DISEÑO Y DESARROLLO DE UNA PLACA PCB CON ATMEGA 328

Universidad Autonoma de Baja California
.
1
PROYECTO FINAL
Betanzos Muños Miguel Ángel
Miguel.angel.betanzos.munoz@uabc.edu.mx
Marcos Marcos Fernando
e-mail: fmarcos@uabc.edu.mx
RESUMEN: Se diseño un circuito de 4 layers, para
su diseño se consideraron circuitos de acoplamiento
para evitar pérdidas de señal y además se hizo un
análisis completo para calcularlos.
1 INTRODUCCIÓN
Las placas electrónicas son utilizadas en diferentes
aspectos de nuestra vida, tanto en el área estudiantil
como lo son estudiantes universitarios, también están
las empresas y grupos de investigación para la
fabricación y/o modificación de equipos con funciones
especificas de instrumentación, control y automatización.
Para el diseño y desarrollo de una placa electrónica es
importante tomar en cuenta que tipos de circuitos
electrónicos se montaran en ella, de ello depende su
diseño y por su puesto para esto es necesario contar
con las teorías básicas de electromagnetismo y sus
interferencias electromagnéticas. Existen una
clasificación de técnicas para la elaboración de PCBs,
en función de las técnicas para eliminar el excedente de
cobre, estas técnicas son la elaboración de PCB
mediante ataque químico y sin químicos (Fresadora por
ejemplo). Para elaboración de una placa electrónica, es
necesario definir el esquemático y diagrama de
conexiones que formarán las pistas de cobre sobre la
placa. En este caso todo se enfocara en el diseño de
una placa por medio de ataque químico, se explican los
pasos generales para la elaboración de la PCB,
mostrando los Softwares utilizados para el desarrollo del
esquemático, se exponen las consideraciones y técnicas
de diseño del PCB, las técnicas de impresión o de
transferencia a la placa y así como el montaje y el tipo
de soldadura utilizado.
2 TEORIA
Un circuito impreso es una placa o lámina aislante
que tiene adheridas líneas conductoras muy delgadas
por una o ambas caras y sobre la cual se montan los
componentes electrónicos que forman un circuito. Las
líneas conductoras o trazos, se utilizan para establecer
las diferentes conexiones entre los elementos del
circuito y en sus extremos tienen orificios en los cuales
se insertan y sueldan las terminales de los
componentes. Popularmente, los circuitos impresos
reciben el nombre de plaquetas.
Anteriormente, los aparatos electrónicos debían
llevar cables entre todos sus componentes ya que no se
disponía de ninguna técnica para facilitar el ensamble.
Con el desarrollo de la tecnología y la invención de
nuevas técnicas, se logro el perfeccionamiento de los
circuitos impresos, los cuales juegan un papel muy
importante en el desarrollo de la electrónica moderna,
ellos presentan muchas ventajas a la hora de armar un
proyecto tales como:
 Facilitan las conexiones y por lo tanto se
disminuyen los errores.
 Su uso ha permitido lograr la miniaturización
de muchos aparatos.
 Permiten realizar fácilmente labores de
ensamble y reparación.
 Sirven como soporte físico para los
componentes.
 Proporcionan uniformidad en las series de
producción.
Tipos de circuitos Impresos
Los circuitos impresos pueden ser rígidos o
flexibles y se clasifican según el número de capas
conductoras que posean. Por ejemplo, los de una sola
capa, los de dos capas o doble faz (doble cara) y los
multicapas, en los cuales se debe especificar el número
de ellas. En la figura 1 se muestran circuitos impresos de
diferentes tipos. Los de tipo rígido y una sola cara son
los más utilizados en circuitos sencillos y sobre ellos
concentraremos nuestra atención. En aparatos con
muchos circuitos integrados como memorias, micro
controlador, compuertas lógicas, etc., se utilizan los de
doble cara y circuitos muy complejos como las
computadoras, se emplean circuitos multicapa.
Figura 1 a. Circuito impresos de una cara
Figura 1 b. Circuito impresos flexible
Figura 1 c. Circuito impreso de doble cara
Pasos para la elaboración de un circuito impreso
El diseño de un circuito impreso parte del plan o
diagrama esquemático del circuito, figura 2. Con esta
información debemos llegar a la elaboración de una
R4

