Primer encendido de una placa prototipo nueva, paso a paso

Llegan las placas. Conectas la fuente y no pasa nada, o algo se calienta, o el depurador dice “no target.” Ahora tienes una sola placa, ninguna de repuesto, y no sabes si la falla está en el diseño, en el ensamblaje o en el firmware.

Ese es el momento más caro de un prototipo. La cura es el orden. Una secuencia fija, ejecutada siempre, reduce la falla una capa en cada paso y evita que apliques energía a algo que ya estaba dañado.

Antes de energizar: mira y mide

Haz primero las revisiones que no necesitan energía. Cuestan minutos y son las únicas que no pueden dañar nada.

Míralo con aumento. Buscas pines en puente en componentes de paso fino, pasivos levantados (tombstone), una parte girada 90 o 180 grados y partes con polaridad (diodos, electrolíticos, LED, tantalios) colocadas al revés. Compara la placa con el dibujo de ensamblaje, no con lo que recuerdas del esquemático. Las marcas del pin uno en circuitos integrados y conectores son las víctimas habituales. Si mandaste ensamblar la placa con un ensamblador, aquí también aparece una parte equivocada o un footprint cambiado. Un error de layout que solo se nota en el ensamblaje suele ser visible en este paso.

Mide cada riel contra tierra con la placa sin energía. Un corto entre un riel de alimentación y tierra es la razón más común de una placa completamente muerta, y se encuentra con un multímetro. Anota la resistencia de cada riel. Una lectura muy baja en un riel con mucho desacoplamiento no es automáticamente una falla, porque el medidor está viendo cómo se cargan los capacitores, así que observa si el número se estabiliza y sube. Una lectura que se queda en un corto franco no lo hace.

Facilita esto desde el diseño. Pon un punto de prueba o un pad accesible en cada riel y en tierra, y pon un puente de cero ohms o una parte removible en serie con cualquier riel que quizá necesites aislar. Es el mismo razonamiento que decidir qué puntos de prueba y pads de programación necesita una placa, y rinde más en la primera placa que construyas.

Revisa las asignaciones de pines de los conectores contra el esquemático. Un conector de alimentación invertido, o un footprint en espejo en una cabecera de pines en ángulo recto, destruirá una placa en el instante en que se energice. Revisa también el cable que se acopla. Es la revisión más barata de la lista y la que la gente omite porque “se sabe” la asignación de pines.

Primer encendido: limita la corriente y observa

Usa una fuente de banco con el límite de corriente ajustado bajo: bastante por encima de lo que la placa debería consumir en reposo, pero muy por debajo de lo que cocinaría un corto. Sube el voltaje por pasos si la fuente lo permite, en lugar de saltar directo al nominal.

Después observa dos cosas: la corriente y tus dedos. Si la fuente entra directo al límite de corriente, detente. No subas el límite para ver qué pasa. Un corto que hunde la fuente a una fracción de volt mientras consume la corriente límite disipa calor en un solo lugar, y puedes encontrarlo. Una cámara térmica, o un toque cuidadoso con la yema del dedo en cada regulador y en cada circuito integrado grande con el límite todavía bajo, normalmente encuentra la parte. También sirve un aerosol congelante o una gota de alcohol isopropílico que se evapore primero sobre el punto caliente.

Si la corriente es razonable, no supongas que la placa está bien. Mide.

Primero los rieles, luego los relojes, luego el reset

Recorre el árbol de alimentación en el orden en que se energizan los chips, con un multímetro y luego con un osciloscopio en todo lo que debería estar quieto.

1. Cada riel en su pin, no en el regulador. Mide en la carga. Un riel que está bien en el regulador y mal en el circuito integrado apunta a una vía faltante, una mala unión de soldadura o una pista que nunca se conectó.
2. Secuenciación y líneas de habilitación. Si un regulador habilita a otro, o una salida de power-good controla un reset, confirma que esas señales cambien en el orden que exigen las hojas de datos. Muchas placas “muertas” están esperando un pin de habilitación que está flotando.
3. Rizado y arranque en el osciloscopio. Un regulador conmutado con el inductor o la capacitancia de salida equivocados puede arrancar, entrar en hiccup y reiniciarse. Un multímetro promedia eso y lo convierte en un voltaje de apariencia plausible. Un osciloscopio lo muestra.
4. Cada pin de alimentación del microcontrolador. Las hojas de datos y los diseños de referencia esperan que cada pin de alimentación esté conectado y desacoplado. Revisa la guía de diseño de hardware de tu familia de partes para saber el mínimo que necesita una placa: alimentación, reloj, reset, configuración de arranque y depuración. Las partes con reguladores internos también pueden necesitar un capacitor específico en un pin dedicado, así que revisa la lista de pines en lugar de suponerlo.
5. El reloj. Si la parte usa un cristal externo, mide en los pines del oscilador. Que no haya oscilación suele ser un problema de capacitores de carga, un footprint de cristal equivocado o un layout que puso un plano de tierra o una pista ruidosa debajo del cristal. Medir puede cargar tanto un cristal que lo detenga, así que usa una punta de alta impedancia y, si puedes, revisa un pin de salida de reloj o un GPIO que conmute.
6. La línea de reset. Confirma que el reset se libera y se mantiene en alto. Un pin de reset que se queda en bajo por un supervisor atascado, un pull-up faltante o un cable de depuración que pelea con el circuito de la placa se verá exactamente como un chip muerto.

