Fase 5: Diseño Industrial y Hardware

📖 Teoría a Estudiar

El Compilador del Hardware (ERC Matrix)

En el diseño de PCBs, cada pin de un componente tiene una "Propiedad Eléctrica" definida en su librería. Por ejemplo, el pin VDD de tu STM32 está clasificado como Power Input (Entrada de Poder). El pin 3 del regulador AMS1117 está clasificado como Power Output (Salida de Poder). El pin de una bornera genérica (Block Terminal) está clasificado como Passive (Pasivo).

Cuando presionas el botón de "Electrical Rule Check" (ERC), KiCad revisa la malla de conexiones (Nets) y cruza las propiedades de los pines conectados usando una Matriz de Conflictos. Reglas básicas:

• Output + Output = Cortocircuito Lógico (Error Fatal).
• Power Input conectado solo a Passive = Error (El pin de poder no tiene quién lo alimente).
• Power Output + Power Output = Error (Dos fuentes compitiendo en el mismo cable).

El Mito del PWR_FLAG (Bandera de Poder)

El error de ERC más común que frustra a los novatos es: "Pin connected to some others pins but no pin to drive it" (Pin conectado a otros, pero ninguno lo alimenta). Esto ocurre típicamente en los conectores de entrada. Si conectas una bornera pasiva a la entrada de +24V, KiCad se quejará. ¿Por qué? Porque KiCad no sabe que tú conectarás una batería real a esa bornera; para KiCad, la bornera es un pedazo pasivo de metal. Para solucionar esto, debes colocar un símbolo especial llamado PWR_FLAG en el cable, diciéndole explícitamente a KiCad: "Confía en mí, aquí habrá una fuente de poder externa".

⚙️ Pasos Prácticos en KiCad

Paso 1: Ejecutar el Inspector ERC.

1. Abre tu Esquemático Maestro en KiCad.
2. En la barra superior, haz clic en el ícono de la Catarina con la marca de verificación (Electrical Rules Checker), o ve a Inspect -> Electrical Rules Checker.
3. Haz clic en "Run ERC". Te garantizo que la primera vez tendrás al menos 20 errores. No entres en pánico.

Paso 2: Solucionar Pines "Al Aire" (Unconnected Pins).
Todo pin de un microcontrolador que no vayas a usar DEBE tener una Cruz Azul (No Connect Flag - Tecla Q). Si dejas el pin PA15 flotando sin la cruz azul, KiCad te arrojará un error. Esto te obliga a justificar por qué un pin no está conectado, evitando olvidos fatales.

Paso 3: Domar las Banderas de Poder.
En tu hoja de la fuente de alimentación (01_PowerSupply.kicad_sch del Día 272):

1. Presiona la tecla P (Add Power Symbol).
2. Busca PWR_FLAG.
3. Conecta uno en el cable de la bornera de entrada +24V_IN y otro en el cable del pin de tierra GND de esa misma bornera. Esto satisface las reglas termodinámicas del compilador.

💻 CI/CD de Hardware (El Script Definitivo)

Recordando nuestro Día 266 (CI/CD Embebidos), en la industria profesional el ingeniero no es el único que corre el ERC. Usaremos KiCad CLI (Command Line Interface) integrado en GitHub Actions. Si un ingeniero del equipo hace git push de un esquemático con un error eléctrico (ej. cortocircuito), el servidor rechazará el código de hardware automáticamente.

# ==============================================================================
# ARCHIVO: .github/workflows/hardware_erc.yml
# ==============================================================================
name: Hardware ERC Check (KiCad 8)

on:
  push:
    paths:
      - 'hardware/**/*.kicad_sch' # Solo corre si modificaron el esquemático

jobs:
  erc-validation:
    runs-on: ubuntu-latest
    container:
      # Usamos un contenedor Docker oficial con KiCad pre-instalado
      image: kicad/kicad:8.0

    steps:
    - name: Checkout del Diseño de Hardware
      uses: actions/checkout@v3

    - name: Ejecutar Electrical Rule Check (ERC)
      run: |
        echo "Iniciando validación industrial del Esquemático..."
        
        # El comando kicad-cli escupe un reporte. Si hay errores, retorna un código de fallo.
        # --strict fuerza a que las Advertencias (Warnings) también sean tratadas como Errores.
        kicad-cli sch erc hardware/DespachadorGasLP/Mainboard.kicad_pro --strict --output report_erc.txt
        
        echo "Validación exitosa. Cero cortocircuitos detectados."

    - name: Subir Reporte en caso de Fallo
      if: failure()
      uses: actions/upload-artifact@v3
      with:
        name: ERC-Error-Report
        path: report_erc.txt
        

📝 Resumen del Día

• El ERC (Electrical Rule Check) es el equivalente al compilador/linter de software (como GCC o Cppcheck), pero aplicado a esquemáticos electrónicos. Previene errores lógicos de conexión antes de la fabricación.
• KiCad verifica las conexiones mediante una matriz basada en los Tipos de Pin (Input, Output, Power Input, Power Output, Passive, Tri-state).
• Conectar dos pines tipo Output o dos pines tipo Power Output juntos arroja un error severo, ya que en la vida real esto representaría componentes compitiendo por gobernar la misma pista, resultando en daños térmicos.
• El símbolo PWR_FLAG es una herramienta lógica exclusiva de KiCad. Actúa como un pin Power Output invisible. Se debe adjuntar a las redes de alimentación que provienen de componentes "pasivos" (como borneras de entrada o fusibles) para indicarle al ERC de dónde proviene la energía primaria.
• Pines no utilizados en microcontroladores (STM32) no deben dejarse simplemente "al aire". Deben marcarse explícitamente con la herramienta No Connect (X), documentando que la desconexión es intencional y no un olvido del diseñador.
• La moderna interfaz de línea de comandos de KiCad (kicad-cli) permite integrar la auditoría de hardware directamente en flujos de DevOps (GitHub Actions), automatizando la calidad del diseño físico.