ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL Facultad de Ingeniería en Electricidad y Computación Laboratorio de Construcciones Electrónicas
Diseño de PCB utilizando Altium 17.1.5 Estudiantes: Adriana Cordero Calles Antony Camatón Lastra
Paralelo: 1
Fecha de Presentación: 20 de noviembre del 2017
Contenido INTRODUCCIÓN....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 3 INFORMACIÓN GENERAL ........................................................................................................................ ........................................................................................................................ 3 ÁREA DE TRABAJO ........................................................... .............................................................................................................................. ........................................................................ ..... 7 CAPTURAS ESQUEMÁTICAS Y PCB .......................................................................................................... .......................................................................................................... 8 CREACIÓN DE PROYECTO ............................................................................................. ........................................................................................................................ ........................... 9 ADICIÓN DE DOCUMENTOS AL PROYECTO .................................................................. ........................................................................................... ......................... 10 ESQUEMÁTICO ............................................................ ............................................................................................................................... ...................................................................... ... 10 PCB ................................................................... ......................................................................................................................................... ................................................................................. ........... 11 CREACIÓN DE ESQUEMÁTICO ...................................................................................... ............................................................................................................... ......................... 13 Creación de PCB ...................................................................................................................... .................................................................................................................................... .............. 18 REGLAS DE DISEÑO ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... 20 DISEÑO LÁGRIMA .............................................................................................. .................................................................................................................................. .................................... 25 CAPAS........................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ......................... 26 GENERACIÓN DE ARCHIVOS GERBER ................................................................ .................................................................................................... .................................... 27 BIBLIOGRAFÍA.................................................................................................... ........................................................................................................................................ .................................... 28
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INTRODUCCIÓN En este documento nos enfocaremos en la realización de una PCB de un circuito electrónico de un sumador inversor utilizando un Opamp con ayuda de un Software Altium Designer. Se mostrará paso a paso como se realizó el esquemático y el PCB. Además, se incluye información sobre ciertas funcionalidades y ventajas que nos brinda este Software para el diseño de placas.
INFORMACIÓN GENERAL Altium Designer proporciona la tecnología de diseño de PCB más avanzada del mercado en un entorno de diseño unificado. Permite sacar el máxi mo potencial y ahorrar tiempo gracias a sus potentes herramientas herramient as de automatización de procesos y de mejora de la productividad. Además, las intuitivas funcionalidades que Altium Designer incluye para el trabajo colaborativo permite a todos los componentes del equipo compartir ideas y diseños, asegurándose así trabajar en la última versión del PCB en desarrollo. Altium Designer integra:
Entorno de diseño unificado
Rutado interactivo
Herramientas automáticas de diseño para alta velocidad
Editor integrado de PCB 3D y soporte Rígido-Flexible
Cómoda colaboración ECAD/MCAD
Fácil creación y control de versiones
Fácil reutilización de diseños, componentes y ajustes
Creación y actualización automática de la documentación del pro yecto
Extensa biblioteca editable que permite trabajar desde un entorno unificado y centralizado.
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Reglas de diseño totalmente configurables
Enlaces en tiempo real con información de d e los proveedores pr oveedores (precio, disponibilidad,…) Todo ello, combinado con la capacidad de gestión de datos de diseño, hace de Alti um
Designer la solución completa para el desarrollo desar rollo de productos electrónicos - una solución que satisface las necesidades de de diseño actuales y futuras. Altium Designer incluye los editores y motores de s oftware necesarios para llevar a cabo todos los aspectos del proceso de desarrollo de productos electrónicos. Toda la edición de documentos, recopilación y procesamiento se realiz a en el entorno de Altium Designer. Altium Designer se integra perfectamente con otras herramientas de apoyo, como el place and route del fabricante de FPGA, o el software de simulación y síntesis HDL de otras compañías.