.
2
plaqueta en donde se montan y sueldan los
componentes figura 3.
Figura 2. Diagrama esquemático de un circuito
Figura 3. Circuito impreso del diagrama esquemático de
la figura 2.
El diagrama debe ser lo más claro posible y
contener el valor exacto de sus componente ya sea que
estén escritos en forma directa, por ejemplo, 100 ohm a
½ W para una resistencia, o indicados con la referencias
R1, R2, C1, C2, etc., o que existan una lista de
materiales con los datos necesarios. De esta
información depende la configuración del circuito
impreso ya que la forma y tamaño de los diferentes
componentes depende de su valor (unidades de medida
y especificaciones).
Igual que un aparato electrónico completo, un
circuito impreso también se fabrica en forma de prototipo
experimental, y al utilizarlo, ensamblando un circuito de
prueba, se puede mejorar o rediseñar hasta que cumpla
todos los requisitos técnicos y de estética que
esperamos. Para la fabricación de un prototipo de
circuito impreso de una sola cara, que él es tema que
nos interesa por ahora, se deben seguir los siguientes
pasos:
1. Diseño de los trazos del circuito para todos los
componentes queden conectados como lo
indica el diagrama esquemático. Pueden ser
en una hoja de papel o en la pantalla de una
computadora.
Figura 4. Lamina de cobre sin procesar. Sobre ella se
debe dibujar el circuito impreso
Figura 5. El percloruro férrico se encarga de rebajar el
cobre sobrante
2. Traslado o copia del diseño a la superficie de
la lámina de cobre.
3. Eliminación o rebajado del cobre sobrante para
que queden la línea del circuito únicamente.
4. Perforación de los agujeros para los terminales
de los componentes.
En la figura4 se tiene el aspecto y configuración de
la lámina especial fabricada para este fin, antes del
proceso de rebajado. Como ya se menciono
anteriormente, está formada por una lámina aislante,
generalmente baquelita o fibra de vidrio, recubierta
totalmente por un lado con una lamina muy delgada de
cobre. El la figura 5 se tiene el circuito impreso
terminado después de eliminar el cobre sobrante.
La parte más crítica de este proceso es el diseño
de los trazos o pistas del circuito impresos, es decir, la
ubicación de los componentes y la unión de sus
terminales hasta completar el diagrama esquemático. El
traslado de este diseño a lamina de cobre se puede
realizar por diferentes métodos como son; el marcador o
lapicero de tinta resistente al acido, por screeen, con el
sistema fotográfico (photoresist) y con laminas de
transferencia de toner para impresoras laser o
fotocopiadoras. La eliminación del cobre sobrante se
realiza sumergiendo la lámina con el dibujo en un
compuesto corrosivo como el percloruro férrico, el cual
ataca el metal y lo disuelve.
Por último, las perforaciones para los terminales de
los componentes en un circuito impresos, permite el
montaje de los componentes que van sobre la superficie
que no tienen cobre y cuyos terminales se sueldan en
los conductores del lado opuesto.
Técnicas para el diseño de circuitos impresos
Existen diferentes formas de diseñar los circuitos
impresos. Según las herramientas y los conocimientos
que tengamos, se pueden utilizar medios manuales o
computarizados para hacerlo.
Diseño manual
Es el método mas utilizado para los
experimentadores. Consiste en elaborar con los
elementos comunes del dibujo técnico como el lápiz,
borrador, papel, reglas, escuadras, plantilla de circuitos,
platilla de componentes, etc., un dibujo correspondiente
a los trazos definitivos del circuito impreso. Figura 6.

.
3
Figura 6. Diseño manual de circuitos impresos. Esta
labor exige mucha imaginación y paciencia por parte del
practicante.
Inicialmente, se hace un borrador a lápiz con
medidas aproximadas partiendo de la ubicación de los
componentes y del diagrama esquemático o plano.
Luego, se van completando y corrigiendo las líneas
hasta lograr un dibujo aceptable. Este se debe pasar en
limpio o sea finalizarlo con tinta negra y una vez
terminado, recibe el nombre de arte, con el cual se hace
un negativo o un positivo fotográfico. Si el dibujo se hace
con tinta china, en un papel semitransparente, se puede
utilizar directamente como base para el proceso de
fabricación, tal como es explicara más adelante.
Diseño manual con dibujo por computadora
Este proceso es intermedio entre el diseño manual
y el diseño asistido por computadora. En este caso, se
remplazan las herramientas manuales por las
herramientas de un programa de dibujo, como es el caso
de Proteus.
Aquí se parte del mismo proceso del diseño
manual a lápiz que se describió anteriormente y luego,
utilizando la computadora, dibujamos en la pantalla los
diferentes elementos del circuito como son los círculos
para los terminales, las perforaciones y las líneas. Luego
se elabora el arte final con una impresora de chorro de
tinta o laser. De esto depende en gran parte la calidad
del circuito impreso ya que estos generalmente tienen
líneas muy delgadas y circuitos pequeños que son
difíciles de dibujar a mano. Con este método, se pueden
borrar y repetir cuantas veces se quiera las líneas, variar
la posición de los componentes y en general, hacer
modificaciones, algo muy común en este proceso.
Diseño por computadora o CAD
En los dos métodos anteriores, la ubicación de los
componentes y el trazado de la línea se hacen
manualmente, lo que toma la mayor parte del tiempo. El
desarrollo de equipos más poderosos y de programas
especializados para esta labor, ha sido un factor muy
importante en el avance de la electrónica ya que, en los
circuitos complejos, con una gran cantidad de
componentes, como es el caso de las tarjeta para
computadora, se hace indispensable la utilización de
circuitos impresos de varias capas, los cuales son
prácticamente imposibles de diseñar manualmente.
Para este proceso, han salido al mercado muchos
programas que trabajan en forma similar, así: se
capturan o lleva a la pantalla de la computadora el
diagrama esquemático del circuito. Luego, el programa
genera la lista de materiales y una lista de conexiones
llamada netlist. Con esta lista, se van ubicando uno por
uno, en forma manual, los componentes en un área
definida para el circuito. Después se le da la orden a la
computadora que haga los trazos, y según el modelo,
capacidad y velocidad de la maquina, realiza este
proceso en forma automática, ahorrando mucho tiempo
en el diseño.
Este es el proceso ideal y su única limitante es el
costo ya que el equipo necesario y los programas tienen
un valor un poco alta para la mayora de los
presupuestos. Para las universidades, laboratorios,
centros de investigación e industrias, es el método que
se debe emplear por su agilidad y velocidad en el
diseño.
3 DESARROLLO
Para el desarrollo es necesario contar con los
siguientes materiales:
- 2 PCB de doble layer
- 1 ATMEGA 328P
- 40 pines machos
- 1 conector doble de bloque
- 1 LM7805
- 2 Capacitores electrolíticos de 10 uF
- 2 Capacitores cerámicos de 22 pF
- 1 Cristal de 16 MHz
- 1 Push Botón
- 1 Led
- 1 Resistencia de 220 Ohms
- 1 Socket de 28 Pines
Procedimiento.
El circuito que se diseño se muestra en la Figura
siguiente.
Figura 7.
Es importante que antes de diseñar un circuito y de
implementarlo a una PCB, se realicen las pruebas
necesarias para verificar que lo que se está haciendo
funciona, para evitar pérdidas de tiempo, material. El
esquema de la Figura 7 tiene que armarse en el
protoboard y verificar su funcionamiento.
Figura 8.

