Создание печатных плат в Eagle CAD для начинающих

Eagle CAD – мощный инструмент для создания печатных плат, простой в освоении и в использовании. Он был создан в 1988 году, и сейчас им пользуются десятки тысяч энтузиастов по всему миру. Одна из его ключевых особенностей – в том, что он имеет бесплатный режим, которого с лихвой достаточно для разнообразных домашних и не очень проектов. Видимо, именно из-за этого режима он так популярен на Западе, где пиратство не столь популярно, а софтверным компаниям куда как легче подать в суд на незадачливого пирата. Ну а популярность, в свою очередь, помогла сформировать вокруг Eagle CAD большое сообщество энтузиастов, в большинстве своём с радостью помогающих друг другу и делящихся материалами – что, как по мне, является ещё одним аргументом в пользу его использования.

Каковы основные принципы работы в Eagle CAD?

1) Каждый проект состоит из двух частей – схема (schematics) и разводка платы (board). Любой проект выглядит так - сначала создаётся схема, а затем на её основе разводится плата. Схема с платой жёстко связаны - удаление элементов со схемы приведёт к удалению элемента с платы. 

Схема:

Плата:

2) Каждая радиодеталь состоит из двух частей – символ (symbol) и упаковка (package). По аналогии со схемой и разводкой платы, символ – это условное обозначение детали (используется на схеме), а упаковка – это её внешний вид (используется на плате).

3) Разводка платы в Eagle CAD состоит из слоёв. Так очень удобно работать – а ещё удобнее выводить на печать, поскольку можно просто отключить показывание одного слоя и тем самым убрать его с распечатки, точ­но так же, как, к примеру, в Photoshop.
Какие бывают слои?

1. Слои дорожек – то есть именно те места, где на плате нужно будет оставить медь. В бесплатной версии Eagle CAD можно делать максимум двухсторонние платы, соответственно, доступны только два слоя – верхний и нижний.

Верхний слой платы 

Нижний слой платы

Слой контактных площадок

Все слои вместе + слой, отображающий границы печатной платы 

2. Трафарет для сверления.

3. Слои текстовых обозначений – к примеру, номиналы и названия деталей, а также их форма и расположение.

4. Слои паяльной пасты и клея для поверхностного монтажа SMD компонентов

Как можно видеть, часть слоёв предназначены для удобства редактирования, часть обозначают дорожки, которые нужно вытравить на плате, часть предназначены для создания паяльной маски и сверления на производстве, а часть облегчают сборку на фабрике. Плату, созданную в Eagle CAD, можно считать готовой к отсылке на завод для производства - ведь большинство этих слоёв создаётся автоматически.

4) Любые компоненты для создания плат группируются в библиотеки. Разделение довольно логичное, и компоненты довольно просто найти, запомнив основные библиотеки с самыми популярными компонентами и используя как встроенный в Eagle CAD поиск по компонентам, так и Google.

Собственно, это все основные принципы работы. В качестве примера покажу, как легко сделать печатную плату в Eagle CAD на примере простого мультивибратора на основе LM555. Схема мультивибратора с двумя светодиодами: 

Именно её мы и будем воплощать в жизнь. Прежде всего, запускаем Eagle CAD.

Это - так называемая панель управления. Здесь содержатся библиотеки, скрипты и уже существующие проекты - в стандартной поставке есть пара проектов для примера. Я очень советую их осмотреть, просто для того, чтобы увидеть, что позволяет Eagle CAD, но сейчас не будем терять на них время и приступим к созданию нашей платы.  Начнём новый проект и дадим ему имя:

Создание платы в Eagle CAD состоит из трёх этапов:

1. Поиск компонентов для нашей схемы в библиотеках
2. Создание схемы
3. Создание платы на основе схемы

Начинаем с поиска компонентов. Посмотрим на схему и составим список:

• NE555D - находится в библиотеке linear.lbr
• Светодиод 5мм (2x) - находятся в библиотеке led.lbr
• Два контакта для источника питания - находятся в библиотеке pinhead.lbr
• Четыре резистора (4x) - находятся в библиотеке rcl.lbr
• Один электролитический конденсатор - находится в библиотеке rcl.lbr
• Также нужна библиотека supply1.lbr - в ней символы земли и питания, просто для ясности в схеме.

Вышеуказанные библиотеки - все, которые могут нам понадобиться, но по умолчанию Eagle CAD активизирует все библиотеки - а их очень много. Лишние библиотеки будут только мешать в поиске компонентов, а по одной деактивизировать их - слишком долго, поэтому я делаю так - сначала говорю отключить все библиотеки, а потом просто активизирую нужные.

