Discusión: Diseños de circuitos, flujo típico para el diseño de sistemas electrónicos.

Muy buenas tardes, a toda la comunidad de electrónicos, aficionados y simpatizantes con el mundo de la electrónica, mi nombre es Juan, titulado el año 2019 de Electrónica. Aficionado en mis tiempos libres a desarrollar e investigar proyectos electrónicos a pequeña, mediana y gran escala.

Los Objetivos principales de este artículo son proporcionar una descripción general de los pasos requeridos para la creación de sistemas electrónicos complejos, generar discusión y debate constructivo acerca de ellos junto con el desafío de tratar de responder unas consultas al final de este artículo.

A veces, es necesario un gran equipo de ingenieros (cientos o miles) para completar los pasos entre el enunciado de un problema y un sistema funcional. Habitualmente, sólo una parte del sistema está formada por circuitos electrónicos y se requiere experiencia en muchos otros campos, como lo son mecánica, informática, control, etc.

En este post, el principal interés está centrado en el diseño de circuitos, aunque siempre es importante para los diseñadores de circuitos considerar cómo encaja su trabajo en el proceso global de diseño de un sistema.

De acuerdo con el Autor Allan R. Hambley, en su libro Electrónica. 2° Edición, las etapas del diseño típico para sistemas electrónicos, consta de al menos 10 etapas, Ver imagen 1 Adjunta, las cuales son:

1° El planteamiento del problema.
2° El Desarrollo de las especificaciones del sistema.
3° La Generación de planteamientos de solución, junto con el descarte de los planteamientos de solución que no sean prácticos.
4° El Diseño de diagramas de bloques del sistema, incluyendo las especificaciones del documento.
5° El Diseño de los circuitos internos de cada bloque.
6° La Construcción de circuitos prototipos
7° La prueba de cada circuito prototipado.
8° El Montaje del sistema prototipo.
9° La Prueba y finalización del diseño.
10° La Producción e implementación del sistema ya creado donde comenzó el problema.

Captura 1.JPG

Un ejemplo más sencillo es el diseño de un sistema que proporcione corriente eléctrica a los circuitos de un determinado computador. Primero será preciso determinar las especificaciones del sistema, que incluirían las tensiones nominales, la corriente necesaria para cada tensión, la cantidad de fluctuación de tensión permitida, si la fuente debe ser portátil o no, el nivel necesario de fiabilidad del sistema, etc. Son posibles varias aproximaciones básicas, como la utilización de baterías primarias (no recargables), baterías secundarias (recargables), circuitos rectificadores que conviertan corriente alterna en continua y generadores eléctricos con motor de explosión. Suele ocurrir que algún requisito fuerce a seleccionar sólo una o dos de las aproximaciones posibles. Por ejemplo, si se requiere que la fuente de alimentación proporcione una gran potencia aunque falle la toma de corriente alterna durante períodos de larga duración, será más recomendable la aproximación del generador eléctrico con motor de explosión. Por el contrario, si hay disponible corriente alterna y no se requiere que el sistema siga funcionando durante los cortes de alimentación, la mejor solución será algún tipo de rectificador.

Una vez seleccionadas varias aproximaciones válidas, se creará al menos un posible diagrama de bloques para cada una. En la parte electrónica del sistema, los bloques componentes típicos son: amplificadores, convertidores analógico-digitales, convertidores digital-analógicos, filtros, generadores de señal, circuitos conformadores de onda, funciones lógicas, memorias digitales y fuentes de alimentación. Habrá que determinar las especificaciones para cada bloque, de manera que el sistema completo cumpla sus metas. En este punto, puede que sea posible eliminar una aproximación a la solución debido a la existencia de requisitos extremos para uno de los bloques. Al final, terminarán resultando uno o más diagramas de bloques, con especificaciones detalladas y razonables para cada bloque. Por supuesto, puede que más adelante se encuentre que alguna de estas especificaciones no es razonable y sea necesario cambiar el diagrama de bloques o seleccionar una aproximación completamente diferente.

Los diseñadores de circuitos deben afrontar el problema de diseñar circuitos que cumplan las especificaciones de los bloques funcionales que han sido detallados durante el diseño del sistema. Por ejemplo, es posible que se necesite un amplificador con una determinada ganancia, impedancia de entrada y ancho de banda. El proceso de diseño interno para cada bloque del sistema es similar al diseño del sistema completo. Como se observa en la imagen 2.

Captura 2.JPG
Las preguntas que se me generan a continuación son las siguientes, en el 4° y 5° paso establecido en el libro, lo que no se especifica ni aconseja es ¿Cuál el punto de inicio en la construcción del diagrama de bloques? y en las especificaciones de cada bloque ¿Cuál es el bloque con el que inicialmente comienzo a diseñar?. Pregunto esto debido a que la mayoría de diagramas de bloques de sistemas electrónicos, se encuentra estandarizado que se diseñan de Izquierda a derecha (desde alimentación a carga) pero siempre está ese obstáculo inicial de donde empezar. Quisiera leer sus opiniones como desarrolladores y aficionados a la electrónica. Saludos desde Chile.
 
