Una placa de pruebas , placa de pruebas sin soldadura o protoboard es una base de construcción que se utiliza para construir prototipos semipermanentes de circuitos electrónicos . A diferencia de los tableros perforados o de stripboard , los tableros de pruebas no requieren soldadura ni destrucción de pistas y, por lo tanto, son reutilizables. Por esta razón, las placas de pruebas también son populares entre los estudiantes y en la educación tecnológica.
Se pueden crear prototipos de una variedad de sistemas electrónicos utilizando placas de pruebas, desde pequeños circuitos analógicos y digitales hasta unidades centrales de procesamiento (CPU) completas.
En comparación con los métodos de conexión de circuitos más permanentes, las placas de pruebas 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 ni siquiera muy por debajo de esa frecuencia.
En los primeros días de la radio, los aficionados clavaban cables de cobre desnudos o tiras de terminales a una tabla de madera (a menudo literalmente una tabla para cortar pan ) y les soldaban componentes electrónicos. [1] A veces, primero se pegaba un diagrama esquemático en papel al tablero como guía para colocar los terminales, luego se instalaban componentes y cables sobre sus símbolos en el esquema. También era común usar chinchetas o clavos pequeños como postes de montaje.
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 estadounidense 3.145.483, [2] se presentó en 1961 y describe una placa de madera con resortes montados y otras instalaciones. La patente estadounidense 3.496.419, [3] se presentó en 1967 y se refiere a un diseño particular de placa de circuito impreso como placa de circuito impreso . Ambos ejemplos hacen referencia y describen otros tipos de placas de pruebas como técnica anterior .
En 1960, Orville Thompson del Instituto Técnico DeVry patentó una placa de pruebas sin soldadura que conectaba filas de orificios con resortes metálicos. [4] En 1971, Ronald Portugal de E&L Instruments patentó un concepto similar con agujeros en espacios de 0,1 pulgadas (2,54 mm), lo mismo que los paquetes DIP IC, que se convirtió en la base de la moderna placa sin soldadura que se usa comúnmente en la actualidad. [5]
Un zócalo de placa de pruebas sin soldadura moderno consta de un bloque de plástico perforado con numerosos clips de resorte de aleación de alpaca o bronce fosforado estañado debajo de las perforaciones. Los clips suelen denominarse puntos de unión o puntos de contacto . El número de puntos de unión suele figurar en las especificaciones de la placa.
El espacio entre los clips (paso de paso) suele ser de 0,1 pulgadas (2,54 mm). Los circuitos integrados (CI) en paquetes duales en línea (DIP) se pueden insertar a ambos lados de la línea central del bloque. Los cables de interconexión y los cables 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, las pinzas de resorte tienen una potencia nominal de 1 amperio a 5 voltios y 0,333 amperios a 15 voltios (5 vatios ).
Las placas de pruebas sin soldadura conectan un pin con un pin 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. A menudo, las tiras o bloques de protoboard de una marca tienen muescas de cola de milano macho y hembra para que las tablas se puedan unir para formar una protoboard grande.
Las zonas principales, para alojar la mayoría de los componentes electrónicos, se denominan regletas de terminales . En el centro de una regleta de terminales de una placa de pruebas, normalmente se encuentra una muesca que corre paralela al lado largo. La muesca sirve 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 necesaria ] . Los clips a la derecha e izquierda de la muesca están conectados cada uno de forma radial; normalmente se conectan eléctricamente cinco clips (es decir, debajo de cinco orificios) en fila a cada lado de la muesca. 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 dual "delgado" El circuito integrado del paquete de pines 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 pines) se conecta a una placa de pruebas, los pines de un lado del Se supone que el chip debe ir a la columna E, mientras que los pasadores del otro lado van a la columna F en el otro lado de la muesca. Las filas se identifican con números del 1 a tantos como indique el diseño de la placa. Una tira de placa de terminales de tamaño completo normalmente consta de alrededor de 56 a 65 filas de conectores. Junto con las tiras de bus en cada lado, esto forma una placa de pruebas típica sin soldadura de 784 a 910 puntos de unión. La mayoría de las placas de pruebas están diseñadas para acomodar 17, 30 o 64 filas en las configuraciones mini, media y completa, respectivamente.
Para suministrar energía a los componentes electrónicos se utilizan regletas bus . Una regleta de bus suele contener dos columnas: una para tierra y otra para la tensión de alimentación. Sin embargo, algunas placas de pruebas solo proporcionan una barra de bus de distribución de energía de una sola columna en cada lado largo. Normalmente, la fila destinada a la 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 más control sobre la diafonía (ruido acoplado inductivamente) en el bus de suministro de energía. A menudo, los grupos de una franja de autobús se indican mediante espacios en la marca de color. Las regletas de bus generalmente recorren uno o ambos lados de una regleta de terminales o entre regletas de terminales. En placas de pruebas grandes, a menudo se pueden encontrar tiras de bus adicionales en la parte superior e inferior de las tiras de terminales.