La base de Altium Designer es su plataforma de integración integración DXP (Design Explorer Integration Platform) que reúne los diferentes diferentes editores y motores de software de Altium Designer y proporciona una interfaz de usuario consistente a tr avés de todas las herramientas y editores. El conjunto exacto de caract erísticas y funcionalidad disponible dependerá de la licencia específica que se ha adquirido.
El entorno de Altium Designer es totalmente personalizable , lo que permite configurar el espacio de trabajo para adaptarlo a nuestra forma de trabajar. Una implementación coherente de los diferentes editores permite cambiar con facilidad y sin problemas entre las diferentes tareas de diseño en el entorno de Altium Designer.
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Plataforma de Integración DXP, Tecnología única de Altium Altium Designer está Designer está basado en la Plataforma de Integración DXP, DXP, tecnología única única de Altium. DXP proporciona una plataforma común para todas las capacidades de Altium Designer y editores de diseño. Esto asegura la consis tencia de interfaz a través tra vés de los diferentes editores y proporciona la centralización de documentos, proyectos y gestión de bibliotecas en todo el proceso de diseño. La integración a nivel de plataforma proporcionada por la tecnología DXP permite a todos los ingenieros que trabajan con Altium Designer colaborar sin problemas en el desarrollo de productos, independientemente de la opción de licencia que estén utili zando. Desde la definición del sistema, la captura de hardware, el diseño de PCB, PCB, FPGA, FPGA, el desarrollo del software embebido y hasta la edición final del archivo CAM, todos los ingenieros con Altium Designer Designer comparten comparten un entorno común, trabajan en proyectos proyectos comunes y acceden a editores y capacidades de diseño comunes con el fin de cooperar y hacer frente a todos los desafíos en el diseño de productos electrónicos.
Automatización del proceso de diseño Altium Designer proporciona soluciones para maximizar la productividad de tu proceso de diseño con potentes herramientas de rutado, flexibilidad en la reutilización de diseños y las mejores utilidades para la gestión del proyecto.
Diseña con facilidad esquemas y ruta las placas más complejas con distintas
opciones de rutado interactivo, autorrutado y con soporte para el diseño en alta velocidad .
Gana tiempo al iniciar un nuevo proyecto gracias a l as herramientas de
reutilización incluyendo partes usada anteriormente (esquemáticos, librerías de componentes).
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Mantén el control absoluto sobre el proceso de dis eño y comparte información
con el área de producción de manera clara y sencilla gracias a las potentes herramientas que incluye Altium Deisgner.
Ahorra tiempo en la creación de componentes gracias al extenso material para
el diseño incluido, destacando los más de 300.000 componentes listos para ser usados .
Colaboración con el resto del equipo/departamentos La colaboración y comunicación son elementos esenciales para un proceso de diseño exitoso. Altium Designer permite conectar el diseño de tu PCB con el resto del equipo mediante las herramientas de colaboración ECAD / MCAD, sistemas de gestión de librerías compartidas, y soporte para PCB rígidos-flexibles con el modo 3D integrado.
Asegúrate de que tu placa encaja en el espacio que los mecánicos le han
asignado desde el primer momento del diseño con la colaboración ECAD a MCAD, incluyendo visualización 3D y chequeo del cumplimiento de las tolerancias que le hemos asignado.
Trabaja siempre con la información más actualizada de los componentes
gracias a las opciones colaborativas de gestión de bibliotecas. Permite asignar ciclos de vida, obtener la última información de costes, disponibilidad y otros, tanto de nuestra propia empresa como directamente del fabricante, y permite gestionar permisos para la visualización y/o modificación de los datos contenidos en dicha biblioteca.
Mantente a la cabeza de las tendencias en el diseño de PCB con el mejor
soporte para diseños rígidos-flexibles.
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ÁREA DE TRABAJO
Barras de Menús Barras de Herramientas
Panel de Trabajo
Área de Diseño
Paneles de Trabajo
Área de Diseño: En esta sección de editarán los documentos (Esquemáticos, PCB, etc) que se usarán para el diseño electrónico a implementarse.
