Cómo diseñar una PCB: guía paso a paso con EasyEDA (Arduino)

El diseño de PCB consiste en convertir un circuito que montaste con cables en una protoboard en una placa de circuito impreso (Printed Circuit Board) permanente, en la que pistas de cobre unen los componentes. Hoy no necesitas programas caros ni una fábrica: con el gratuito EasyEDA dibujas el esquema en el navegador, diseñas la placa, generas los archivos de fabricación y haces el pedido con unos clics; una o dos semanas después tienes en la mano placas de aspecto profesional.

En esta guía seguirás todo el proceso paso a paso tomando como ejemplo una pequeña placa de sensores con Arduino Nano: dibujar el esquema, elegir la huella (footprint) correcta de cada componente, colocar los componentes, fijar el ancho de pista según la corriente, añadir un plano de masa GND, buscar errores con el DRC, generar los archivos Gerber, hacer el pedido y probar la placa cuando llegue. Al final repasamos los errores de diseño más habituales en principiantes y comparamos brevemente EasyEDA con su potente alternativa, KiCad.

¿Qué es una PCB y por qué pasar de la protoboard a una PCB?

Una PCB está formada por finas capas de cobre unidas a una lámina de epoxi reforzada con fibra de vidrio (FR-4). La mayoría de las placas de aficionado son de dos capas: hay cobre arriba y abajo, y las dos capas se conectan mediante pequeños agujeros metalizados llamados vías. La capa verde (u otro color) sobre el cobre es la máscara de soldadura; protege las pistas y hace que el estaño solo se adhiera a los pads. Las letras blancas de encima son la capa de serigrafía (silkscreen). La protoboard es ideal para probar, pero los cables se aflojan con las vibraciones, los jumpers largos captan ruido y el circuito no cabe en una caja. Una PCB da un resultado robusto, compacto, repetible y fácil de depurar.

Proyecto de ejemplo: placa de sensores con Arduino Nano

A lo largo de la guía pasaremos a PCB un circuito que se monta a menudo en protoboard: un Arduino Nano, un sensor de temperatura y humedad DHT22, un conector de cuatro pines para una pantalla OLED I2C, dos pulsadores, un LED y un zumbador pasivo. En lugar de soldar el Nano directamente a la placa, lo pincharemos en dos tiras hembra de 15 pines; así podrás sacarlo para otro proyecto o cambiarlo fácilmente si se avería. La placa recibirá de 7 a 12 V de un adaptador por una clema de tornillo y estará protegida contra la inversión de polaridad con un diodo. Para los números de pin, consulta Pines del Arduino Nano.

Flujo de diseño de una PCB: 7 pasos

1. Esquema: Dibuja el circuito con símbolos y comprueba cada conexión.
2. Huellas: Elige la disposición de pads y agujeros que ocupará cada símbolo en la placa.
3. Colocación: Define el tamaño de la placa y coloca los componentes en grupos lógicos.
4. Pistas: Dibuja las conexiones como pistas de cobre; mantén anchas las de alimentación.
5. Plano de cobre: Rellena las zonas vacías con cobre conectado a GND.
6. DRC: Comprueba las reglas de diseño y corrige los errores.
7. Gerber y pedido: Genera los archivos de fabricación, revísalos y súbelos al fabricante.

1. Dibujar el esquema en EasyEDA

EasyEDA tiene dos ediciones: la antigua y sencilla Standard y la más nueva y potente Pro. Las dos son gratuitas y funcionan en el navegador o con un cliente de escritorio descargable. Si empiezas, empieza con Pro. Tras crear una cuenta gratuita, crea un proyecto nuevo; al abrirse aparece una hoja de esquema vacía. Busca en el panel Library el nombre del componente o su número de pieza LCSC y colócalo en el esquema; los componentes básicos como resistencias, condensadores y LED vienen con su símbolo y su huella listos. Después une los pines con la herramienta Wire y usa los símbolos VCC y GND para la alimentación. Si no estás acostumbrado a leer esquemas, Cómo leer un esquema electrónico explica los símbolos uno a uno.

