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Electrónica Embebida Aplicada

by Jerry Twomey

September 2024

Intermediate to advanced

598 pages

17h 11m

Spanish

O'Reilly Media, Inc.

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Por qué escribí este libroA quién va dirigido este libroMétodos de diseño en evolución: Un enfoque diferenteCómo está organizado este libroConvenciones utilizadas en este libroAprendizaje en línea O'ReillyCómo contactar con nosotrosAgradecimientos
Electrónica básicaSimplificaciones ideales del mundo académicoInterconexionesComponentes básicosCondensadoresResistenciasInductoresFuentes de tensión y pilasFuentes actualesInterruptores y relésAmplificadores operacionalesComparadores de tensiónDispositivos digitales no idealesIntegridad de la señalResumen y conclusionesOtras lecturas
Ideas preliminaresSimular o construirComponentes pasantes/con cabeza (Obsoletos)Lógica de puertas discretas (Obsoleto)Estrategias de diseño modernoDiseño mayoritariamente digitalMétodos DSP: Versatilidad y LímitesMétodos de control digital: DCU, MCU, MPU, FPGA, CPLD y ASICTerminología en las especificaciones de la MCU y la MPUControladores de hardwareControladores de softwareOrdenadores frente a controladoresRaspberry Pi (MPU) frente a Arduino (MCU)MCU polivalentes y especialesMétodos de chipsetOpciones de arquitectura del sistemaDeterminar periféricos e interconexionesEvita los cuellos de botella de la comunicación serieUtiliza el Acceso Directo a Memoria para la Transferencia de DatosDeterminar los métodos DSPComprueba si hay cuellos de botella en el DSPMejorar la velocidad del DSPDeterminar las características internas de la DCUConsideraciones sobre el embalaje físicoFunciones y soporte fuera del chipReunirlo todoElegir una configuración de DCU y tu MCU/MPUNicho especializado Función o característicaSistemas Multi-MCUSistemas MCU de uso generalElegir una MCU específicaResumen y conclusionesOtras lecturas
Señales digitales, consideraciones físicas y conexionesLimitaciones de las señales digitales referenciadas a tierraSeñalización diferencial de baja tensiónOrganizar las interconexiones para conseguir velocidad e integridad de la señalRedes agrupadas frente a redes distribuidasDistribución de relojesComunicación digital: Puertos Paralelo y SerieMétodos de reloj para puertos serieSincronización del perímetro inicialReloj paraleloCódigo Manchester autobloqueoReloj integrado y códigos de longitud de ejecución limitadaComunicación digital: Características y definicionesDatos serie: Tierra compartida, baja velocidadTransmisor Receptor Asíncrono UniversalCircuito Integrado y Bus de Gestión del SistemaInterfaz periférica serieInterfaces de un solo cableDatos serie: Tierra compartida, alta velocidadDatos entre placas o entre sistemas: Métodos cableadosRS-232: Datos serie por cableRS-485: Datos serie diferenciales por cableRed de área de controladorDatos en serie para sistemas informáticosBus serie universalAccesorio de Tecnología Avanzada en SerieInterconexión de Componentes Periféricos ExpressEthernetInterfaces serie inalámbricasWiFiBluetoothBluetooth de baja energíaZigBeeZ-WaveTopología de red adaptativaOtros métodos de comunicación de datosInfrarrojosDatos de Fibra Óptica: Ve rápido, ve lejosJTAG: Acceso a la placa de circuito impreso para pruebas y configuraciónResumen y conclusionesOtras lecturas
Corriente alterna monofásicaSeguridad de la alimentación de CA: Definición del problemaPartición de alta y baja tensiónMétodos de Fallo Seguro y Escenarios de Fallo Único SeguroMétodos de protección contra sobreintensidades y el eslabón más débilConversión CA/CCEl enfoque clásico: transformadores de 60 HzConmutadores fuera de líneaSistemas Multi-PCB: La Necesidad de Regulación Local de la PotenciaConversión CC/CC: Lineal frente a conmutadaReguladores lineales: ConceptualReguladores seguidores de emisor frente a LDOConvertidor reductor conmutado (Buck)Convertidor elevador (Boost) conmutadoConvertidor Buck-Boost conmutadoElegir reguladores y configurar un sistema eléctricoIncluidos los monitores de la fuente de alimentaciónDerivación de potencia, desacoplamiento y filtradoReducción del ruido radiado: Snubbers RC, Ferritas y FiltrosReducción del ruido de salida de potencia: Redes LPF amortiguadas y reguladores en cascadaSobretensiones de corriente en la red eléctrica debidas a la lógica digitalPlanos de Potencia y Tierra de Baja ImpedanciaFiltrado de derivación de la fuente de alimentación: Estabilización DistribuidaCondensadores de derivación a altas frecuenciasValor y distribución del condensador de derivación de potenciaResumen y conclusionesOtras lecturas
