¿Cómo se dibujaron los esquemas antes de CAD?

Estaba mirando el esquema de una vieja fuente de alimentación HP que compré. Se puede encontrar aquí , alrededor de las páginas 60-61.

Este esquema se dibujó mucho antes de que CAD fuera una herramienta utilizada por los ingenieros. Las cosas todavía se dibujaban a mano. Me preguntaba cómo tuvo lugar el dibujo de grandes esquemas. Hoy, estamos acostumbrados a nuestras sofisticadas herramientas EDA que tendrán muchas características agradables para hacer buenos esquemas. Alternativamente, los esquemas para la documentación a veces se dibujan en programas de gráficos vectoriales como Inkscape o Illustrator, porque pueden dar resultados más claros.

En nuestros paquetes CAD tenemos una buena anotación automática, nos genera un buen BoM si lo configuramos correctamente, y a menudo incluso nos permiten extraer listas de redes SPICE para la simulación, y una gran cantidad de otra información sobre diseño y reglas eléctricas. Si descubrimos que mover este componente aquí hace que nuestro esquema sea más claro, simplemente arrastramos y soltamos, ¡no es necesario volver a dibujar todo!

Los viejos esquemas que veo siempre tienen buenos símbolos consistentes, no lo que esperarías de los esquemas dibujados a mano. ¿Utilizaron plantillas para tener siempre el mismo símbolo de transistor, resistencia, condensador, etc.? ¿O esos símbolos se definieron en sus dimensiones y simplemente se dibujaron y midieron cada vez más? ¿Acaso tienen pequeños pedazos de papel con cada símbolo dibujado y luego los mueven para hacer el esquema sin tener que comenzar desde cero cada vez (estoy pensando en esos viejos papeles de escritorio de IKEA donde tienes poco recortes de sus escritorios y podría colocarlos para probar diseños en su oficina)?

Soy consciente de que esta es una pregunta abierta, pero tengo curiosidad por saber cómo eran las cosas antes de tener OrCAD, Virtuoso, KiCAD y Altium.

Fui entrenado en Tektronix para ser dibujante de electrónica. Tenían clases para eso. Es bastante similar al dibujo para la construcción. Tenías los lápices, sacapuntas, borradores y papel especializados, una mesa inclinada, un cuadrado en T, un triángulo, etc. Las mismas herramientas básicas del oficio para cualquier dibujante. Se agregaron algunas herramientas adicionales, como algunas plantillas agradables para componentes electrónicos y elementos de imagen descriptivos (como un tubo de osciloscopio - ver aquí para tener una idea de eso). Pero eso es todo.

La diferencia es que buscaron personas que tuvieran una comprensión innata de la electrónica y que "entendieran" la idea del flujo de electrones de abajo hacia arriba en la página, y el flujo de señal de izquierda a derecha. ¿Y quién podría tomar cualquier esquema aleatorio que vieron, derribarlo completamente al suelo y volver a dibujarlo desde cero para que obedeciera estas reglas y para que comunicara conceptos rápidamente a otros ingenieros electrónicos? Esto también significaba poder reconocer secciones que eran comunes a muchos esquemas (como espejos de corriente y referencias de voltaje, etapas de amplificador analógico, etc.)

Había pasado años creciendo, tratando de entender los circuitos que vi en las revistas Popular Electronics y Radio Electronics. Para hacer eso, ya había necesitado derribar todos esos diseños de circuitos porque estaban impresos para personas que querían conectarlos sin entenderlos. Así que incluyeron todos los detalles de cableado del bus de energía. Ninguno de los cuales realmente ayuda tanto a entender cómo funciona un circuito. Así que esto me ayudó en el papel de redacción electrónica.

¿Cómo calcularon las personas seno y coseno o logaritmos o incluso multiplicaron números grandes antes de que existieran las calculadoras? Usaron libros con mesas adentro, junto con la capacitación para usar esas mesas correctamente. O usaron reglas de cálculo.

La vida se hace. Las herramientas cambian. Pero la vida aún se hace.

