Это руководство описывает, как использовать EAGLE с "нестандартным" изготовлением печатных плат (PCB) - например без металлизированных сквозных отверстий, или например с использованием только одной стороны PCB. Это руководство предполагает, что Вы уже прочитали руководство быстрого старта [2] (EAGLE Quick-Start Guide), пытались следовать его указаниям, и знакомы с основными операциями среды разработки EAGLE. Далее приведен перевод руководства [1] Tom Clarke (Department of Electrical & Electronic Engineering Imperial College London).

Чтобы успешно использовать EAGLE, Вам потребуется подстроить размеры дорожек и контактных площадок (см. секцию "Конфигурирование размеров"), и также настроить автотрассировщик (секция "Конфигурирование AutoRouter"). И наконец, Вы должны знать об ограничениях на размер платы, которые зависят от типа лицензии EAGLE (бесплатная лицензия ограничивает размер платы 80 x 100 мм).

[Базовые понятия]

EAGLE конфигурируется двумя наборами правил. Правила проверки дизайна (Design Rule Check, DRC) определяют минимальные размеры и зазоры между объектами. Правила DRC могут быть изменены через меню или загрузкой ранее сохранных файлов .dru. Настройка автотрассировщика (Autorouter Setup) определяет, какие стороны PCB будут использоваться для разводки и как будет оптимизирован процесс автотрассировки. Это может быть изменено через меню или загрузкой ранее сохраненных файлов .ctl.

Комбинация файла .DRU и файла .CTL делает почти всю требуемую конфигурацию для того, чтобы спроектированная плата соответствовала процессу производства PCB.

Информация как CTL, так и DRU сохраняется вместе с платой, и её можно при необходимости сохранить в новый файл. Все платы создаются с правилами из файлов по умолчанию.

Это руководство будет фокусироваться на том, как использовать EAGLE с низкокачественными процедурами изготовления PCB, где нет возможности реализовать металлизованные отверстия (plated through holes, PTH) и использование одной стороны печатной платы предпочтительнее использованию двух сторон (как Вы догадались, обычно это радиолюбительские конструкции). С этими рекомендациями можно изготавливать и высококачественные платы, однако следует уделить особое внимание эффективным заливкам меди (copper pouring) - как для разводки цепей, так и для обеспечения экранировки сигналов. Есть множество взаимозависимых опций, которые может использовать разработчик, мы ниже их рассмотрим.

[Конфигурирование размеров]

Правила DRC. Эти правила дизайна (доступные через меню Edit -> DRC) можно изменить, чтобы повлиять на размеры дорожек и контактных площадок. Библиотечные компоненты деталей поставляются с минимальными размерами контактных площадок, однако они могут быть увеличены по мере необходимости с помощью правил DRC. Многие производители PCB предоставляют свои собственные правила DRC для EAGLE, которые можно загрузить с сайта производителя. В других случаях это будет опубликованная информация, которую Вы должны будете вручную перенести в правила DRC. Правила по умолчанию в EAGLE консервативны, так что обычно дизайн платы, который проходит проверку по этим правилам, может быть изготовлен любым заводом про производству печатных плат.

Измененные правила DRC могут потребоваться, потому что процесс травления PCB некачественный, или потому что отсутствие защитной маски подвергает риску возникновения мостиков припоя между дорожками и близко расположенными контактными площадками деталей. Точные размеры можно поменять индивидуально, подробности см. в документации EAGLE. Однако простое решение состоит в том, чтобы иметь один минимальный размер для всего, что есть на плате, и использовать установку размеров на следующих закладках диалога редактирования DRC:

Clearance: тут находятся все настройки, относящиеся к зазорам. Можно задать зазор между разными типами объектов. Обычно все они устанавливаются в одинаковое значение.

Sizes: устанавливает минимальные размеры, что задает минимальную ширину дорожки (трек трассировки). Обычно минимальная ширина трека устанавливается равной минимальному зазору.

Restring: задает минимальные установки для защитного пояска металлизации вокруг отверстия. Убедитесь, что установка максимума больше или равна установке минимума. Это определит минимальную ширину пояска вокруг отверстия (настройка для внутреннего слоя не влияет на двухсторонние платы).