1) Отключаем все библиотеки (правой кнопкой мыши по Libraries -> Use none):

2) Активизируем нужные. Список нужных библиотек:

• linear.lbr
• led.lbr
• pinhead.lbr
• rcl.lbr
• supply1.lbr

Пролистываем список Libraries и активизируем библиотеки по одной (правой кнопкой мыши + Use):

Возвращаемся в верх списка, сортируем по второй колонке (где зелёные отметки, обозначающие статус), проверяем:

Теперь можем приступать к схеме нашего проекта. Прокручиваем в низ контрольной панели, находим там наш проект, щёлкаем правой кнопкой мыши и выбираем New->Schematic:

Перед нами предстаёт прекрасное в своей минималистичности рабочее поле.

Слева - наши рабочие инструменты. Сначала - добавляем компоненты из выбранных нами библиотек. Для добавления используется инструмент "Add":

Открывается меню, в котором нужно найти требуемую деталь. Сначала выбираем микросхему 555 - идём по пути linear.lbr → *555 → NE555D.

Выбираем, щёлкаем на "Ок" внизу и получаем в своё распоряжение силуэт микросхемы:

Переносим его мышкой в центр и щёлкаем. Силуэт отпечатывается на схеме, и первый элемент добавлен. Теперь необходимо это повторить для всех остальных элементов. Пути для поиска:

• linear.lbr → *555 → NE555D
• led.lbr → LED → LED5MM (2 раза)
• pinhead.lbr → PINHD-1X2 → PINHD-1X2
• rcl.lbr → R-EU_ → R-EU_0207/10 (4 раза)
• rcl.lbr → CPOL-EU → CPOL-EUE2.5-6
• supply1.lbr → VCC
• supply1.lbr → GND

Во время перемещения силуэт можно поворачивать вокруг своей оси правым щелчком мыши. Итак, все элементы добавлены:

Приближать-отдалять поле можно колёсиком мышки, во время этого имеет значение положение курсора внутри поля с элементами. Можно также использовать клавиши "Zoom" на верхней панели.

Теперь нужно их расположить так, чтобы было удобно проводить между ними соединения. Опять смотрим на нашу принципиальную схему: 

Берём инструмент перемещения (), и перемещаем элементы так, чтобы их расположение было логичным:

После этого нужно провести соединения. Берём инструмент Net (Draw an electrical connection) в панели инструментов слева внизу:

Проводим соединение между двумя пунктами. Подключим-ка верхний вывод резистора R2 к питанию. Щёлкаем мышкой на одном конце символа VCC, и за курсором начинает тянуться угловатая зелёная линия. Проводим эту линию до вывода резистора и щёлкаем на его конце. Вуаля! Линия отцепилась от курсора и соединяет символы VCC и R2.

Правила ведения линии:

1. Линия тянется за курсором с того момента, как вы щёлкнете мышкой на одном пункте, и до того, как вы доведёте линию до какого-то другого пункта - либо вывода элемента, либо такой же линии. Линию также можно закончить на каком-то произвольном пункте двойным щелчком мыши. 
2. Если линия выгибается не в нужную сторону, то можно поменять пункт, где она выгибается. Просто щёлкните мышкой один раз и закрепите уже проведённую часть линии на месте. Можно также выгнуть линию в другую сторону щелчком правой кнопкой мыши. 
3. Если вы соединяете линией два уже проложенных участка цепи и у вас выскакивает табличка вроде расположенной ниже, нажимайте Yes.
4.  
5. Форму места сгиба линии можно менять - просто пощёлкайте правой кнопкой мыши, чтобы изменить её.

Проводим следующее соединение - до коннектора для источника питания:

Затем проводим все остальные, как показано на гифке ниже.

Готовая схема:

Схема готова, теперь можно делать плату. В верхнем (горизонтальном) меню выбираем кнопку Generate/Switch to board ():

Соглашаемся с выскочившим окошком:

И перед нами предстаёт чёрное поле.

Прямоугольник на поле - ограничение бесплатной версии Eagle CAD, ну и заодно является границами нашей платы. Пока его не трогаем, а просто перетаскиваем все элементы внутрь него, куда-нибудь в левый верхний угол. Инструмент Move () - на своём месте в панели инструментов слева. При перетаскивании желательно придерживаться изначальной схемы - она довольно понятно нарисована: 

Элементы на своих местах: 

Печально, что я так перепутал резисторы местами - имена на изначальной схеме не соответствуют именам на нашей схеме и плате. Ну да ничего, это уже не так важно - соединения расставлены корректно, это главное.

Как можно понять, жёлтые линии - это соединения согласно схеме. Во время редактирования платы мы не можем менять соединения, это можно сделать, только вернувшись к схеме. Во время редактирования платы можно только проводить\стирать дорожки на плате, но никак не менять саму схему. Если нужно будет вернуться к схеме и поменять соединения там, нужно помнить, что все изменения в схеме тут же отражаются и в плате - если мы удалим элемент на схеме, то он тут же пропадёт с платы.  