Barra de Menús: Esta barra cuenta con menús desplegables donde se encuentran varios comandos de función.
Barra de Herramientas: Aquí están ubicados ciertos comandos de función que se utiliz an con frecuencia durante el diseño electrónico agrupándose por categorías.
Panel de Trabajo: Muestra las tareas o archivos que corresponden al panel y son 6 (Compilador de Diseño, Ayuda, Instrumentos, Sistema, Esquema, PCB).
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CAPTURAS ESQUEMÁTICAS Y PCB
Figura 1. Esquemático de OPAMP Sumador Sumador Inversor utilizando Altium Designer 17.1.5
Figura 2. PCB de OPAMP OPAMP Sumador Inversor utilizando Altium Designer Designer 17.1.5
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CREACIÓN DE PROYECTO Para realizar nuestro diseño de PCB debemos crear un Proyecto debido a que manejaremos dos tipos de documentos (Esquemático y PCB). Un proyecto enlaza distintos tipos de documentos dado que los sincroniza asignándole un ID a cada uno. A continuación se mostrará cómo se crea un proyecto: 1. File New Project
2. Seleccionamos las opciones: Project Type Default.
PCB
Project y Project Templates
Además, se debe asignar un nombre al Proyecto y una ubicación donde lo
archivaremos.
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3. En el panel de trabajo obtendremos algo así:
ADICIÓN DE DOCUMENTOS AL PROYECTO ESQUEMÁTICO Para la creación del esquemático realizaremos los siguientes pasos: 1. Clic derecho en el nombre del Proyecto en el Panel de Trabajo Schematic
2. En el panel de trabajo obtendremos algo así:
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Add
New to Project
3. Guardaremos el documento creado de la siguiente manera: Clic der echo en archivo generado Save Ingresamos nombre del documento
Guardar.
Este paso es
importante puesto que antes de añadir los componentes que creemos al PCB, el esquemático debe estar guardado. 4. El área del trabajo tendrá el siguiente aspecto inicial:
PCB Para la creación del esquemático realizaremos los siguientes pasos: 1. Clic derecho en el nombre del Proyecto en el Panel de Trabajo PCB
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Add
New to Project
2. En el panel de trabajo obtendremos algo así:
3. Guardaremos el documento creado de la siguiente manera: Clic der echo en archivo generado Save Ingresamos nombre del documento 4. El área de trabajo tendrá el siguiente aspecto inicial:
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Guardar.
CREACIÓN DE ESQUEMÁTICO Para poder agregar los componentes a nuestro esquemático Altium brinda dos opciones:
Instalación de librerías descargables desde su página web oficial.
Creación de componentes mediantes la creación de una librerí a propia. Para nuestro tutorial utilizamos la primera opción. La página web donde podremos
descargarnos las librerías es la siguiente: http://techdocs.altium.com/display/ADOH/Download+Libraries Allí se encuentran varias librerías disponibles de fabricantes varios los cuales podemos elegir con cual trabajar. Sin embargo, Altium nos brinda brinda la siguiente opción para descargarlas todas:
Dicho archivo ZIP se descargará en la carpeta c arpeta de Descarga s bajo el nombre
Libraries, el siguiente paso es descomprimir dicha carpeta. A continuación detallaremos el proceso para agregar dichas librerías a Altium. 1. Activar el Panel Libraries que se encuentra en la parte derecha del panel de control y luego Clic en Libraries.
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2. Se abrirá el siguiente Cuadro de Diálogo. Luego Install
Install
from file:
3. Buscamos la carpeta donde descomprimos las librerías. Para instalarlas todas deberías seleccionar cada carpeta de fabricante. Sin embargo, nosotros optamos por descargar la del fabricante National Semiconductor, seleccionamos todos los componentes dentro y luego Abrir.