.
4
El circuito armado es el siguiente.
Figura 9.
Para la verificación del funcionamiento del circuito,
lo que se hizo fue cargarle el programa de ejemplo que
ya tiene el software arduino, llamado “blink” al
ATMEGA328P y ya cargado, se le quito el integrado del
arduino y se conecto al protoboard, tal y como se ve en
la figura 9.
Figura 10.
Efectivamente el circuito funciono a la perfección
entonces los siguiente fue el diseño del circuito en
Proteus. El diagrama esquemático del circuito armado
es el mostrado en la figura 11.
Figura 11.
El esquemático de nuestro circuito se realizo en el
apartado ISIS de Proteus, ahora lo siguiente consistió en
armar el diseño del circuito en el apartado ARES de
Proteus. Pero primeramente nos aseguramos que cada
uno de los componentes que se utilizaran para el diseño
del circuito, tengan sus respectivos paquetes, de no ser
así, se tendrían que diseñar, para suerte nuestra, todos
los componentes contaban con sus packetes, así que
todo solo fue cuestión de realizar el diseño de nuestro
PCB de cuatro layers.
Figura 12. Packetes de los componentes utilizados en el
diseño de la PCB
VI
1
VO
3
GND
2
U2
7805
C1
10u
12
D1
LED
R1
220R
C2
10u
C3
22p
1 2
X1
CRYSTAL
C4
22p
1
2
3
J5
CONN-SIL3
1
2
J6
TBLOCK-I2
PB0/ICP1/CLKO/PCINT0
14
PB1/OC1A/PCINT1
15
PB3/MOSI/OC2A/PCINT3
17
PB2/SS/OC1B/PCINT2
16
PD6/AIN0/OC0A/PCINT22
12
PD5/T1/OC0B/PCINT21
11
PD4/T0/XCK/PCINT20
6
PD3/INT1/OC2B/PCINT19
5
PD2/INT0/PCINT18
4
PD1/TXD/PCINT17
3
PD0/RXD/PCINT16
2
PB4/MISO/PCINT4
18
PB5/SCK/PCINT5
19
PB7/TOSC2/XTAL2/PCINT7
10
PB6/TOSC1/XTAL1/PCINT6
9
PC6/RESET/PCINT14
1
PC5/ADC5/SCL/PCINT13
28
PC4/ADC4/SDA/PCINT12
27
PC3/ADC3/PCINT11
26
PC2/ADC2/PCINT10
25
PC1/ADC1/PCINT9
24
PC0/ADC0/PCINT8
23
AVCC
20
AREF
21
PD7/AIN1/PCINT23
13
U3
ATMEGA328P
1
2
3
4
5
6
J2
CONN-SIL6
1
2
3
4
5
6
7
8
J11
CONN-SIL8
1
2
3
4
5
6
7
J13
CONN-SIL7
1
2
3
4
J1
CONN-SIL4
1
1
2
2

.
5
Ahora lo siguiente es realizar el diseño de la PCB,
iniciamos asignando un tamaño aproximado de la placa
que queremos, y decimos aproximado debido a que
quizá tengamos que hacer modificaciones de
dimensiones al momento de acomodar los
componentes.
Figura. 13. Dimensión de la placa
Los componentes que se van utilizar se tiene que
acomodar, podríamos usar la opción de acomodar
automáticamente todos los packetes de los
componentes o Auto-placer, tal y como se muestra en
las dos figuras siguientes.
Figura 14.
Figura 15.
La opción anterior no es la mejor y menos para el
fin de esta práctica, ya que el tamaño de la placa que se
va a usar afecta en diversas maneras, como por ejemplo
la capacitancia de las placas, es posible que la longitud
de los tracks aumente demasiado afectando las señales
de información que se enviaran a través de ellos, se
generaría atenuaciones, etc.
Por lo tanto para evitar este tipo de problemas, el
diseño se realizara de forma manual, para reducir lo más
posible el tamaño del circuito. Los componentes
acomodados se pueden a continuación.
Figura 16.
Si se compara las dimensiones de la figura 15 y 16
se puede ver que no es necesario tener tanto espacio
libre en la placa, todo lo podemos reducir tal y como se