Frente a cual bloque inicial abordar mi criterio es analizar en que bloque se da solución al problema a resolver. Aunque las otras etapas no desmeritan atención, si me concentro en el bloque vital, puedo atacar los otros bloques con mas soltura. Cuando estaba en la universidad nos enseñaron metodología top-down, en la cual luego de tener los bloques lógicos empezábamos a desmenuzarlos hasta tener los circuitos que cumplen con los requisitos exigidos
 
Frente a cual bloque inicial abordar mi criterio es analizar en que bloque se da solución al problema a resolver. Aunque las otras etapas no desmeritan atención, si me concentro en el bloque vital, puedo atacar los otros bloques con mas soltura. Cuando estaba en la universidad nos enseñaron metodología top-down, en la cual luego de tener los bloques lógicos empezábamos a desmenuzarlos hasta tener los circuitos que cumplen con los requisitos exigidos
Correcto, a mí también me pasaron esa metodología en digital. :D ¿Hay algún bloque que bajo tu criterio técnico de debiese agregar o que esté implícito pero no se mencione en alguno de los dos esquemas? Saludos y muchas gracias por leer y contestar.
 
¿Cuál el punto de inicio en la construcción del diagrama de bloques?
Considero que debe arrancarse con "idealizar la solución" , por lo que aunque no haya nada fijo ni establecido aun, con tu conocimiento sabes que para dar solución a un problema necesitarías x cantidad de elementos (fuente, sensores, acopladores, conversores, salidas, visualización, adquisición de datos etc., etc.) por lo que a cada una de esas etapas le asignas un bloque, asi sea una decisión errónea no hay problema porque al ir armando la idea de solución vas descartando si son necesarios tantos bloques o puedes agrupar en uno solo varias secciones.
¿Cuál es el bloque con el que inicialmente comienzo a diseñar?
El bloque de mayor interés debe ser aquel por el cual sabe que depende la solución. Si mi solución va es entregar una forma de onda a una carga, pues me concentro en la generación de la onda, si mi solución es entregar potencia a un carga y no depende tanto de la señal, la fuente debería ser el comienzo, ves? varia según el requisito del problema
¿Hay algún bloque que bajo tu criterio técnico de debiese agregar o que esté implícito pero no se mencione en alguno de los dos esquemas?
No, creo que todo esta completo, lo único que veo es que el punto 4 debería ser El Diseño de diagramas de bloques del sistema, incluyendo las especificaciones del MISMO (SISTEMA, BLOQUE). Ya que cada etapa debe ofrecer cierta salida, conexiones, niveles de señal, etc. que debe quedar clara para saber que la siguiente etapa debe diseñarse tendiendo en cuenta que ya otro bloque la ofrece.
 
¿Cuál el punto de inicio en la construcción del diagrama de bloques?
Considero que debe arrancarse con "idealizar la solución" , por lo que aunque no haya nada fijo ni establecido aun, con tu conocimiento sabes que para dar solución a un problema necesitarías x cantidad de elementos (fuente, sensores, acopladores, conversores, salidas, visualización, adquisición de datos etc., etc.) por lo que a cada una de esas etapas le asignas un bloque, asi sea una decisión errónea no hay problema porque al ir armando la idea de solución vas descartando si son necesarios tantos bloques o puedes agrupar en uno solo varias secciones.
¿Cuál es el bloque con el que inicialmente comienzo a diseñar?
El bloque de mayor interés debe ser aquel por el cual sabe que depende la solución. Si mi solución va es entregar una forma de onda a una carga, pues me concentro en la generación de la onda, si mi solución es entregar potencia a un carga y no depende tanto de la señal, la fuente debería ser el comienzo, ves? varia según el requisito del problema
¿Hay algún bloque que bajo tu criterio técnico de debiese agregar o que esté implícito pero no se mencione en alguno de los dos esquemas?
No, creo que todo esta completo, lo único que veo es que el punto 4 debería ser El Diseño de diagramas de bloques del sistema, incluyendo las especificaciones del MISMO (SISTEMA, BLOQUE). Ya que cada etapa debe ofrecer cierta salida, conexiones, niveles de señal, etc. que debe quedar clara para saber que la siguiente etapa debe diseñarse tendiendo en cuenta que ya otro bloque la ofrece.
Un excelente análisis, te agradezco mucho tu colaboración nuevamente, espero tu participación en futuros temas que se puedan ir abriendo en el tiempo. Saludos desde Chile.
 
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