Conceptos básicos sobre pilas: DefinicionesPautas de decisión para pilas recargables o de un solo usoDefinir los requisitos de potenciaDescarga de la batería en función del rango de tensión funcionalTipos de pilas según su composición químicaComportamiento de descarga de las pilasDiseñar un juego de pilas: Celdas de un solo uso y celdas múltiplesDiseño de una batería recargable personalizadaCarga de las pilasPilas inteligentesNormativa y seguridad de las pilasOtros métodos de almacenamiento y acceso a la energíaSupercondensadoresPilas de combustible de hidrógenoPilas de flujoPotencia inalámbricaPilas de estado sólidoResumen y conclusionesOtras lecturas
Ideas preliminaresRuido intrínsecoEstrategia general frente al EMINormativa y requisitosVisualizaciones del Acoplamiento del RuidoAnálisis de la IEM en el dominio de la frecuenciaToma de tierraReducir las emisiones conducidas a la red eléctrica de CAEstrategias de interconexión de cablesReducir la generación de ruido en la fuenteRelojes más lentos y transiciones más suavesLVDS para datos digitales para reducir la EMIRelojes de espectro ensanchado para reducir la EMIReducción de EMI en fuentes de alimentación conmutadasAntenas EMI involuntariasSupresión de EMI en motoresReducir el acoplamiento de ruido entre los dispositivos de a bordoIdentificar a los que hablan mucho y a los que escuchan con sensibilidadPlanificación de la placa de circuito impreso en función del ruidoMétodos de Jaula de Faraday para Contener o Proteger de la IEMCómo hacer que los circuitos sean menos sensibles al ruidoNodos de alta impedancia sensibles al ruidoInmunidad al ruido de las señales diferencialesInmunidad al ruido mediante la limitación del ancho de bandaSuprimir el ruido dentro y fuera del sistema: Técnicas de jaula de FaradayProtección contra descargas electrostáticasResumen y conclusionesOtras lecturas
Aspectos básicos del rendimiento del DACFuncionamiento básico del ADCFiltros antialiasing para entradas ADCDAC de modulación de anchura de impulsosGeneración de formas de onda arbitrarias mediante síntesis digital directaResumen y conclusionesOtras lecturas
Circuitos conductores conmutadosConmutación de alta y baja frecuenciaAislamiento de cargas de alta potenciaEstrategias de señales de accionamientoSelección del transistor de potenciaRendimiento térmico del transistor de potenciaAccionamiento de LEDs y ZumbadoresSelección de pantallas estáticasSalida de vídeo en streamingAccionamiento de cargas inductivasCorriente transitoria en un inductor conmutadoAccionamiento de solenoides y relésCircuitos de accionamiento de puente HAccionamiento de motores de corriente continuaSelección del motorCircuito conductor de motor de corriente continua con escobillasMotores de CC sin escobillas: Monofásicos y TrifásicosMotores con electrónica de control integradaMotores paso a pasoMotores de bobina móvilCorrientes de pérdida y protección contra la autodestrucciónSalidas de audioResumen y conclusionesOtras lecturas
Sensores para todoTipos de salida del sensorCaptura y calibración de datos del sensorMétodo de captura de datosCalibración del sensorTiempo de respuesta del sensorDispositivos de Dos Estados: Conmutadores, Interruptores Ópticos y Sensores HallEncóderes de posición y rotaciónSensores Analógico-Lineales: Una mirada más cercanaCaracterísticas de los sensores analógicosProcesado de señales para sensores analógicosCalibración del sensorMétodos de detección de corrienteDetección de tensiónAplicaciones específicas de los sensoresSensores de presiónSensores de temperaturaGalgas extensométricasSonido y micrófonosSensores de imagen y videocámarasPaneles táctilesResumen y conclusionesOtras lecturas