---

Pensé agregar un breve resumen de algunos de los principios rectores para mejorar la comprensión de un circuito.

Una de las mejores maneras de tratar de comprender un circuito que al principio parece ser confuso es volver a dibujarlo. Hay algunas reglas que puede seguir que le ayudarán a aprender el proceso. Pero también hay algunas habilidades personales adicionales que también se desarrollan gradualmente con el tiempo.

Como se mencionó al principio, aprendí estas reglas por primera vez en 1980, tomando una clase de Tektronix que solo se ofrecía a sus empleados. Esta clase estaba destinada a enseñar redacción electrónica a personas que no eran ingenieros electrónicos, sino que recibirían capacitación suficiente para ayudar a redactar esquemas para sus manuales.

Lo bueno de las reglas es que no tienes que ser un experto para seguirlas. Y que si los sigues, incluso a ciegas, que los esquemas resultantes son realmente más fáciles de entender.

Las reglas son:

• Organice el esquema de manera que la corriente convencional parezca fluir desde la parte superior hacia la parte inferior de la hoja del esquema. Me gusta imaginar esto como una especie de cortina (si prefiere un concepto más estático) o cascada (si prefiere un concepto más dinámico) de cargas que se mueven desde el borde superior hacia el borde inferior. Este es un tipo de flujo de energía que no hace ningún trabajo útil por sí mismo, pero proporciona el entorno para realizar un trabajo útil.
• Organice el esquema de manera que las señales de interés fluyan del lado izquierdo del esquema al lado derecho. Las entradas generalmente estarán a la izquierda, las salidas generalmente estarán a la derecha.
• No "bus" poder alrededor. En resumen, si un cable de un componente va a tierra u otro riel de voltaje, no use un cable para conectarlo a otros cables de componentes que también van al mismo riel / tierra. En su lugar, simplemente muestre un nombre de nodo como "Vcc" y deténgase. La potencia del bus en un esquema está casi garantizada para que el esquema sea menos comprensible, no más. (Hay momentos en que los profesionales necesitan comunicar algo único sobre un bus de riel de voltaje a otros profesionales. Por lo tanto, hay excepciones a veces a esta regla. Pero cuando se trata de entender un esquema confuso, la situación no es ese y tal argumento "por profesionales, a profesionales" todavía falla aquí. Así que no lo hagas.) Esto toma un momento para comprenderlo completamente. Existe una fuerte tendencia a querer mostrar todos los cables que intervienen en la soldadura de un circuito. Resiste esa tendencia. La idea aquí es que los cables necesarios paraHacer un circuito puede ser una distracción. Y aunque pueden ser necesarios para que el circuito funcione, NO lo ayudan a comprender el circuito. De hecho, hacen exactamente lo contrario. Así que retire esos cables y solo muestre las conexiones a los rieles y deténgase.
• Intenta organizar el esquema en torno a la cohesión . Casi siempre es posible "separar" un esquema para que haya nudos de componentes que estén estrechamente conectados, uno al otro, separados luego por solo unos pocos cables que van a otros nudos . Si puede encontrarlos, enfatícelos aislando el nudosy enfocándonos en dibujar cada uno de una manera significativa, primero. Ni siquiera pienses en todo el esquema. Solo concéntrese en hacer que cada sección cohesiva "se vea bien" por sí misma. Luego agregue el cableado de repuesto o algunos componentes que separan estas "divisiones naturales" en el esquema. Esto a menudo tenderá a encontrar casi mágicamente funciones distintas que son más fáciles de entender, que luego se "comunican" entre sí a través de conexiones relativamente más fáciles de entender entre ellas.