.
6
muestra en la figura 16 y además los componentes
tienen un mejor orden.
Antes de realizar las conexiones tenemos que
recordar que se requiere realizar una pcb de 4 layer,
entonces tenemos que generar los planos de cada uno
de los layers.
Los planos que se generaran son los que se
muestran continuación en la siguiente ilustración o
figura.
Figura 17. Planos de la PCB
El hecho de superponer las placas de esta manera,
es para poder generar una jaula de Faraday y por lo
tanto podremos evitar las interferencias.
Entonces proseguimos realizando los planos de la
figura 17 en el diseño de nuestro PCB, para ello nos
dirigimos a la pestaña de ARES PCB Layout.
Los pasos son los siguientes
En figura 18 se puede apreciar dentro del recuadro
verde la PCB sin ningún plano, esto se puede observar
debido a que el color de fondo es de color negro.
Figura 18.
Nos dirigimos a la barra de herramientas de
Proteus y seleccionamos herramientas o tolos y
seleccionamos la opción Power plane Generator
Figura 19.
En la figura siguiente vemos el Power Plane
Generator, donde tenemos diferentes opciones, como el
Net (este es básicamente tipo de plano que queremos,
ya sea GND, Vcc, o simplemente un plano simple), layer
(que es la capa a la cual le queremos asignar el plano),
boundary y Edge clearance. Lo único que modificamos
es Net y Layer.
Figura 20.
Primeramente generamos el plano de señal de la
capa superior, para ello seleccionamos entonces el layer
Top Copper.
Figura 21.
Y dejamos en Net, la opción de None o ninguna.

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7
Figura 22.
Seleccionamos ok, para que se genere el plano de
señal.
Figura 23.
Podemos observar en la figura siguiente que el
fondo de la placa se torna de un color rojo, esto quiere
decir que el plano de señal superior se genero.
Figura 24.
Ahora proseguimos generando el plano GND y por
lo tanto seleccionamos en Net la opción de
GND=POWER y en Layer, el iner1, el cual será nuestro
segundo plano, el cual estará por debajo del plano de
señal superior.
Figura 25.
En la figura siguiente se puede apreciar que el
fondo de la placa se torna de un color diferente al de la
figura 24, y es porque el plano se genero.
Figura 26.
Continuamos generando el plano VCC.
Figura 27.

.
8
Figura 28.
Por último se genera el plano de señal inferior.
Figura 29.
Figura 30.
Lo siguiente es realizar las conexiones, para ello
podemos recurrir al Auto-router, tal y como se puede ver
en las dos figuras siguientes.
Figura 31.
Figura 32.
Figura 33. Conexiones realizadas en el plano de señal
inferior.

.
9
superior.
El utilizar el Auto-Router no es recomendado, ya
que se pueden generar pistas con ángulos de 90 grados,
y esto se tiene que evitar por que se generan
autoinducciones y por lo tanto la señal se deforma, este
tipo de errores se pueden ver al analizar la figura 33 y
34.
Para evitar todo este tipo de errores, aunque es
más tardado se prefirió realizar las conexiones de forma
manual. En la figura 35 y 36 se puede ver el PCB con
todas las conexiones realizadas en el plano de señal
superior e inferior respectivamente.
Figura 35. Conexiones realizadas manualmente en el
plano de señal superior.
inferior
El diseño de nuestra placa está finalizado, por lo
tanto podemos visualizar el diseño de la PCB en 3D en
las figura 37.
a) b)
Figura 37. a) Plano de señal superior, b) Plano de señal
inferior. Visualización en 3D de la placa terminada.
En la figura 38 se pude observar de forma ideal la
PCB con los componentes ensamblados.

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a) b)
c)
d)
e) f)
Figura 38. Vistas de la placa terminada con
componentes ensamblados
En las figuras siguientes se puede ver la placa
terminada físicamente.
Figura 39. Circuito finalizado sin el ATMEGA328P
Figura 40. PCB Totalmente terminado
4 DATOS EXPERIMENTALES Y DATOS
CALCULADOS
Calculo de ancho de pistas de los pines de E/O.
De acuerdo a la hoja de especificaciones del
ATMEGA, todos los pines de entrada y salida del
integrado tienen permiten una corriente continua de 40
mA, además también sabemos que la placa que
estamos utilizando es de 1 Oz y con un espesor de
cobre de 35 micras de cobre y supondremos que nuestro
circuito estará operando a una temperatura ambiente
aproximada de 25 a 27 grados centígrados.
Hay dos formas para calcular el ancho de las pistas
y estas dos formas las veremos a continuación.
Con los datos que tenemos, podemos iniciar a
calcular el ancho de las pistas, para ello utilizamos las
ecuación 1.