2. Elegir las huellas: el equivalente del símbolo en la placa

El símbolo muestra en el esquema qué hace un componente; la huella (footprint) define los pads y agujeros donde se asientan sus patas en la placa y el espacio que ocupa. La misma resistencia de 10 kΩ tiene decenas de huellas: una resistencia axial de agujero pasante (THT) con paso de 7,62 mm o 10,16 mm, o encapsulados de montaje superficial (SMD) como 0805 y 0603. No elijas nunca una huella sin comprobar con una regla o un calibre las medidas del componente que tienes en la mano. Para tu primera placa lo mejor es empezar con componentes THT, fáciles de soldar a mano; cuando pases a SMD, el tamaño 0805 es el más cómodo para soldar a mano. Para los códigos impresos en las resistencias SMD, usa la herramienta Decodificador de códigos SMD.

3. Tamaño de la placa y colocación

• Primero el contorno: Dibuja el contorno de la placa (board outline). Nuestra placa de ejemplo mide 60 × 50 mm; muchos fabricantes producen las placas de menos de 100 × 100 mm en su tramo de precio más barato.
• Agujeros de montaje: Pon agujeros de 3,2 mm (M3) en las cuatro esquinas, a unos 3,5 mm del borde; después será mucho más fácil atornillar la placa a una caja.
• Conectores en el borde: Que la clema, el conector OLED y el USB del Nano miren al borde de la placa, para que nada estorbe al conectar los cables.
• Agrupa los componentes: Junta los de alimentación (clema, diodo, condensador) en una esquina y los pulsadores en el borde donde el usuario los va a pulsar.
• Sensor lejos del calor: Coloca el DHT22 lejos del regulador del Nano y del zumbador; el calor del regulador puede desviar la medida de temperatura varios grados.
• Deja sitio para soldar: Deja entre componentes espacio para que entre la punta del soldador; no bajes de 1 mm entre dos pads vecinos.
• Serigrafía: Escribe la referencia de cada componente (R1, D1), la polaridad del LED y del condensador, los nombres de los pines y el nombre de la placa; que el texto no pise los pads.

4. Trazado de pistas y ancho de pista

Al terminar la colocación verás líneas finas entre los componentes; estas líneas ratsnest muestran conexiones que existen en el esquema pero aún no se han hecho en cobre. Con la herramienta Track conviertes cada una en una pista de cobre. El ancho de una pista determina cuánta corriente puede llevar: una pista estrecha se calienta con mucha corriente, provoca caída de tensión y, en el peor caso, se quema. Para las pistas de señal bastan 0,25–0,3 mm; las de alimentación como 5 V y VIN deben tener al menos 0,6–1 mm, sobre todo si van a alimentar servos, motores o tiras de LED. Los valores siguientes son cifras aproximadas calculadas con la aproximación IPC-2221 para una capa exterior con cobre de 1 oz (35 µm) y unos 10 °C de calentamiento; dejar margen de seguridad siempre es buena idea.

Mantén una separación entre pistas (clearance) de al menos 0,2–0,3 mm; la mayoría de fabricantes pueden hacer separaciones más estrechas, pero una separación amplia deja margen de error en la fabricación y en la soldadura. Cuando una pista tenga que pasar a la otra capa, usa una vía; una vía con taladro de 0,3 mm y diámetro exterior de 0,6 mm es una opción estándar para placas de aficionado. Gira las esquinas con quiebros de 45 grados y evita los ángulos agudos (menores de 90 grados). En placas de dos capas, trazar las pistas sobre todo en horizontal en la capa superior y en vertical en la inferior facilita resolver los cruces. Para calcular la resistencia del LED, usa la herramienta Calculadora de resistencia para LED.