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4. Se volverá a abrir el siguiente Cuadro de Diálogo. Nos aseguramos de que los componentes que seleccionamos tengan un visto y damos clic en Close.
5. Ahora seleccionaremos la librería para empezar a ubicarlos en el área de trabajo del Schematic. Damos Clic en la flechita hacia ha cia abajo del panel Libraries y buscamos la librería NSC Amplifier donde se encuentra el OPAMP que utiliz aremos:
6. Digitamos el nombre del elemento, L741 y verificamos que tenga simulación y huella puesto que la huella la usaremos en la elaboración del PCB.
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7. Seleccionamos bajo Model Name el archivo que dice Simulation y lo arrastr amos al área de trabajo. Observaremos el componente.
8. Para agregar las resistencias debemos cambiar a la librería a Miscelanious Devices y las buscamos bajo el nombre de Resistor. Debemos Seleccionar una resistencia normal puesto que también hay Potenciómetros y arrastramos al área de trabajo. Utilizaremos 6 resistencias de 1K.
9. Por default, los elementos vienen en una determinada posición. Para girarlos damos doble clic sobre el elemento en el área á rea de trabajo y cambiamos la orientación: orienta ción:
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10. Por último agregaremos tres borneras: Alimentación, entrada del c ircuito y salida del circuito. Las borneras las encontramos encontramos bajo la librería Moscellaneous Connector Connector y nombre Header. Para la alimentación usaremos Header y salida se usarán Header de 2-Pin y la entrada del circuito Header 3-Pin.
11. Si queremos copiar elementos solo damos clic sobre ellos y CTRL + C y para pegarlos CTRL + V. Sin embargo, embargo, los elementos presentarán un error puesto que no tienen nombre o porque el nombre se repite. Lo solucionamos dando Doble clic sobre el elemento y dándole un nombre.
12. Empezamos a ubicar los elementos y para conectarlos utilizamos Place Wire de la Barra de Herramientas.
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13. También agregaremos GND y VCC que se encuentran en la barra de Herr amientas mostrada con anterioridad. 14. Revisar el Subtema: Capturas de esquemáticos y PCB la figura 1 de este documento para verificar como deber quedar el esquemático del sumador inversor.
Creación de PCB 1. Para comenzar con la creación del PCB debemos compilar el esquemático previamente realizado. Desing Update PCB Document
2. Se abrirá el siguiente Cuadro de Diálogo:
3. Verificamos que todos los elementos de encuentren ahí y damos clic en Validate Changes y verificamos que todos tengan t engan un visto verde. Luego, Execute Changes y Close. 4. Ahora en el documento PCB aparecerán nuestros componentes con sus respectivos Footprints pero fuera del área de trabajo:
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5. Seleccionamos todos los elementos y los arrastramos dentro del área de trabajo. 6. Ahora asignaremos Reglas de Diseño, la explicación de cómo acceder a ellas se encuentra en el subtema: Reglas de Diseño de este documento donde se explica la funcionalidad de cada una. 7. Las reglas que aplicaremos a nuestro diseño son de ruteo. Cambiaremos el Ancho de las vías y el diámetro de los l os pads. A continuación mostraremos los cuadros de diálogos que aparecen a los cuales se deben d eben darle clic en Aplicar para que se ejecuten los cambios en el PCB que creamos.
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REGLAS DE DISEÑO Las Reglas de Diseño son usadas para cumplir con requerimientos del diseño de la placa tal como el ancho de las pitas y el ruteo. En Altium Designer nos nos podemos crear reglas propias de diseño, no obstante, el programa programa ofrece 10 categorías existentes. Para visualizarlas Design Rules y se abrirá el siguiente cuadro de diálogo:
A continuación detallaremos dichas categorías y subcategorías:
1. Electrical (Eléctricas)
Clearance Constrait: Establece Constrait: Establece la distancia entre los trazos y objetos localizados en la capa de diseño del PCB.