.
11
Figura 41.
𝐴𝑛𝑐𝑕𝑜 =
𝐴𝑟𝑒𝑎
(𝐿 ∗ 1.378)
(1)
Donde:
L = Grosor de la pista (Onza/pie cuadrado)
Área = Expresado en milis al cuadrado
El área esta dado por la ecuación 2.
𝐴𝑟𝑒𝑎 =
𝐼
(𝐾1 ∗ ∆𝑇 𝐾2)
1
𝐾3
(2)
Donde:
I = Corriente máxima
K1, K2 y K3 = Constantes con diferentes valores y
dependen de si la pista es externa o interna.
Una pista es interna cuando se encuentra entre
dos láminas de aislante, por ejemplo en PCB con más
de dos caras, en otras palabras, es la que no podemos
ver y se encuentra entre las dos caras de la PCB
Las constantes K1, K2 y K3 tienen los siguientes
valores si la pista es interna:
 K1 = 0.0150
 K2 = 0.5453
 K3 = 0.7349
Si la pista es externa, las constantes tienen los
siguientes valores.
 K1 = 0.0647
 K2 = 0.4281
 K3 = 0.6732
Si sustituimos la ecuación 2 en la ecuación 1,
obtendremos una nueva ecuación, la ecuación 3.
𝐼
(𝐾1∗∆𝑇 𝐾2)
1
𝐾3
(𝐿 ∗ 1.378)
(3)
Donde:
∆𝑇 = Diferencia de temperatura que vamos a
permitir en el aire y la pista
La otra forma de obtener el ancho de la pista, es
utilizando las graficas mostradas a continuación, estas
graficas fueron creados tomando como base los
publicado en el estándar IPC2221 “Generic Standard
OnPrintedCircuitBoardDesign”
Grafica 1.
Grafica 2.
Los datos que tenemos son los siguientes:
I max = 40mA
∆𝑇 = 25 𝑚𝐴
𝐿 = 1 𝑂𝑧 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑏𝑟𝑒
Tenemos que tomar en cuenta que en este caso
son pistas externas, por lo tanto los valores de las
constantes de la ecuación 2 son:
K1 = 0.0647
K2 = 0.4281
K3 = 0.6732
Con los datos que tenemos solo es cuestión de
sustituirlos en la ecuación 3 y obtendremos el ancho de
la pista que necesitamos para el diseño.
40𝑥10−3
(0.0647∗250.4281 )
1
0.6732
(1 𝑜𝑧 ∗ 1.378)
𝐴𝑛𝑐𝑕𝑜 = 0.046815 𝑚𝑖𝑙𝑒𝑠𝑚𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎
El valor de ancho obtenido se tiene que expresar
en milésimas de pulgada
Ahora obtendremos el valor del ancho de la pista
por medio de las grafica 1 y 2.
Grafica 3.

.
12
Grafica 4.
Si comparamos el resultado obtenido de forma
matemática y de la forma grafica, podríamos decir que
parece razonable cada resultado, quizá no se tuvo tanta
precisión al momento de realizar el trazo de las líneas en
la forma grafica y por ello quizá surgieron una pequeñas
diferencias.
Debido a que es una PCB de 4 layer y hay dos
planos de señal, se generaran dos capacitancias
diferentes, estas se muestran en la figura siguiente
Figura 42.
Para el cálculo de los circuitos de acoplamiento
es necesario contar con los datos siguientes y
formulas.
Datos de la placa a utilizar.
Figura 43.
Formulas a utilizar
 Resistividad de un track o pista
𝑅 = 𝜌
𝑙
𝐴
(4)
Donde:
R: Resistencia eléctrica (Ohm)
𝜌: Resistividad del material en unidades de (Ohm
m) (0.0172 Ohm*mm
2
/m)
𝑙: Longitud que por la unidades del SI es el metro
(m)
𝐴: Área transversal dado en metros cuadrados
(m
2
)
Figura 44.
 Capacitancia para placas paralelas
𝐶 = 𝜀0
𝜀 𝑟 𝐴
𝛿
(5)
Donde:
ε0: constante dieléctrica del vacío (8.85x10
-12
)
εr: constante dieléctrica o permitividad relativa del
material dieléctrico entre las placas. (Para FR4
es 4.7)
A: el área efectiva de las placas
𝛿: Distancia entre las placas o espesor del
dieléctrico

.
13
Figura 45.
 Inductancia
𝑕 = 2𝑥10−4 𝐿 ln
2𝐿
𝑊 + 𝐻
+ 0.2235
𝑊 + 𝐻
𝐿
+ 0.5 𝐻
… (6)
Figura 46.
Entonces calcularemos las capacitancias tomando
en cuenta las medidas de la siguiente figura.
Figura 47.
Obteniendo capacitancia (C1) generada por la
placa del plano de señal superior y plano GND.
𝐶 = 𝜀0
𝜀 𝑟 𝐴
𝑑
Datos
𝜀0 = 8.85x10−12
𝜀 𝑟 = 4.7
𝐴 = 58.039𝑥10−3 (30.5054𝑥10−3)
𝛿 = 0.0016𝑚 − 2(35𝑥10−6
𝑚)
Sustituyendo datos
𝐶 = (8.85x10−12)
(4.7) 58.039𝑥10−3 (30.5054𝑥10−3)
0.0016𝑚 − 2(35𝑥10−6 𝑚)
𝐶 = 48.1333𝑥10−12 𝐹
Obteniendo capacitancia (C2) generada por la
placa del plano de señal inferior y plano GND.
𝐶 = 𝜀0
𝜀 𝑟 𝐴
𝑑
Datos
𝜀0 = 8.85x10−12
𝜀 𝑟 = 4.7
𝐴 = 58.039𝑥10−3
(30.5054𝑥10−3
)
𝛿 = 0.0016𝑚 − 2 35𝑥10−6
𝑚 + 3𝑥10−3
𝑚
Sustituyendo datos
𝐶 = (8.85x10−12
)
(4.7) 58.039𝑥10−3
(30.5054𝑥10−3
)
0.0016𝑚 − 2 35𝑥10−6 𝑚 + 3𝑥10−3 𝑚
𝐶 = 16.256968𝑥10−12 𝐹
Obteniendo inductancia
𝑕 = 2𝑥10−4 𝐿 ln
2𝐿
𝑊 + 𝐻
+ 0.2235
𝑊 + 𝐻
𝐿
+ 0.5 𝐻
Datos
𝐿 = 58.039𝑥10−3
𝑚
𝑊 = 30.5054𝑥10−3 𝑚
𝐻 = 35𝑥10−6
𝑚
Sustituyendo datos
𝑕
= 2𝑥10−4
(58.039𝑥10−3
) ln
2 58.039𝑥10−3
30.5054𝑥10−3 + 35𝑥10−6
+ 0.2235
30.5054𝑥10−3
+ 35𝑥10−6
58.039𝑥10−3
+ 0.5 (35𝑥10−6
)
𝑕 = 793.3775𝑥10−12
𝐻
La inductancia es la misma para ambos planos de señal.
Ahora procederemos a calcular la resistividad de
cada una de las pistas, para ello recurriremos a la
ecuación 4.
El área transversal de la pista es:
𝐴 = 𝑎𝑛𝑐𝑕𝑜 𝑝𝑖𝑠𝑡𝑎 ∗ 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑏𝑟𝑒

