INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGÍA INDUSTRIAL 1

Experiencia de migración hacia herramienta de software libre para el
diseño de circuitos impresos

Tropea, S.(i); Brengi, D.(i); Borgna, J. P.(ii)

(i)INTI-Electrónica e Informática
(ii)Ex Becario INTI-Electrónica e Informática
Introducción
En este trabajo se presenta el proceso de
migración hacia la herramienta de diseño de
circuitos impresos de software libre llamada
KICAD. Se expondrán los motivos por los cuales
se ha realizado el cambio, el plan de acción
realizado, las adaptaciones realizadas al
software y las herramientas complementarias
desarrolladas para cubrir las necesidades
particulares del laboratorio.
En todo laboratorio electrónico de desarrollo es
necesario diseñar circuitos impresos, también
llamados PCBs (Printed Circuit Boards). Esta
tarea se compone de dos etapas principales. La
primera es el ingreso a la PC de un circuito
esquemático: diagrama eléctrico conceptual que
define las conexiones entre los componentes que
forman el circuito. En una etapa siguiente se
realiza el diseño físico del circuito impreso en
base a las conexiones definidas en el esquema
anterior.
Existen en el mercado numerosos paquetes de
software que cumplen con los requisitos
mínimos para realizar esta tarea. Sin embargo
ninguno de los utilizados hasta el momento
dentro del laboratorio cumplía totalmente con
nuestras expectativas:
—Libre uso, copia y redistribución.
—Disponibilidad del código fuente del programa.
—Opción para entornos GNU/Linux.
Identificando ventajas estratégicas en la
utilización de herramientas de software libre, y
luego de un proceso de investigación y
evaluación, se decidió realizar una migración en
todo el laboratorio de la herramienta utilizada
hasta ese momento para el diseño de circuitos
impresos.


Metodología
Dividiremos la metodología de trabajo en cuatro
etapas principales: Búsqueda y selección del
software más adecuado; evaluación de las
capacidades de la herramienta; proceso de
migración dentro del laboratorio y herramientas
desarrolladas para facilitar nuestra labor.
Búsqueda y selección
Al momento de seleccionar una herramienta de
trabajo es importante evaluar, además del costo
y las prestaciones, la posibilidad de adaptación y
apropiación de una tecnología en particular. Esto
se torna de mayor importancia si se pretende
promover y fomentar la actividad regional, y
especialmente para quien brinda servicios de
desarrollo y transferencia tecnológica, ya que los
archivos de diseño necesitan del software para
ser modificados y adaptados en el futuro.
Por este motivo se consideran altamente
beneficiosas todas aquellas herramientas de
software que trabajen con estándares abiertos y
preferentemente bajo licencias de software
abierto o libre [1] que permitan el libre uso,
modificación y adaptación del programa.
Hace varios años que evaluamos las opciones
basadas en software libre para el diseño de
circuitos electrónicos. Entre ellas podemos
mencionar las siguientes:
—Ingreso de circuitos esquemáticos: Geda
Gschem[2], Xcircuit[3].
—Ruteo de circuitos impresos: PCB[4],
Freepcb[5], MUCS-PCB[6].
—Visualización de archivos Gerber: gervb [7].
Estas herramientas han estado disponibles por
mucho tiempo para el diseño de circuitos
impresos bajo software libre. Sin embargo no
cumplían con todos los requerimientos
deseados, debido en parte a la escasa