Short Circuit: Es Circuit: Es la regla que establece corto circuitos entre los objetos localizados en las pistas de cobre.
Un Routed Nets: Nets : Define el net de cableado para que el programa no realice un ruteo en el Net Definido. Es útil para realizar un trazado manual en el Net donde no se ejecutó el Ruteo de Pistas.
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Un Connect Pin: Define Pin: Define los terminales de los componentes que no serán conectados a las pistas de interconexión inter conexión del PCB.
2. Routing
Whith: Asigna Whith: Asigna el ancho de las pistas de interconexión. Routing Topology: Establece Topology: Establece la Topología de Ruteo de los Componentes. Se pueden establecer 7 tipos de Topologías Topologías de Ruteo las cuales son:
Shortest
Horizontal
Vertical
Daisy-Simple
Daisy-MidDriven
Daisy-Balanced
Startburst
Rouiting Priority: Se Priority: Se asigna en esta regla re gla las prioridades de ruteo para el diseño de trazos del PCB.
Routing Layer: Es Layer: Es la regla donde se asigna las capas donde se realiza el ruteo de trazos de Pista.
Routing Corners: Esta Corners: Esta regla se asigna al estilo de esquina del trazo de pista, el cual puede ser a 45°, 90°, o realizar una curva redonda del trazo de Esquina y ajustar las respectivas medidas.
Routing Via Style: Style: Esta regla Define las dimensiones de la vía (Diámetro de perforación, Diámetro de vía).
Fan out Control: Es Control: Es la regla para realizar el ruteo de los footpruint de los componentes de montaje superficial. (BGA, Default, LCC, Small, SOIC).
Diff Pair Routing: Es Routing: Es la regla de la diferencia paralela del trazo de pista.
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3. SMT (Componentes de Montaje Superficial)
SMD to Corner: Esta Corner: Esta regla define la distancia mínima entre la conexión del pin del footprint del componente componente SMD a la primera esquina del trazo de pista.
SMD to Plane: Esta Plane: Esta regla define la longitud de conexión desde el pin del footprint del componentes SMD, al plano de conexión pad/via.
SMD Neck-Down: Esta Neck-Down: Esta regla establece el ancho de pista con el pin del footprint del componente expresado en una relación de porcentaje %.
4. Mask (Máscaras)
Solder – Mask Expansion: Expansion: Define la expansión para la máscara de soldadura. Paste Mask Expansion: Esta Expansion: Esta regla define la expansión adicional para la máscara de pegado.
5. Plane (Planos de Alimentación)
Power Plane connetc Style: Esta regla Define el estilo de conexión de una Terminal de conexión a un Plano de Energía. Las opciones que ofrece la re gla son: Relief Connect (Conexión Térmica), Direct Connets (Directa), o Not Connect (sin conexión)
Plane Clearance: Esta Clearance: Esta regla establece la distancia radial no conductora realizada alrededor de vías, pads en los planos de alimentación.
Polygon Connect Style: Style: Esta regla es similar si milar a la de conexión de plano de energía con la variante que el plano de conexión es un plano de polígono .
6. Testpoint (Puntos de Prueba)
Tespoint Style: Style: Es la regla para el diseño de estilo del punto de prueba Testpoint.
Testpoint Usage: Usage: Esta regla establece testpoint en nets que se especifiquen en esta regla.
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7. Manufacturing (Fabricación)
Minimum Angular Ring: Ring: Esta regla define el ancho del anillo expresado como la diferencia entre el área á rea de perforación y el área del pad o via.
Actue Angle: Esta Angle: Esta regla define el ángulo mínimo permitido en la esquina de los trazos de pistas.
Hole Size: Esta Size: Esta regla establece el tamaño mínimo y máximo para a perforación del pad o vía.
Layer Pairs: Pairs: Esta regla permite establecer el par de capas utilizado en diseños multicapa.
8. High Speed (Altas Frecuencias)
Parallel Segment: Esta Segment: Esta regla establece la distancia entre dos trazos de pista paralelos.