Visión general del control secuencial y realimentadoMétodos de circuitos digitales frente a analógicosDefiniciones y conceptos preliminaresFunciones de transferencia, diagramas de bloques y realimentación básicaTerminología de la respuesta transitoriaSelección del rendimiento DUCControl de secuenciaTemas selectos en sistemas de control analógicosSistemas lineales y aproximacionesDiagramas de Bode para bucles de control establesDiagramas de Bode para la ganancia y la respuesta de faseDiagramas de Bode para la ganancia y la fase de un bucle de controlDiagramas de Bode para la respuesta integral y derivadaDiagramas de Bode de retardos fijosTransición al control digitalDeterminar la estabilidad del DUCRequisitos de rendimiento del DACPrecisión de las matemáticas de controlRequisitos de rendimiento del ADCDeterminación de la frecuencia de muestreo del ADCSelección final de ADC y DACEstrategia de doble reloj para mejorar el margen de faseIntegración Trapezoidal DigitalIntegración digital: Limitar el windup y evitar la saturaciónDerivada digital por muestras adyacentesRetardos aditivos en el DSPImplementación del control PIDVariantes de respuesta: P, I, PI y PIDEfectos típicos de los ajustes de gananciaAjuste Ziegler NicholsAfinación Chien-Hrones-ReswickVarianza de componentes y ajuste de controlMétodos de control adaptativoMétodos de control de trayectoriaResumen y conclusionesOtras lecturas
Terminología PCBHerramientas de diseño de PCB (EDA)Cómo empezarSelección de componentesSelección de componentes RLCElegir conectores para cables externosSelección de paquetes de CIComprobación del final de la vida útil de los componentes y de la disponibilidad de grandes cantidadesIncluidos los puertos de acceso e interfaz de pruebaEsquemasFichas esquemáticas y organización generalOrganización de símbolos para circuitos integradosMarcadores de posición y componentes "No rellenarHaz comentarios generososEvita la ambigüedadSeñala los elementos que requieren atención especialLista de materialesDefinición de las capas física, de control y de datosDefinir una huella de componenteDefinición mecánica de una placa de circuito impresoMedidas métricas frente a imperialesMontaje de placas de circuito impresoToma de tierra eléctrica a través de soportes mecánicosDistancia entre taladros y retencionesCables al circuito impresoReferencias de alineación de placas de circuito impresoRevestimiento ConformeBanco de pruebas con lecho de clavosDefinición del apilamiento de capas de la placa de circuito impresoCapacitancia entre planosReglas de diseño físicoReglas de separación de alta tensiónEstrategia de colocación de componentesMétodos generales de interconexiónEstimaciones Sencillas de los Parásitos RLCCorrientes de trazado máximasDeterminar los requisitos mínimos de trazado geométricoVías y microvíasVías de conducción térmicaMétodos de interconexión especializadosEnrutamiento de la señal diferencialLíneas de transmisión microstripLíneas de transmisión StriplineMicrostrips y Striplines diferencialesConexiones KelvinEstrategias EMI y ESDPlano de tierra sólido para menos EMICapa de señal inundada para menos EMIInterconexión ESDMétodos de derivación de potencia de alta frecuenciaCaracterísticas para la fabricación y el montajeCobertura de cobre uniformeMétodos de panelización y separaciónNotas de fabricaciónArchivos de fabricación (Gerber)Resumen y conclusionesOtras lecturas
Lenguajes de programaciónSistemas operativosElegir un RTOSConsideraciones adicionales sobre el RTOSConfigurar puertos y procesadoresControladores de dispositivosPortabilidad problemáticaComunicación periféricaIniciar la comunicación periféricaFunciones del controlador del dispositivoModularidad/Jerarquía para el código DDProbando el DDMétodos de codificación defensivosPreprocesar Entradas de Datos (Datos no válidos)Preprocesa las Entradas de Datos (Restricciones de Ancho de Banda)Preprocesar Datos (Entrada Humana)Reinicialización en segundo planoTemporizadores de vigilanciaCodificación MulticontroladorSugerencias para un código bien organizadoResumen y conclusionesOtras lecturas
Electrónica diferente para prioridades diferentesPrioridades de diseñoCoste del productoCalidad y fiabilidadConsumo de energíaSeguridadCompatibilidad con versiones anterioresRobustez y abuso del usuarioCapacidad de reparaciónNavegar por el laberinto normativoAnálisis de riesgosElectrónica de aviación (aviónica)Prioridades de diseñoNecesidades especialesNormativa, certificaciones y homologacionesSatélites y naves espaciales (Astriónica)RadiaciónExtremos térmicosVibración, Choque y AceleraciónEntornos de vacíoSelección de componentes y piezas aprobadas por la NASAMateriales y disposición de las placas de circuito impresoVida limitada de la nave espacialNormativa, certificaciones y homologacionesElectrónica militarPrioridades de diseño y requisitos únicosNormativa, certificaciones y homologacionesProductos sanitariosNormativa, certificaciones y homologacionesFuncionalidad limpia en todas las pruebas de CEMNecesidades especialesRequisitos reglamentarios para el software y el firmwareAutomóvilUnidades de control electrónico típicasPrioridades de diseño y necesidades especialesNormativa, certificaciones y homologacionesElectrónica de consumoPrioridades de diseñoGrupos de interés especial, coaliciones tecnológicas y normas técnicasNormativa, certificaciones y homologacionesRestricción de sustancias peligrosasRegistro, Evaluación, Autorización y Restricción de Sustancias y Preparados Químicos (REACH)Automatización industrialResumen y conclusionesOtras lecturas
Crea productos que resuelvan problemas o satisfagan una necesidadIdentificar el mercado objetivoIdentifica lo que quiere el clienteExaminar los productos de la competenciaDefinir la Propuesta de ValorDeterminar precios viablesDetermina una Ventana de Mercado OportunaEstablecer coaliciones y socios estratégicosCentrarse en la facilidad de usoDeterminar los recursos necesariosConseguir el consenso sobre la especificación del diseñoDiseño Minimalista y Feature CreepIdentifica pronto los obstáculosObtén opiniones de los usuarios sobre las construcciones de prototiposFacilita la fabricaciónResumen y conclusionesOtras lecturas

