Automatizacion de Stackups y Reglas de Diseño de Layouts en PCB utilizando Inteligencia Artificial.

Introducción

En la industria del diseño de circuitos electrónicos, el proceso de creación de stackups y el diseño de layouts para PCB es crucial, pero también puede ser altamente demandante y propenso a errores cuando se realiza manualmente. Afortunadamente, con los avances en inteligencia artificial (IA), es posible automatizar parte de este flujo de trabajo, haciendo que el proceso sea más preciso y ágil.

Este artículo presenta una aplicación web que utiliza inteligencia artificial para facilitar el diseño de stackups y layouts de PCBs. La aplicación permite la interacción con documentos relacionados con el diseño de la tarjeta, analiza la información con modelos de IA avanzados, y genera documentos útiles para ingenieros electrónicos en un formato adecuado. A continuación, se detallan las características principales del frontend y backend de la aplicación.

Frontend: Interfaz amigable para el usuario

El frontend de la aplicación está diseñado para ser intuitivo y fácil de usar, con varias funcionalidades que permiten cargar documentos y generar resultados sin complicaciones:

Funcionalidades del Frontend:

• 1. Subida de PDF del esquemático de la tarjeta electrónica: El usuario puede cargar el archivo PDF correspondiente al esquemático de la tarjeta electrónica. Este documento es vital para entender las conexiones y componentes de la PCB.
• 2. Cargar una carpeta con guías de layout en PCB: El usuario puede cargar una carpeta que contenga diferentes PDFs de guías de diseño o "guidelines" para el layout de la PCB, los cuales serán utilizados por la IA para generar el stackup o las guías de diseño.
• 3. Cargar la BOM (Bill of Materials): Es posible cargar la BOM del circuito electrónico, que contiene una lista de los componentes que serán utilizados en la tarjeta, con información esencial para la generación del diseño de la PCB.
• 4. Generación del Stackup: Una vez que el usuario haya cargado el esquemático, las guías de diseño y la BOM, puede hacer clic en un botón llamado “Generar Stackup”, que enviará los datos al backend para procesar y generar el stackup de la tarjeta.
• 5. Guía de Diseño de Layout: Además de generar un stackup, el usuario puede solicitar una guía de diseño de layout de la tarjeta, basada en los mismos documentos cargados.
• 6. Indicador de Espera: Mientras la aplicación espera la respuesta del backend, se mostrará un ícono de “waiting” para indicar al usuario que el sistema está procesando los datos
• 7. Recepción de PDF generado: Finalmente, el backend responderá con un PDF, ya sea el documento de stackup o la guía de diseño de layout, según la opción seleccionada por el usuario.

Backend: Procesamiento con inteligencia artificial

El backend es el núcleo de la aplicación, donde se llevan a cabo los análisis y transformaciones de los datos utilizando inteligencia artificial. Los siguientes son los pasos que sigue el backend, dependiendo de la solicitud del usuario.

Funcionalidades del Backend:

1. Generación de Stackup:

Cuando el usuario solicita un stackup, el backend ejecuta las siguientes acciones:

• 1. Conversión del esquemático en PDF a imágenes: El backend convierte cada página del PDF del esquemático en una imagen .jpg, lo que facilita la interpretación visual del circuito por parte de la IA.
• 2. Análisis del esquemático con OpenAI Vision: Cada imagen del esquemático se envía a un sistema de visión de OpenAI, el cual devuelve un JSON con la información relevante, incluyendo: Nombre del componente, Nombres de los pines, Conexiones entre los pines y otros componentes, Descripción breve de cada circuito que se detecta en las imágenes.
• 3. Lectura de las guías de diseño: Se extraen todos los datos de los PDFs de las guías de layout cargados, y se almacenan en una variable para ser utilizados en el proceso de generación del stackup.
• 4. Análisis de la BOM y extracción de datasheets: Se recorre cada componente de la BOM, extrayendo el nombre del componente y su correspondiente PDF (datasheet). Los datos extraídos de los datasheets se almacenan en un array de componentes.
• 5. Generación del Stackup con un LLM: Todos los datos obtenidos (información del esquemático, guías de diseño y BOM) se envían a un modelo de Large Language Model (LLM) de OpenAI, con un prompt que solicita la creación de un stackup de la PCB. La IA genera el stackup basándose en las conexiones, componentes y las guías proporcionadas.

2. Generación de Guía de Diseño de Layout:

Si el usuario solicita la generación de una guía de diseño de layout, el backend sigue un proceso similar, pero con un enfoque en el layout de la tarjeta:

• 1. Lectura de las guías de diseño: Se lee el contenido de todos los PDFs de guías de layout proporcionados.
• 2. Análisis de la BOM y datasheets: Se procesa la BOM, y se extraen los datos de los componentes de sus respectivos datasheets.
• 3. Generación de la Guía de Diseño con un LLM: Toda la información se envía al modelo de IA de OpenAI, con un prompt diseñado para generar una guía de diseño de layout para la PCB. La guía generada contendrá recomendaciones y mejores prácticas para la disposición de componentes y rutas en la tarjeta, basándose en los documentos proporcionados.

Conclusión

Este desarrollo demuestra cómo la inteligencia artificial puede ser utilizada para automatizar partes críticas del proceso de diseño de PCBs, como la generación de stackups y guías de layout. La aplicación web permite que ingenieros electrónicos ahorren tiempo y minimicen errores, al aprovechar tecnologías avanzadas de procesamiento de documentos y modelos de lenguaje.

Con la posibilidad de cargar esquemáticos, guías de diseño y la BOM, y de recibir documentos útiles generados automáticamente, esta herramienta se convierte en una solución poderosa para cualquier empresa o profesional involucrado en el diseño de circuitos impresos.

Proximos pasos

• 1. Realizar una demostracion de la aplicacion con varios casos de uso.
• 2. Consultar a expertos para mejorar el sistema.
• 3. Definir y realizar proyecto