.
14
𝐴 = 1.17𝑥10−6
𝑚 35𝑥10−6
𝜌 = 0.0172
Ω 𝑚𝑚2
𝑚
E/O Longitud (m) Resistencia(Ω)
D0 0.009125 3.83
D1 0.009125 3.83
D2 0.009125 3.83
D3 0.009125 3.83
D4 0.009125 3.83
Digitales D5 0.016800 7.05
D6 0.015725 6.60
D7 0.014750 6.19
D8 0.017875 7.51
D9 0.010075 4.23
D10 0.010075 4.23
D11 0.010075 4.23
D12 0.010075 4.23
D13 0.010075 4.23
A0 0.009050 3.80
A1 0.009050 3.80
Analógicas A2 0.009050 3.80
A3 0.009050 3.80
A4 0.009050 3.80
A5 0.009050 3.80
Calculando circuitos de acoplamiento de los
pines digitales D0 – D4.
Características de la línea de transmisión
La línea de transmisión es stripline, con una
impedancia característica de Z = 50 Ohms y trabaja
a una frecuencia de 100 MHz.
Obteniendo circuito equivalente de la placa
𝑍 = 𝑟 + 𝑖𝑏
𝑍 𝑅 = 3.83 Ω
Para calcular la reactancia, tomamos la
capacitancia generada por el plano de la señal
superior con respecto a la tierra, ya que aquí es
donde se encuentran las pistas.
𝑍 𝐶 =
1
𝑗2𝜋𝑓𝐶
=
1
𝑗2𝜋 100𝑥106 48.1333𝑥10−12 𝐹
𝑍 𝐶 = −𝑗33.065454 Ω
𝑍 𝐿 = 𝑗2𝜋𝑓𝐿 = 𝑗2𝜋 100𝑥106
( 793.3775𝑥10−12
)
𝑍 𝐿 = 𝑗0.498493 Ω
𝑍 = 3.83 Ω + 𝑗 0.498493 Ω − 33.065454 Ω
𝒁 = 𝟑. 𝟖𝟑 𝛀 − 𝒋𝟑𝟑. 𝟎𝟔𝟓𝟒𝟓𝟒 𝛀
Normalizando la función con la impedancia de la
línea de transmisión.
Donde
𝑟 = 𝐼𝑚𝑝𝑒𝑑𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎
𝑏 = 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛
La impedancia se normaliza de la siguiente
manera.
𝑍 𝑛 =
𝑍
𝑍 𝑚
=
𝑟
𝑍 𝑚
+
𝑖𝑏
𝑍 𝑚
Donde
𝑍 𝑚 = 𝐼𝑚𝑝𝑒𝑑𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛
Sustituyendo datos
𝑍 𝑛 =
3.83 Ω
50 Ω
− 𝑗
33.065454 Ω
50 Ω
𝒁 𝒏 = 𝟎. 𝟎𝟕𝟔𝟔 − 𝒋𝟎. 𝟔𝟔𝟏𝟑
Ubicamos los valores de impedancias y reactancias
dentro de la carta de Smith.
Figura 47.
Determinamos el coeficiente de reflexión y fase de
la señal
Coeficiente de reflexión = 0.9
Fase = 247°
Calculando conductancia y susceptancia
𝑌 = 𝐺 + 𝑖𝐵