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integración entre estos tres diferentes tipos de
programas para realizar una sola tarea, por no
poseer una interfaz unificada o por la escasa
utilización por parte de los usuarios finales.
A mediados del año 2005 y gracias a internet,
tomamos conocimiento de la existencia de un
software recientemente publicado llamado
KICAD para el diseño de circuitos impresos. Esta
herramienta poseía varias características
atractivas:
—Código fuente disponible y bajo licencia GPL[8]
de software libre que permite el libre uso,
redistribución y adaptación del programa.
—Interfaz gráfica unificada y sencilla que
permite el ingreso de circuitos esquemáticos,
diagramación y ruteo del circuito impreso y
manejo de archivos Gerber.
—Soporte de plataformas GNU/Linux y MS
Windows (actualmente incorpora también Mac
OSX).
—Ejemplo de diseño de alta densidad y 4 capas.
Se trata de una tarjeta PCI para manejo de
señales de video, realizada por el autor del
programa.
—Sin costo monetario. El programa y el código
fuente se obtienen gratuitamente de Internet.
—Visualización 3D del diseño.
Evaluación
Para evaluar las capacidades del software
KICAD, y considerar su adopción dentro del
laboratorio para el trabajo cotidiano, se decidió
abordar con el mismo un trabajo de complejidad
media y realizar todo el proceso desde el diseño
hasta el armado físico del circuito. Estas son las
características del circuito resultante de la
experiencia:
—Circuito impreso doble faz.
—Montaje superficial con encapsulados PQ208,
SOIC20, SSOP, etc.
—Área aproximada de 12x10 cm.
—Pistas de 10 mils.
—Espaciado mínimo de 8 mils entre islas o
pistas.
Este diseño fue realizado exitosamente.
Finalmente se generaron con el programa los
archivos Gerber que luego se enviaron a la
empresa que fabrica a pedido los circuitos
impresos. Luego de recibir las plaquetas, se
procedió con el montaje de los componentes y la
prueba del circuito sin registrarse problemas de
importancia (ver Fig. 1 ).
Proceso de migración
Luego del éxito de la experiencia piloto. Se
decidió utilizar KICAD para todo trabajo futuro.
Esta decisión involucra varios aspectos:
Instalación en los puestos de trabajo,
capacitación del personal, creación de
componentes de librería para los nuevos diseños
y considerar los circuitos desarrollados con
herramientas previas a KICAD. Veremos estos
puntos con más detalle.
Instalación: Dentro del laboratorio todos los
puestos de trabajo utilizan exclusivamente el
sistema operativo Debian GNU/Linux [9]. Hacia el
año 2005 todavía no existía el paquete de
software KICAD para sistemas Debian, motivo
por el cual se armó el paquete correspondiente
para facilitar la instalación, desinstalación y
administración de KICAD en todos los puestos de
trabajo. Este paquete se ofreció al público en
general a través de la web del proyecto
FPGALibre [10][11], contando hasta el momento
con más de 1000 descargas en total. Hoy en día
este paquete de software adaptado por nuestro
laboratorio específicamente para Debian ha
quedado obsoleto ya que Debian ofrece
oficialmente KICAD en su distribución.
Capacitación: Pasar de un software a otro
generalmente involucra un período de
capacitación o aprendizaje por parte de los
usuarios. Esto genera normalmente una pérdida
de tiempo en las etapas iniciales de migración
pero redunda en un beneficio a mediano y largo

Figura 1: Vista superior del circuito impreso armado y
probado.

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plazo. Quienes participaron en la primer
experiencia piloto brindaron una capacitación y
soporte a los demás miembros del laboratorio.
Esto se realizó simplemente compartiendo
dentro del grupo los conceptos aprendidos y
destacando las principales diferencias con
respecto al software anteriormente utilizado.
Componentes de librería: Todos los
programas para diseño de circuitos impresos
poseen bibliotecas de dibujos esquemáticos
(símbolos) y bibliotecas de encapsulados de
componentes (footprints o módulos),
permitiendo además incorporar nuevas
bibliotecas (libraries) particulares o
personalizadas. Al comenzar a utilizar un
software para diseñar circuitos impresos siempre
será necesario crear algunos nuevos
componentes de librería adicionales.
Existen algunos scripts o programas realizados
por los usuarios de KICAD para convertir
bibliotecas o componentes desde otros formatos
(como Orcad o Eagle) al formato de KICAD. No
se han evaluado estas herramientas.
Por otra parte KICAD posee una gran variedad
de componentes y actualmente los usuarios
contribuyen rápidamente nuevas bibliotecas. En
el caso de no existir el componente, KICAD
posee un editor de símbolos y módulos para
ingresarlo.
Circuitos previos: Uno de los problemas que
puede presentarse en el proceso de migración es
la necesidad de utilizar o consultar circuitos
previamente desarrollados. Para estos casos
puede utilizarse la antigua herramienta y
generar archivos de documentación que no
requieran nuevamente del programa, como por
ejemplo formatos Postscript o pdf para
esquemáticos o circuitos impresos y archivos de
texto para el listado de componentes.
Otra situación más complicada es cuando se
desea reutilizar un viejo diseño y modificarlo
para realizar uno nuevo. Como se mencionó,
existen algunos programas para convertir otros
formatos de componentes a formato KICAD,
pero esto resuelve sólo una mínima parte del
problema.
En estos casos son pocas las opciones. Nuestra
política adoptada es volver a ingresar el viejo
diseño copiando al anterior.
Herramientas Desarrolladas
El software KICAD está compuesto oficialmente
por varias partes:
—Administrador de proyectos: Permite manejar
todos los archivos involucrados en forma
centralizada y recorrer organizadamente las
etapas de un diseño.
—Eeschema: El editor de esquemáticos para
ingresar nuestro diseño.
—Cvpcb: El editor de asociaciones para vincular
los símbolos del esquemático con los módulos o
footprints.
—Pcbnew: El editor de PCBs para realizar el
"place and route" del impreso. Permite la
visualización en 3D del circuito impreso poblado
con los componentes electrónicos (ver Fig. 2 ).
—Gerbview: Visualizador de Gerbers para
verificar visualmente nuestro diseño antes de
enviarlo a los servicios de confección.
—Editor de librería: permite crear y modificar los
símbolos y los módulos para el diseño.
—Documentación: Instructivo de uso en varios
idiomas, incluido el español.
Por tratarse de un software con el código
disponible y que utiliza formatos abiertos y
documentados, muchos programadores han
desarrollado herramientas adicionales que
facilitan las tareas asociadas al diseño. Podemos
mencionar rutinas de software que generan
automáticamente componentes DIP Dual Inline
Package, páginas web que permiten diseñar
fácilmente símbolos estándar para
esquemáticos, conversores para exportar e
importar entre formatos de otros programas de
diseño, etc.
Para facilitar nuestra tarea en la utilización del
software de diseño y acelerar los tiempos
necesarios para realizar un trabajo determinado,
desarrollamos dos programas complementarios
al software KICAD:
Figura 2: Visualización 3D de la herramienta KICAD.