Si una placa se reinicia sola después de haber funcionado, esa es otra búsqueda distinta, y la cubrimos en cómo encontrar por qué un dispositivo se reinicia en campo.

Levanta el enlace de depuración antes que nada

No escribas firmware de aplicación hasta que puedas hablar con el chip. El enlace de depuración es el instrumento del que depende todo lo demás.

En las partes Cortex-M, el conector pequeño estándar lleva una referencia de voltaje del target, SWDIO, SWCLK, SWO opcional, tierra y una línea de reset. La referencia del conector CoreSight de 10 pines de Arm enumera las señales; según esa descripción, la referencia de voltaje le indica a la sonda qué nivel de E/S usa el target, y la línea de reset tiene un pull-up en el target y se lleva a bajo para reiniciarlo. Las fallas comunes son prácticas:

• La sonda no ve voltaje en el target. El pin de referencia no está conectado a la alimentación de E/S de la placa, o la alimentación está apagada.
• Conector girado o en espejo. Una cabecera de 1.27 mm es fácil de colocar al revés. Verifica contra el cable de la sonda, no contra el dibujo de la hoja de datos.
• Reset conectado pero en pelea. Si el pin de reset tiene un capacitor grande o un supervisor que lo maneja, quizá la sonda no pueda llevarlo a bajo. Prueba conectar bajo reset, o prueba sin la línea de reset.
• Pines de depuración reasignados. Si una compilación anterior del firmware reconfiguró los pines de depuración como GPIO, un chip que antes conectaba ahora se negará. Mantén el reset en bajo o usa un método con pin de arranque para entrar, y luego borra.

Cuando el puerto de depuración está muerto en una placa de buen aspecto, revisa la configuración de arranque. Muchos chips deciden al reset si ejecutan la flash de usuario o un bootloader en ROM, según un pin de arranque o bytes de opción. Lee la documentación del bootloader de tu familia para saber qué interfaces seriales acepta. De ahí salen dos lecciones baratas: un pin de arranque flotante te da una placa que a veces arranca en el lugar equivocado, y una cabecera serial de repuesto conectada a la interfaz del bootloader es una vía de rescate cuando el puerto de depuración está bloqueado. El comportamiento de los pines de arranque cambia entre familias e incluso entre partes de una misma familia, así que lee el manual de referencia de la parte exacta que usas.

Después, y solo después, ejecuta firmware

Empieza con el programa más pequeño que demuestre algo: encender un LED, imprimir un carácter por una UART, leer un registro de un sensor I2C. Cada uno de esos ejercita una parte distinta de la placa. Construye desde ahí periférico por periférico, de modo que cuando algo falle sepas que es lo último que agregaste.

Lleva un registro de lo que mediste en la placa número uno. Cuando la placa dos regrese del ensamblaje, los mismos números te dicen en minutos si coincide. Las diferencias entre placas son la evidencia más fuerte de un defecto de ensamblaje y no de una falla de diseño.

Cuándo detenerte y qué hacer

Detente cuando un riel esté mal y no sepas por qué. No sigas energizando una placa que está caliente, que sufre brownout o que consume más de lo esperado. Corta la fuente, quita la parte sospechosa o levanta el riel con el puente que diseñaste, y vuelve a medir. Las placas salen más baratas que el hábito de esperar a ver qué pasa.

Cómo lo abordamos

Diseñamos las placas pensando en el bring-up: rieles aislables, puntos de prueba donde se pueda medir, una cabecera de depuración orientada al cable y una ruta de arranque que no dependa de la suerte. Si tienes una placa que no arranca, envíanos el esquemático, los archivos de layout, una foto de ambos lados y lo que mediste; con eso basta para decirte dónde está más probablemente la falla.