.
15
𝑌 = 0.9 cos 247 − jsen (247)
𝒀 = −𝟎. 𝟑𝟓𝟏𝟔 + 𝒋𝟎. 𝟖𝟐𝟖𝟒
pines digitales D5.
impedancia característica de Z = 50 Ohms y
trabajan a una frecuencia de 100 MHz.
𝑍 𝑅 = 7.05 Ω
𝑍 𝐶 =
1
𝑗2𝜋𝑓𝐶
=
1
𝑗2𝜋 100𝑥106 48.1333𝑥10−12 𝐹
𝑍 𝐶 = −𝑗33.065454 Ω
𝑍 𝐿 = 𝑗2𝜋𝑓𝐿 = 𝑗2𝜋 100𝑥106
( 793.3775𝑥10−12
)
𝑍 𝐿 = 𝑗0.498493 Ω
𝑍 = 7.05 Ω + 𝑗 0.498493 Ω − 33.065454 Ω
𝒁 = 𝟕. 𝟎𝟓 𝛀 − 𝒋𝟑𝟑. 𝟎𝟔𝟓𝟒𝟓𝟒 𝛀
Donde
manera.
𝑍 𝑛 =
𝑍
𝑍 𝑚
=
𝑟
𝑍 𝑚
+
𝑖𝑏
𝑍 𝑚
Donde
Sustituyendo datos
𝑍 𝑛 =
7.05 Ω
50 Ω
− 𝑗
33.065454 Ω
50 Ω
𝒁 𝒏 = 𝟎. 𝟏𝟒𝟏 − 𝒋𝟎. 𝟔𝟔𝟏𝟑
Figura 49.
la señal
Fase = 247°
𝑌 = 0.82 cos 247 − jsen (247)
𝒀 = −𝟎. 𝟑𝟐𝟎𝟒 + 𝒋𝟎. 𝟕𝟓𝟒𝟖
pines digitales D6.
impedancia característica de Z = 50 Ohms y
trabajan a una frecuencia de 100 MHz.
𝑍 𝑅 = 6.6 Ω
𝑍 𝐶 =
1
𝑗2𝜋𝑓𝐶
=
1
𝑗2𝜋 100𝑥106 48.1333𝑥10−12 𝐹
𝑍 𝐶 = −𝑗33.065454 Ω
𝑍 𝐿 = 𝑗2𝜋𝑓𝐿 = 𝑗2𝜋 100𝑥106
( 793.3775𝑥10−12
)

.
16
𝑍 𝐿 = 𝑗0.498493 Ω
𝑍 = 6.6 Ω + 𝑗 0.498493 Ω − 33.065454 Ω
𝒁 = 𝟔. 𝟔 𝛀 − 𝒋𝟑𝟑. 𝟎𝟔𝟓𝟒𝟓𝟒 𝛀
Donde
manera.
𝑍 𝑛 =
𝑍
𝑍 𝑚
=
𝑟
𝑍 𝑚
+
𝑖𝑏
𝑍 𝑚
Donde
Sustituyendo datos
𝑍 𝑛 =
6.6 Ω
50 Ω
− 𝑗
33.065454 Ω
50 Ω
𝒁 𝒏 = 𝟎. 𝟏𝟑𝟐 − 𝒋𝟎. 𝟔𝟔𝟏𝟑
Figura 50.
la señal
Fase = 247°
𝑌 = 0.86 cos 247 − jsen (247)
𝒀 = −𝟎. 𝟑𝟑𝟔 + 𝒋𝟎. 𝟕𝟗𝟏𝟔
pines digitales D7.
𝑍 𝑅 = 6.19 Ω
𝑍 𝐶 =
1
𝑗2𝜋𝑓𝐶
=
1
𝑗2𝜋 100𝑥106 48.1333𝑥10−12 𝐹
𝑍 𝐶 = −𝑗33.065454 Ω
𝑍 𝐿 = 𝑗2𝜋𝑓𝐿 = 𝑗2𝜋 100𝑥106
( 793.3775𝑥10−12
)
𝑍 𝐿 = 𝑗0.498493 Ω
𝑍 = 6.19 Ω + 𝑗 0.498493 Ω − 33.065454 Ω
𝒁 = 𝟔. 𝟏𝟗 𝛀 − 𝒋𝟑𝟑. 𝟎𝟔𝟓𝟒𝟓𝟒 𝛀
Donde
manera.
𝑍 𝑛 =
𝑍
𝑍 𝑚
=
𝑟
𝑍 𝑚
+
𝑖𝑏
𝑍 𝑚
Donde
Sustituyendo datos
𝑍 𝑛 =
6.19 Ω
50 Ω
− 𝑗
33.065454 Ω
50 Ω
𝒁 𝒏 = 𝟎. 𝟏𝟐𝟑𝟖 − 𝒋𝟎. 𝟔𝟔𝟏𝟑

.
17
Figura 51.
la señal
Fase = 247°
𝑌 = 0.87 cos 247 − jsen (247)
𝒀 = −𝟎. 𝟑𝟑𝟗𝟗 + 𝒋𝟎. 𝟖
pines digitales D8.
𝑍 𝑅 = 7.51 Ω
𝑍 𝐶 =
1
𝑗2𝜋𝑓𝐶
=
1
𝑗2𝜋 100𝑥106 48.1333𝑥10−12 𝐹
𝑍 𝐶 = −𝑗33.065454 Ω
𝑍 𝐿 = 𝑗2𝜋𝑓𝐿 = 𝑗2𝜋 100𝑥106
( 793.3775𝑥10−12
)
𝑍 𝐿 = 𝑗0.498493 Ω
𝑍 = 7.51 Ω + 𝑗 0.498493 Ω − 33.065454 Ω
𝒁 = 𝟕. 𝟓𝟏 𝛀 − 𝒋𝟑𝟑. 𝟎𝟔𝟓𝟒𝟓𝟒 𝛀
Donde
manera.
𝑍 𝑛 =
𝑍
𝑍 𝑚
=
𝑟
𝑍 𝑚
+
𝑖𝑏
𝑍 𝑚
Donde
Sustituyendo datos
𝑍 𝑛 =
7.51 Ω
50 Ω
− 𝑗
33.065454 Ω
50 Ω
𝒁 𝒏 = 𝟎. 𝟏𝟓𝟎𝟐 − 𝒋𝟎. 𝟔𝟔𝟏𝟑
Figura 52.
la señal
Fase = 247°