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Prefacio

Este trabajo se ha traducido utilizando IA. Agradecemos tus opiniones y comentarios: translation-feedback@oreilly.com

Por qué escribí este libro

Mientras que la mayoría de los libros de texto académicos cubren la teoría ideal de la electrónica, el enfoque aquí se centra en los métodos de diseño que funcionan en el desafiante entorno de los dispositivos del mundo real.

Los temas fueron motivados por mis experiencias solucionando problemas de dispositivos poco fiables y problemáticos para muchos clientes. El libro surgió de mis revisiones de componentes electrónicos deficientes y de mis sesiones de coaching con diseñadores sobre cuestiones importantes que deben abordarse para desarrollar productos fiables. Muchos incidentes de este tipo me motivaron a publicar una serie de artículos en revistas especializadas sobre temas relacionados, y la necesidad de este libro se hizo evidente.

A quién va dirigido este libro

Este libro es una referencia para ingenieros, científicos y otros diseñadores que quieran crear un sistema electrónico. El término electrónica embebida aplicada abarca una amplia gama de dispositivos que incluye controladores embebidos, teléfonos móviles, instrumentos médicos, ordenadores y tabletas, toda la electrónica de consumo, robots industriales, sistemas de automatización e innumerables otros. Todos los dispositivos electrónicos que utilizan métodos de control digital también entran dentro de este amplio epígrafe.

Los temas que aquí se tratan son comunes ...