5. Plano de masa GND (copper pour)

Cuando estén trazadas todas las pistas, rellena la superficie libre de la placa con cobre conectado a la red GND; en EasyEDA lo hace la herramienta Copper Area. Añade el plano en las capas superior e inferior y une ambas con unas cuantas vías de GND repartidas por la placa. Esto tiene tres ventajas: la conexión a GND de cada componente se hace por el camino más corto sin trazar pistas aparte, bajan la resistencia y el ruido de la masa, y el fabricante tiene que eliminar menos cobre. Los pads de GND de los componentes de agujero pasante se unen al plano con alivios térmicos (thermal relief, cuatro radios finos), para que el soldador pueda calentar el pad sin perder el calor en la gran superficie de cobre. Tras añadir el plano, vuelve a recalcularlo y elimina las pequeñas islas de cobre que no estén conectadas a nada.

6. Comprobación DRC

El DRC (Design Rule Check) es la herramienta que revisa automáticamente tu diseño según las reglas que hayas fijado: lista las pistas demasiado juntas, el cobre demasiado cerca del borde, los pads solapados, los componentes que se salen de la placa y las redes que aún no están conectadas. Al pulsar cualquier línea de la lista de errores, EasyEDA te muestra el punto problemático. Ejecuta el DRC hasta que no quede ningún error, pero no confíes solo en él; el DRC no puede saber que una huella está mal elegida o que un pin está unido a la red equivocada. Antes de pedir, haz también estas comprobaciones a mano:

1. Asegúrate de que no queda ninguna línea ratsnest en pantalla y de que el DRC da cero errores.
2. Imprime la placa en papel a escala 100 % y coloca encima los componentes reales; las separaciones de los agujeros y las tiras del Nano deben encajar exactamente.
3. Abre la vista 3D: comprueba que los componentes no se solapan y que el USB y la clema miran al borde.
4. Sigue el camino de la alimentación: ¿están la clema, el diodo, el condensador y el pin VIN del Nano en el orden correcto?
5. Comprueba que la serigrafía tenga marcas de polaridad, nombres de pines, el nombre de la placa y un número de versión (por ejemplo v1.0).

7. Generar los archivos Gerber y hacer el pedido

Los fabricantes no trabajan con tu archivo de diseño, sino con los archivos Gerber, el estándar del sector. Gerber describe cada capa de la placa en un archivo aparte; las posiciones y diámetros de los agujeros van en un archivo de taladrado (drill) independiente. Al elegir la salida Gerber en el menú de fabricación de EasyEDA, todos los archivos se guardan en un único ZIP; en esa misma pantalla tienes la opción de pedir directamente al fabricante hermano de EasyEDA. También puedes subir el ZIP a cualquier otro fabricante. Elijas el que elijas, después de subirlo revisa tu placa capa a capa en el visor Gerber en línea; es tu última oportunidad de ver que lo que dibujaste es lo que se va a fabricar.

Las placas suelen fabricarse en pocos días, mientras que el envío puede tardar una o dos semanas según el método elegido. Cuando lleguen, no lo sueldes todo de golpe: monta primero solo el diodo, el condensador y la clema, mide con el multímetro que no haya cortocircuito entre VIN y GND, aplica alimentación y confirma que ves la tensión correcta en la tira del Nano. Después suelda de menor a mayor altura: resistencias, diodo, pulsadores, tiras y por último los componentes grandes. Para soldaduras limpias mira Cómo soldar, y para medir Cómo usar un multímetro. Pincha el Nano y carga el programa de prueba de abajo para comprobar una a una todas las conexiones de la placa.