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Algunos fabricantes proporcionan barras de bus y terminales separadas. Otros simplemente proporcionan bloques de placa que contienen ambos en un solo bloque.
Los cables de puente (también llamados cables de puente) para placas de pruebas sin soldadura se pueden obtener en juegos de cables de puente listos para usar o se pueden fabricar manualmente. Esto último puede convertirse en un trabajo tedioso para circuitos más grandes. Los cables de puente listos para usar vienen en diferentes calidades, algunos incluso con pequeños enchufes conectados a los extremos del cable. El material del cable de puente para cables ya hechos o hechos en casa generalmente debe ser alambre de cobre sólido estañado de 22 AWG (0,33 mm2 ) , suponiendo que no se vayan a colocar pequeños enchufes en los extremos del cable. Los extremos del cable deben pelarse entre 4,8 y 7,9 mm ( 3 ⁄ 16 a 5 ⁄ 16 pulgadas). 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 y pinzas de punta fina son útiles al insertar o retirar cables, especialmente en tableros llenos de gente.
A menudo se siguen cables de diferentes colores y una disciplina de codificación de colores para mantener la coherencia. Sin embargo, la cantidad de colores disponibles suele ser mucho menor que la cantidad de tipos o rutas de señales. Normalmente, algunos colores de cables se reservan para los voltajes de suministro y tierra (por ejemplo, rojo, azul, negro), algunos se reservan para las señales principales y el resto simplemente se usa cuando sea conveniente. Algunos juegos de cables de puente 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.
En una variante más robusta, se montan una o más tiras de placa de pruebas sobre una lámina de metal. Normalmente, esa hoja de respaldo también contiene varios postes de encuadernación . Estas publicaciones proporcionan una forma limpia de conectar una fuente de alimentación externa. Este tipo de placa puede ser un poco más fácil de manejar.
Algunos fabricantes ofrecen versiones de alta gama de placas de pruebas sin soldadura. Por lo general, se trata de módulos de placa de pruebas 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 en serie , módulos de pantalla LED o LCD y sondas lógicas . [21]
Para el desarrollo de alta frecuencia, una placa de pruebas 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 boca abajo a la placa 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. [22]
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 serie de pines de entrada/salida (IO) en un encabezado adecuado para enchufar. en una placa de pruebas y luego 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), convertidor digital convertidor a analógico (DAC), modulación de ancho de pulso (PWM; utilizado en el control de motores ), interfaz periférica serie (SPI) o I²C .
Luego se desarrolla el firmware para que la MCU pruebe, depure e interactúe con el prototipo del circuito. El funcionamiento 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 circuito 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 placas de pruebas bastante sofisticados con un costo modesto. .
Debido a la capacitancia parásita relativamente grande en comparación con una PCB correctamente dispuesta (aproximadamente 2 pF entre columnas de contactos adyacentes [23] ), la alta inductancia de algunas conexiones y una resistencia de contacto relativamente alta y no muy reproducible , las placas de pruebas sin soldadura están limitadas a operar a velocidades relativamente altas. frecuencias bajas, generalmente inferiores a 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 pruebas sin soldadura están aún más limitadas por sus clasificaciones de voltaje y corriente.
Las placas de pruebas sin soldadura generalmente no pueden acomodar dispositivos de tecnología de montaje superficial (SMD) o componentes con un espacio entre rejillas distinto 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 colocar el componente en la placa. Dichos adaptadores llevan uno o más componentes y tienen clavijas de conector macho espaciadas 0,1 pulgadas (2,54 mm) en un diseño en línea simple o en línea doble, para su inserción en una placa de pruebas sin soldadura. Los componentes más grandes generalmente se conectan a un enchufe del 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 a través de los conectores de 0,1 pulgadas (2,54 mm). Sin embargo, la necesidad de soldar los componentes al adaptador anula algunas de las ventajas de utilizar una placa sin soldadura.
Los circuitos muy complejos pueden volverse inmanejables en una placa sin soldadura debido a la gran cantidad de cableado requerido. La conveniencia misma de conectar y desconectar conexiones fácilmente también hace que sea demasiado fácil perturbar 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 montaje, y dicho sistema se vuelve poco confiable a medida que se desarrolla la resistencia de contacto con el tiempo. En algún momento, se deben implementar sistemas muy complejos en una tecnología de interconexión más confiable, para tener una probabilidad de funcionar durante un período de tiempo utilizable.
Los métodos alternativos para crear prototipos son la construcción punto a punto (que recuerda a las placas de madera originales), envoltura de alambre , lápiz para cableado y placas como el tablero de distribución. 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 pruebas, ya que sus diseños complejos pueden ser difíciles de diseñar y depurar en una placa de pruebas.
Los diseños de circuitos modernos generalmente se desarrollan utilizando un sistema de simulación y captura esquemática , y se prueban en simulación de software antes de construir 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 circuitos de RF , o cuando los modelos de software de 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 a su columna. Esta misma forma puede ser un círculo con filas y columnas, cada una en espiral opuesta en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario a las agujas del reloj.