.
18
𝑌 = 0.83 cos 247 − jsen (247)
𝒀 = −𝟎. 𝟑𝟐𝟒𝟑 + 𝒋𝟎. 𝟕𝟔𝟒
pines digitales D9-D13.
𝑍 𝑅 = 4.23 Ω
𝑍 𝐶 =
1
𝑗2𝜋𝑓𝐶
=
1
𝑗2𝜋 100𝑥106 48.1333𝑥10−12 𝐹
𝑍 𝐶 = −𝑗33.065454 Ω
𝑍 𝐿 = 𝑗2𝜋𝑓𝐿 = 𝑗2𝜋 100𝑥106
( 793.3775𝑥10−12
)
𝑍 𝐿 = 𝑗0.498493 Ω
𝑍 = 4.23 Ω + 𝑗 0.498493 Ω − 33.065454 Ω
𝒁 = 𝟒. 𝟐𝟑 𝛀 − 𝒋𝟑𝟑. 𝟎𝟔𝟓𝟒𝟓𝟒 𝛀
Donde
manera.
𝑍 𝑛 =
𝑍
𝑍 𝑚
=
𝑟
𝑍 𝑚
+
𝑖𝑏
𝑍 𝑚
Donde
Sustituyendo datos
𝑍 𝑛 =
4.23 Ω
50 Ω
− 𝑗
33.065454 Ω
50 Ω
𝒁 𝒏 = 𝟎. 𝟎𝟖𝟒𝟔 − 𝒋𝟎. 𝟔𝟔𝟏𝟑
Figura 53.
la señal
Fase = 247°
𝑌 = 0.88 cos 247 − jsen (247)
𝒀 = −𝟎. 𝟑𝟒𝟑𝟖 + 𝒋𝟎. 𝟖𝟏
pines analógicos A0 - A5.
𝑍 𝑅 = 3.8 Ω
𝑍 𝐶 =
1
𝑗2𝜋𝑓𝐶
=
1
𝑗2𝜋 100𝑥106 48.1333𝑥10−12 𝐹
𝑍 𝐶 = −𝑗33.065454 Ω

.
19
𝑍 𝐿 = 𝑗2𝜋𝑓𝐿 = 𝑗2𝜋 100𝑥106
( 793.3775𝑥10−12
)
𝑍 𝐿 = 𝑗0.498493 Ω
𝑍 = 3.8 Ω + 𝑗 0.498493 Ω − 33.065454 Ω
𝒁 = 𝟑. 𝟖 𝛀 − 𝒋𝟑𝟑. 𝟎𝟔𝟓𝟒𝟓𝟒 𝛀
Donde
manera.
𝑍 𝑛 =
𝑍
𝑍 𝑚
=
𝑟
𝑍 𝑚
+
𝑖𝑏
𝑍 𝑚
Donde
Sustituyendo datos
𝑍 𝑛 =
3.8 Ω
50 Ω
− 𝑗
33.065454 Ω
50 Ω
𝒁 𝒏 = 𝟎. 𝟎𝟕𝟔 − 𝒋𝟎. 𝟔𝟔𝟏𝟑
Figura 54.
la señal
Fase = 247°
𝑌 = 0.91 cos 247 − jsen (247)
𝒀 = −𝟎. 𝟑𝟓𝟓𝟓 + 𝒋𝟎. 𝟖𝟑𝟕𝟔
5 CONCLUSION
Se calculo el ancho de las pistas para cada entrada
y salida del ATMEGA328P, como podremos haber
observado se obtuvo un ancho de pista muy pequeño, y
es ideal que al momento del diseño, las pistas sean tal
cual el ancho calculado, pero el problema es que es
extremadamente pequeño y sería difícil si no imposible
que una maquina lo realice, así que para fines prácticos,
se opto por asignarle el tamaño de pista T30 de Proteus,
de todos modos la longitud de cada pista es muy
pequeña, por lo tanto no se tendrán problemas con la
señal. Para el ensamblado de las placas, lo que se hizo
es separar la placas por medio de sockets, debido a que
no teníamos un material aislante con un grosor
considerable para poder separar el plano Vcc y GND, ya
que obviamente si estos dos entraban en contacto se
generaría un corto circuito, y con la superposición de
placas realizada, se evita este problema. (Marcos
Marcos Fernando)
La utilización del programa proteus fue de gran ayuda al
momento de diseñar nuestra placa de cuatro capas ya
que se puede modificar el ancho de las pistas
dependiendo del resultado obtenido en los cálculos, los
resultados obtenidos fueron comprobados con las
graficas 1, 2. El ancho de pista que se utilizo en el
programa es un poco más grande que el obtenido en los
cálculos, ya que se corre el riesgo de que se dañe la
pista por lo delgada que esta. Se trato de tener cuidado
al momento de diseñar las pistas para no tener pérdidas
de señal. Se tuvo mucho cuidado al momento de soldar
la placa, se trato de no colocar exceso de soldadura
entre los componentes ya que se corre el riesgo de
cortocircuito entre los componentes. (Betanzos Muños
Miguel Angel)
6 BIBLIOGRAFIA
http://www.utp.edu.co/~eduque/Introduccion/Impres
os%20manual.pdf

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