Теперь приступим к разводке платы. Для простых плат легче всего использовать автоматическую разводку (Autorouter). Это встроенная в Eagle CAD функция, которая автоматически проводит дорожки. Лезем в меню Tools и выбираем пункт Autorouter:

Этот инструмент имеет множество настроек, в которые можно попытаться вникнуть, но нам понадобятся только две. Так как у нас односторонняя плата и вторую сторону проводить из-за простой платы точно нет смысла, в колонке "Preferred Directions" разрешим все направления дорожек на нижнем слое и запретим проводить дорожки через верхний слой:

Нажимаем "Ок" и лицезреем разведённую плату:

Все дорожки проведены, можно расслабиться. Однако стоит заметить, что автоматическая разводка не всегда работает как надо - порой она проводит пару дорожек не самым оптимальным путём, отгораживая путь для всех остальных дорожек, а затем не может найти способ провести дорожки, которым сама перегородила путь, выдаёт ошибку и останавливается. Тогда приходится вмешиваться самому - удалять то, что нагородила автоматическая разводка и как-либо уводить в сторону проблемные дорожки.  

Для практики - берёмся за инструменты и пробуем провести все дорожки сами. 

Используем два инструмента - Route и Ripup (на картинке активизирован Ripup). Первый рисует дорожку, второй - удаляет неправильно нарисованную. Берём инструмент Route и разводим дорожки по одной. Принципы и правила в основном те же самые, что и для разводки соединений в схеме, но есть пара дополнительных:

1. Eagle не даст провести дорожку между двумя контактами, если она не проведена на схеме. Если контакты не соединены на схеме, то, даже если провести через них дорожку, её не получится просто так закончить. Кстати, если дорожка даже после клика на последнем контакте тянется дальше, значит, что-то проведено не так. 
2. Если два сегмента почти соединены, но жёлтая линия для их соединения где-то  в другом конце схемы - советую откатиться на несколько шагов и провести линии в другом порядке
3. Не бойтесь проводить линии между выводами компонентов. Можно спокойно провести дорожку между двумя выводами светодиода или резистора, ну или ножками микросхемы.

Разводим линии точно так же, как и соединения на схеме. И... Внезапно безвыходная ситуация - нет пути для разводки одной линии: 

Что делать? Можно вернуться в схему и добавить пару перемычек. Но ситуация вроде не безвыходная, значит, можно обойтись без перемычек - просто стираем пару дорожек инструментом Ripup, проводим ранее непроводящуюся и думаем, как провести те, которые стёрли. Кстати, предлагаю вернуться к результату автотрассировки и посмотреть, как эта дорожка проведена там - часто помогает =)

Процесс разводки платы (пошагово, гифка):

Итак, плата закончена. Теперь инструментом Move меняем размеры рамки вокруг платы так, чтобы она была именно что рамкой, а не прямоугольником, внутри которого где-то там в углу находится плата:

Теперь нужно вывести плату на печать. Как? Просто отключить все лишние для платы слои и выслать на печать.

Кнопка меню слоёв:

Нажимаем, в меню деактивизируем все слои (нажимаем None внизу), а затем выбираем слои Bottom, Pads и Dimension и активизируем их (двойной щелчок, выбрать Displayed и нажать Ок):

Готово. Выводим на печать (File -> Print). В графе Options нужно выбрать пункты:

• Mirror - отзеркаливание платы, необходимо для корректного перевода тонера на плату - иначе придётся запаивать микросхемы вверх ногами =)
• Black - чёрно-белый режим
• Solid - принудительное заполнение всех участков одним цветом, убирает всякие штриховки и тому подобное

Рекомендую также выключить в настройках принтера экономию тонера. Затем нажимаем на  Print.

Не забудьте выбрать нужный принтер! К слову, Eagle поддерживает печать в PDF и она уже встроена в редактор - можно выбрать Print to PDF в списке принтеров.

В итоге - плата готова и можно переводить её на текстолит.

(масштаб не соблюдён, плата просто для примера)

Надеюсь, что эта статья понятна и поможет начать работу в Eagle CAD без каких-либо затруднений. Не забывайте, что в сети доступно большое количество материалов по этой системе, поэтому будет достаточно легко искать все необходимые для работы материалы и знания. Исходные файлы для тренировки можно найти в архиве под статьёй вместе с PDF-файлом с распечаткой платы. Удачной работы в Eagle CAD!

Следующая часть цикла уроков по работе с Eagle CAD: Поиск и создание компонентов для Eagle CAD

Теги:

• Eagle