1// Nano kartı ilk test: her bağlantıyı tek tek doğrula
2// Nano board first test: check every connection one by one
3#include <Wire.h>
4
5const int DHT_PIN  = 2;              // DHT22 veri hattı, 10 kΩ pull-up / DHT22 data line, 10 kΩ pull-up
6const int BUTON1   = 3;              // buton GND'ye / button to GND
7const int BUTON2   = 4;
8const int LED_PIN  = 6;              // LED + 330 Ω
9const int BUZZER   = 8;              // pasif buzzer / passive buzzer
10
11void i2cTara() {
12  byte bulunan = 0;
13  for (byte adres = 1; adres < 127; adres++) {
14    Wire.beginTransmission(adres);
15    if (Wire.endTransmission() == 0) {             // cihaz cevap verdi / a device answered
16      Serial.print(F("I2C cihaz / device: 0x"));
17      Serial.println(adres, HEX);                  // OLED genelde 0x3C / OLED is usually 0x3C
18      bulunan++;
19    }
20  }
21  if (bulunan == 0) Serial.println(F("I2C cihaz yok: A4/A5 yollarini kontrol et / no I2C device: check the A4/A5 tracks"));
22}
23
24void setup() {
25  Serial.begin(9600);
26  pinMode(BUTON1, INPUT_PULLUP);
27  pinMode(BUTON2, INPUT_PULLUP);
28  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
29  pinMode(DHT_PIN, INPUT);
30  Wire.begin();
31
32  Serial.println(F("--- Kart testi / board test ---"));
33  i2cTara();
34  // Pull-up direnci lehimliyse veri hattı boşta HIGH okunur
35  // If the pull-up resistor is soldered, the idle data line reads HIGH
36  Serial.print(F("DHT hatti / DHT line: "));
37  Serial.println(digitalRead(DHT_PIN) ? F("HIGH (pull-up tamam / OK)") : F("LOW (pull-up ya da kisa devre? / pull-up or short?)"));
38  tone(BUZZER, 2000, 150);                         // buzzer kısa bip / short beep
39}
40
41void loop() {
42  digitalWrite(LED_PIN, (millis() / 500) % 2);     // LED yarım saniyede bir / LED every half second
43
44  static bool once1 = HIGH, once2 = HIGH;
45  bool b1 = digitalRead(BUTON1);
46  bool b2 = digitalRead(BUTON2);
47  if (b1 == LOW && once1 == HIGH) { Serial.println(F("Buton 1 / button 1")); tone(BUZZER, 1000, 80); }
48  if (b2 == LOW && once2 == HIGH) { Serial.println(F("Buton 2 / button 2")); tone(BUZZER, 1500, 80); }
49  once1 = b1;
50  once2 = b2;
51  delay(20);                                       // basit debounce / simple debounce
52}

Al arrancar, el código escanea el bus I2C y, si el OLED está conectado, muestra su dirección (normalmente 0x3C); si no encuentra nada, te indica que revises las pistas de A4 y A5. Si la resistencia pull-up R1 está bien soldada, la línea de datos del DHT22 se lee HIGH en reposo; si ves LOW, falta la resistencia o la línea está en cortocircuito con GND. El zumbador da un pitido corto al arrancar, el LED parpadea cada medio segundo y cada pulsador escribe su nombre en el Monitor Serie y suena con un tono distinto. Cuando pasen todas las pruebas, puedes añadir las bibliotecas del sensor y de la pantalla y seguir con tu proyecto real.

Errores frecuentes al diseñar una PCB

Un vistazo a KiCad: ¿EasyEDA o KiCad?

En KiCad el flujo es el mismo: dibujas el circuito en el Editor de esquemas, asignas una huella a cada símbolo, colocas y trazas en el Editor de PCB, ejecutas el DRC y generas los archivos Gerber y de taladrado desde el menú Trazar (Plot). Para tu primera placa, la biblioteca lista de EasyEDA y el pedido en un solo paso ahorran tiempo. Cuando tus diseños crezcan, pasar a KiCad tiene sentido si quieres trabajar sin conexión, tener tus archivos completamente en tu poder y usar funciones avanzadas; los conceptos de huella, ancho de pista, plano de cobre y DRC que has aprendido aquí son los mismos en ambos programas.

En cuanto tengas tu primera PCB en la mano, verás cómo una placa robusta y repetible ocupa el lugar del lío de cables de la protoboard; aunque cometas algún error, la segunda versión siempre sale mejor. Empieza con una placa pequeña con componentes THT, revisa dos veces las huellas y las pistas de alimentación e imprímela en papel para probar los componentes antes de pedirla. Los esquemas de conexión de los proyectos de LED, pulsador, zumbador, DHT11, LCD y OLED de la app BlueGrays son un buen punto de partida para diseñar tu propia placa; primero haz funcionar el circuito en la protoboard con los pasos de la app y después pásalo a PCB.