Length: Esta Length: Esta regla establece la longitud mínima y máxima del trazo de pista.
Matched Net Lengths: Esta Lengths: Esta regla es muy mu y importante porque se establecen los datos que el trazo de pista puede tener como Tolerancia, Estilo Amplitud Gap.
Daisy Chain Stub Length: Length: Esta regla define la máxima longitud de un trazo de pista establecido en una topología Daisy.
Vias Under SMD: SMD: Esta regla establece si se pueden colocar las vías debajo de los componentes SMD.
Maxim Via Count : Esta regla establece el número máximo de vías para un net o para toda el área de PCB.
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9. Placement (Colocación de Componentes) Componentes)
Room Definitions: Esta Definitions: Esta regla es para definir los Rooms creados por el diseñador.
Comopnent Cleance: Cleance : Esta regla define la distancia que debe haber entre componentes.
Component Orientation: Orientation : Esta regla define el ángulo de orientación para la colocación de los componentes.
Permited Layer : Esta regla Específica las capas donde estarán ubicados los componentes. Un ejemplo de uso de esta regla es colocar los encapsulados de los componentes en la capa superior y los componentes analógicos en la capa inferior.
Nets to ignore: ignore: Esta regla asigna que nets son ignorados en el proceso de ruteo automático. Es útil seta regla en áreas donde se desea realizar el ruteo manualmente.
Heigt : Esta regla es para especificar la altura de los componentes sobre el PCB.
10. Signal Integrity Integrity (Integridad de la Señal) Señal) Al conocer la descripción de las categorías la edición de las reglas de diseño se puede realizar a través de cuatro opciones que ofrece el programa:
Editor de Restricciones y reglas de PCB
Reglas usando el panel PCB
Directivas PCB
Asistente de Diseño de Reglas
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DISEÑO LÁGRIMA Este diseño ayuda a suavizar las interconexiones entre los trazos de pista y los pads o vías. Mejora la distribución de energía y reduce la impedancia característica del PCB. A continuación detallaremos como aplicamos este diseño en nuestro PCB. 1. Tools Teardrops
2. Seleccionamos las siguientes opciones:
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CAPAS El diseño del PCB se realiza con una serie de capas para su fabricación. En Altium Designer podemos ver todas las capas en la parte inferior del área de trabajo:
Mediante estas pestañas podemos activar la capa donde deseamos realizar trazos de pistas o colocar los componentes según el diseño. Si deseamos cambiar algo de dichas capas tal como el color, su activación, funciones o agregar nuevas capas utilizamos su administrador mediante Desing Board Layers & Color y se abrirá el siguiente s iguiente cuadro de diálogo:
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GENERACIÓN DE ARCHIVOS GERBER Se debe generar este tipo de archivos puesto que contiene información sobre lo que deseamos que se imprima en cada capa del circuito. cir cuito. Por tal motivo, si existen elementos que no han sido ubicados en una capa se deberá seleccionar durante el proceso. Se deben seguir los pasos que mostraremos posteriormente para generarlos. 1. File Fabrication Ouputs
Gerber
Files
2. Se abrirá el siguiente cuadro de diálogo. Deberá estar marcadas marcadas las opciones siguientes:
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BIBLIOGRAFÍA
Karime Marrufo Talavera. Septiembre 2017. Diseñp electrónico con Altium Designer. URL: https://es.scribd.com/doc/238463912/Diseno-Electron https://es.scribd.com/doc/238463912/Diseno-Electronico-Conico-ConAltium-Designer-D1 Capel Captura Electrónica. Altium Designer. URL: http://www.captura-el.com/79lineas/altium/71-altium-designer Microensamble. Colombia. Generación de Archivos Gerber y de perforación para fabricación de circuitos impresos de doble capa en Altium Designer. URL: https://es.scribd.com/document/170864182/1-Altium-Gerber
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