---

Aquí hay un ejemplo de una etapa de amplificador CE menos legible. Es un poco más un diagrama de cableado que un esquema. Vea si puede reconocer que este es un amplificador CE de etapa BJT de arranque único relativamente estándar:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Aquí hay un ejemplo más legible del mismo circuito. Aquí, a pesar de ser un diseño de arranque (que se ve con un poco menos de frecuencia), puede reconocer la topología CE básica y comenzar a seleccionar mejor las similitudes y diferencias:

^{simular este circuito}

Tenga en cuenta que lo he eliminado de la fuente de alimentación y los cables del bus de tierra. En cambio, simplemente he notado que ciertos puntos finales están unidos a uno u otro del riel de suministro de energía (+) o tierra. Para alguien que está conectando esto, no es tan útil porque podrían perder una conexión que necesitan. Pero para alguien que intenta entender el circuito, esos detalles de conexión simplemente se interponen en el camino.

También tenga en cuenta que he organizado cuidadosamente el nuevo circuito para que la corriente convencional fluya desde la parte superior del esquema hacia abajo hacia la parte inferior. La idea general es imaginar esto como una especie de "cortina" de flujo de electrones (de abajo hacia arriba) o de cargas positivas de arriba hacia abajo (convencional). De cualquier manera, es como una fuerza de gravedad que hace que la cortina cuelgue de arriba Hacia abajo.

Fluyendo a través de esta cortina de corrientes de arriba a abajo, la señal pasa de izquierda a derecha. Esto también es muy útil para otros que intentan entender un circuito.

Combinados, estos detalles ayudan a orientar al lector.

$C_1$$C_2$$R_6$$C_1$$R_4$$C_2$$R_6$

El diseño original anterior (el confuso) dificultaría en gran medida la capacidad de concentrarse en el aspecto de arranque (que puede o no ser familiar). Pero al menos esto significa que hay mucho menos en lo que enfocarse y tratar de comprender , si no está familiarizado. (El primer esquema haría que todo esto fuera casi completamente imposible desde el principio).

Puede que este no sea el mejor ejemplo, pero al menos muestra algunas de las razones por las que ayuda a evitar cables que simplemente conectan la alimentación y por qué es importante organizar el esquema con un flujo específico de corriente convencional de arriba a abajo y que la señal fluya de izquierda a derecha.

Un mejor ejemplo (no proporcionado aún) incluiría un circuito más complejo (como el del LM380). Esto ayudaría a ilustrar los nudos de grupos de circuitos que se pueden organizar en secciones separadas (más estrechamente entrelazadas entre sí, pero comunicándose con otras secciones a través de un conjunto más escaso de cables que comunican señales.) Así que terminaré esto incluyendo un esquema LM380 bien dividido para ilustrar ese punto:

^{simular este circuito}

$\pi$

Trate de imaginar cómo habría sido leer esto si la fuente de alimentación y los rieles de conexión a tierra estuvieran conectados con cableado adicional y / o sin una disposición particular del flujo de corriente en la página.

En mi primer trabajo en 1975 en Bristol Aerospace (ahora Magellan) tuvimos una buena aviación y dibujantes calificados por la NASA, pero uno seguía haciendo dibujos en tamaño D y E para que las microfichas no crearan puntos falsos debido al desenfoque óptico, así que tuve que convencerlo de que use el tamaño máximo A, B y C condensando espacios de símbolos y reduciendo el tamaño de fuente. Porque a menudo tenía que trabajar con 20 páginas a la vez.

En mi próximo trabajo, nuestro dibujante era un ilustrador que podía convertir cualquier dibujo desordenado de alta densidad en una servilleta de papel en una hermosa obra de arte legible en horas, no días (como el diagrama de bloques de cada chip en una placa base). También terminó en mi cuarto trabajo y fue el mejor dibujante que tuvimos, al igual que lo que uno vería de Tektronix, HP e Hitachi.

Sí, usaron plantillas de símbolos.

A mediados de la década de 1970, cuando diseñamos un sistema con alrededor de 40 PCA, no teníamos herramientas de simulación ni talleres de PCB rápidos ni herramientas de diseño decentes. Así que lo dibujamos en una cuadrícula Mylar a escala 4x con lápices de colores para el ancho de pista del código G y lo enviamos a Toronto para digitalizaciones ópticas. Las planillas de verificación se enviaron de regreso en una semana para su aprobación y luego las juntas en dos semanas.