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—Kicadlib: Permite administrar las bibliotecas
de KICAD, quitando, agregando y listando los
componentes. Este programa se desarrolló en
lenguaje C y actualmente se encuentra
publicado en internet disponible para cualquiera
que desee utilizarlo.
—Pinarray: Permite crear símbolos y módulos
PCB para arreglos de pines. Se utiliza para
definir fácilmente conectores y áreas de
prototipado. Este programa se desarrolló en
lenguaje Perl y también se publicó a través de
internet.
Estas dos herramientas desarrolladas facilitan la
creación y administración de componentes de
librería y por lo tanto reducen los tiempos
involucrados en los nuevos desarrollos de
hardware.
Resultados
Se realizó una experiencia piloto exitosa en la
utilización del software KICAD para el desarrollo
de circuitos impresos prototipos, recorriendo
todo el camino desde el diseño hasta la
construcción física y prueba de un circuito
impreso doble faz. Apoyados en esta experiencia
se realizó una migración completa de todos los
puestos de trabajo acompañado por un proceso
de capacitación interna para abordar los nuevos
desarrollos utilizando el nuevo software.
Además, gracias a las especificaciones abiertas,
se pudieron desarrollar herramientas de
software complementarias que reducen los
tiempos de desarrollo involucrados en el diseño
de circuitos impresos.
Conclusiones
Trabajando con este nuevo programa de
software libre se tiene actualmente las
siguientes ventajas:
—La posibilidad de inspección y modificación del
código fuente para adaptar el software a futuras
necesidades.
—Formato interno de los archivos bien
documentado. Esto permite crear nuevas
herramientas de software.
—Se permite redistribuir el software. Esto es de
mucha utilidad al realizar un diseño para un
cliente, ya que se le puede entregar el diseño y
el software necesario para utilizar y adaptar su
diseño en el futuro.
—Se realizó un importante ahorro en el costo de
licencias de software.
Basados en esta experiencia de migración y
otras similares realizadas dentro del laboratorio,
y observando también otros grupos de trabajo
bajo los mismos conceptos, consideramos de
gran importancia que las empresas e
instituciones dedicadas al desarrollo electrónico
tomen conciencia de las ventajas que aporta el
software libre y las tecnologías abiertas en
general. Creemos que estas ventajas son de
vital importancia para asignar adecuadamente
los recursos para desarrollo cuando los mismos
son limitados y para una verdadera evolución
tecnológica regional con empresas de nuestro
país. Existe software libre de alta calidad
técnica, para muchas ramas específicas de la
ingeniería y la ciencia en general. Identificar,
utilizar, aprender y adaptar el software libre
existente es un esfuerzo extra que seguramente
brindará sus beneficios.
Referencias
[1] Free Software Foundation, Inc. "The Free Software
Definition". http://www.gnu.org/philosophy/free-sw.html.
[2] Ales Hvezda. "gEDA Schematic Capture".
http://www.geda.seul.org/tools/gschem/.
[3] Timothy Edwards. "XCircuit : Schematic drawing and
capture program". http://opencircuitdesign.com/xcircuit/.
[4] Thomas Nau, Harry Eaton, Bill Wilson, Dan McMahill, and
DJ Delorie. "PCB, an interactive printed circuit board editor".
http://pcb.sourceforge.net/.
[5] Allan Wright. "FreePCB an open-source PCB layout editor
for Windows". http://www.freepcb.com/.
[6] The University of Manchester, School Of Computer
Science. "MUCS-PCB design software".
http://intranet.cs.man.ac.uk/apt/projects/tools/mucs-pcb/.
[7] Stefan Petersen et al. "gerbv - A Free Gerber Viewer".
http://gerbv.sourceforge.net/.
[8] Free Software Foundation, Inc. "GNU General Public
License". http://www.gnu.org/copyleft/gpl.html.
[9] Debian. "Sistema operativo Debian GNU/Linux".
http://www.debian.org.
[10] Salvador Eduardo Tropea, Diego Javier Brengi, and Juan
Pablo Daniel Borgna. "FPGAlibre: Herramientas de software
libre para diseño con FPGAs". In FPGA Based Systems, pages
173–180, Mar del Plata, 2006. Surlabs Project, II SPL.
[11] INTI Electrónica e Informática et al. Proyecto FPGA Libre.
http://fpgalibre.sourceforge.net/.

Para mayor información contactarse con:
Diego J. Brengi - brengi@inti.gov.ar