa unidas a vías que son orificios que hace posible el cambio de color de la conexión, ya
sea rojo-azul o viceversa, y también tuvimos que acomodar las conexiones de cierta forma para
evitar más conexiones rojas, esto fue el trabajo duro de esta parte de este paso.
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Figura 2
Forma del PCB del proyecto principal
Al ver que la falta de tiempo, la falta de experimentación en el campo de planchado de la tarjeta a
la placa decidimos en conjunto que deberíamos hacer una tarjeta más sencilla para el planchado y
creación de la tarjeta que fueran más parejas las conexiones azules y que las conexiones rojas no
existieran, por eso hicimos un segundo esquemático y un segundo PCB y así es como se ven
(Fig.3 y Fig. 4)
Figura 3
Forma del esquemático del prototipo para realización física
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Figura 4
Forma del PCB del prototipo para realización física
Tras terminar el PCB lo cuadriplicamos para que la impresión en el papel “Transfer” fuera mejor
aprovechado y hacer mas rápido el proceso, después con una plancha literalmente planchamos la
impresión a una placa de cobre hasta que esta quedo totalmente pegada a la placa de cobre,
después utilizamos Acido Clorhídrico lo cual nos ayudo para que corroerá todo el cobre excepto
lo que se había planchado ya que el Acido Clorhídrico solo afecta al metal. Terminamos con la
placa sin cobre solo lo que se había planchado y para que quedara el cobre con la forma que
queríamos, teníamos que quitar la tinta, lo cual hicimos con thinner, y lo único que nos alcanzo
por hacer después fue la perforación ya que nuestra semana de la Ciencia había terminado.
Figura 5
Prototipo en Acido Clorhídrico
Figura 6
Prototipo en proceso de perforación
CONCLUSIONES
Este proyecto nos ayudo a comprender más como es que están compuestos muchos aparatos
eléctricos como son los celulares, dispositivos de audio y video, y un acercamiento a las tarjetas
que suelen usar todo tipo de computadoras. Y a pesar que no terminamos nos dimos cuenta que
es una tarea difícil y no cualquiera puede hacer un trabajo bien hecho por eso fue que
disminuimos la dificultad al último momento para que nos lleváramos por lo menos una tarjeta
semi-terminada de recuerdo.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Maxinez, David G.; Alcalá Jessica VHDL “El arte de programar sistemas digitales”, Ed.
Continental Renacimiento, Instituto Tecnológico y Estudios Superiores de Monterrey Campus
Estado de México, México, 2004, pp. 2, 4-6, 13-15.
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