Eso fue 1976. Avance rápido 15 años después; Hice herramientas fotográficas en una imprenta litográfica del EE de diseño el mismo día y pizarras de dos lados listas al día siguiente. Para los tableros Getek y FPC de seis capas, obtuve tres presupuestos en una hora solo usando una tabla de números sin archivos Gerber y tuve prototipos de tableros (10) entregados en 48 horas a una semana, dependiendo de la urgencia $ xK.

Hice lo mismo con los escudos de latón estañado con líneas de puntos a medio grabado para escudos de radio de 1 GHz para prototipos y los hice localmente en dos días usando fototools entregados de dos lados. Luego, el panel tenía lengüetas separables dentro del borde y podía ensamblarse y soldarse al tablero en minutos usando herramientas de soldadura de alta potencia o una antorcha de micropropano para paredes con una tapa plegable extraíble (alrededor de mediados de la década de 1990).

Aquí hay un esquema simplificado de contador de 4.5 GHz y un diagrama de bloques del diario de HP para un instrumento que compramos en 1976 con una resolución de 1 Hz:

Cuando solicito especificaciones a los OP o usuarios, espero que aprendan a tener detalles como este y compartir los relevantes. Pero a menudo son ajenos a la necesidad de buenas especificaciones para hacer un buen diseño.

Avance rápido hasta 1985 con este analizador de espectro TEKTRONIX SA492. Esto puede ser solo el 1% de todo el esquema y se realizó de una manera fácil de entender y el manual se realizó de forma jerárquica como se hicieron los PADS dwg.

Este es uno de los mejores modelos a seguir para los esquemas electrónicos y para los diseñadores que eligen REFDES para facilitar la ubicación de la placa al esquema. El símbolo de tierra es importante aquí debido al diseño de protección a diferencia de los símbolos de triángulo que a menudo ignoran el ruido. Más tarde publicaré el enlace manual de 32 MB desde mi Dropbox. Los diseñadores experimentados de lógica de modo actual (ECL) reconocerán la latencia sub nano secundaria y la lógica de tiempo de subida aquí. Los usuarios de LDO deben tener en cuenta los filtros RLC necesarios en la entrada para aplicaciones de RF.

Además de las plantillas, había máquinas de dibujo ...

y el sistema de letras Leroy patentado en 1925.

Un aficionado también podría producir un buen PCB utilizando un puñado de paquetes delgados de la tienda local. No se necesita mesa de dibujo ni otros suministros caros.

Podrías comprar cinta que tuviera el ancho (escala) de las huellas, junto con pegatinas que lleven almohadillas y demás. Esto se coloca sobre una base de plástico transparente, y se usa directamente como una impresión de contacto para la exposición fotográfica de la pizarra (típica para el hogar), o se reduce primero a través de una cámara si tenía que trabajar a mayor escala.

La cinta se corta con un cuchillo exacto.

Plantillas de plástico para letras y símbolos, plumas de dibujo de tinta india, tablero de dibujo con regla. También había reglas flexibles para curvas, o "conjuntos de curvas", reglas de plástico con cualquier forma de curva imaginable. Todavía los guardo, junto con mi regla de cálculo para los cálculos. No los he usado en décadas, por supuesto.

Tanto las plantillas como los bolígrafos vienen en diferentes anchos de línea. Después de dibujar cada elemento, tendría que esperar a que la tinta se seque antes de mover la plantilla, de lo contrario, la tinta mancharía y arruinaría el trabajo de un día.

Las otras respuestas se centran en lo que sin duda fue la mejor práctica de la industria.

Pero ninguna discusión sobre los diagramas previos al CAD está completa sin referencia al Diagrama incorrecto de Horowitz y Hill (Art of Electronics, Cambridge University Press, 1980), y la guía que lo acompaña.

Se reproduce, con la aprobación del autor, en http://opencircuitdesign.com/xcircuit/goodschem/goodschem.html

No he visto ninguna edición del libro posterior a CAD, pero los diagramas siguen siendo un apéndice en la edición actual. https://artofelectronics.net/the-book/table-of-contents/