Обычно вполне подойдут максимально допустимая ширина дорожек и зазоры 15 mil или 20 mil (1 mil означает одна тысячная дюйма, т. е. 1/1000" = 0.0254 мм). Используйте эти размеры, и просто измените их при необходимости - например, если ширина дорожки может быть меньше, чем допустимый зазор. Обратите внимание, что малые изменения этих значений могут привести к серьезным изменениям в разводке платы, например когда дорожки пролегают между ножками микросхемы - можно ли провести в этом месте дорожку, зависит не только от допустимых зазоров и допустимой ширины дорожки, но также и от диаметров отверстий для ножек микросхемы, которые заданы в выбранном библиотечном компоненте микросхемы.

Классы электрических цепей (Net Classes). По умолчанию EAGLE обрабатывает все классы цепей одинаково (default net class 0). Можно поменять класс цепи для сетей (меню edit -> change -> net) на числа 1..7. Каждое из этих чисел соответствует отдельному классу цепи, к которому можно привязать свои собственные настройки для минимальной ширины дорожки и минимальному размеру отверстия (edit -> net class). Очень важно понимать, что глобальные настройки DRC и параметры класса цепи задают минимально допустимые значения для размеров - действительные же размеры дорожек могут быть больше, чем это указано в классе её цепи. Информация о классах цепи является частью дизайна печатной платы и не сохраняется о отдельном конфигурационном файле.

Типичное использование классов цепи гарантирует, что цепи питания имеют увеличенную ширину дорожек, чем остальные сигналы.

Комбинация правил DRC и классов цепи определяет ширину дорожек, зазоры и т. п., которые будут использоваться как параметры для автотрассировки и как параметры для проверки корректности дизайна платы.

[Конфигурирование AutoRouter]

Никакой автороутер не решит все проблемы с размещением элементов и трассировкой платы, однако мне нравится, что можно переложить на него максимум утомительной работы. Можно оттрассировать плату без слишком длительной ручной настройки. Простые схемы часто разводятся отлично автоматически, так что результат можно использовать почти без последующей правки.

Самое важное: параметр шага разводки (Routing Grid, который можно поменять через меню Tools -> Auto -> General) определит, насколько грубо будет выполняться автоматическая трассировка. Установленное здесь значение по умолчанию 50 mil позволит провести дорожки между ножками микросхемы, которые находятся друг от друга на расстоянии 0.1 дюйма (100 mil, или 2.54 мм). Самое большое количество неудач с разводкой связано именно с неправильной установкой этого параметра. Его следует уменьшить для более плотно скомпонованной платы, или если компоненты размещены с шагом меньше 0.05 дюйма, или если корпуса компонентов для поверхностного монтажа (Surface Mount, SMT) используют метрические размеры для шага выводов. Очевидно, что значение шага должно быть выбрано кратным расстоянию между выводами, или таким, чтобы шаг был достаточно мал, чтобы можно было соединить каждый вывод, который не попадает точно в узлы решетки шага трассировки. Однако слишком малое значение шага приведет к слишком длительному процессу автотрассировки: Мне нравятся значения шага 25 mil, 20 mil, 12.5 mil, 19.685 mil (0.5 мм). Для очень плотных цифровых дизайнов с двумя дорожками между выводами микросхем необходимо правильно выбрать значение шага - экспериментируйте с разными значениями.

Таблица 1. Конфигурации автотрассировщика.

Оптимизация автотрассировщика EAGLE, как кажется, не понимает односторонние платы, у которых одна сторона целиком предоставлена под заливку медью (single copper), соединенную с землей (GND), потому что оптимизация не всегда соединяет друг с другом отдельные заполненные медью островки, даже когда всего лишь все, что требуется - переместить одну дорожку на другую сторону. Установка "hugging" параметра в 0 может помочь сделать начальную разводку заливки лучше, несмотря на то, что иногда вероятно оптимизацию придется провести вручную, чтобы избежать соединения друг с другом заполненных областей. Имейте в виду, что этот совет не работает для всех разводок, поскольку ненулевые параметры "hugging" помогают развести несколько дорожек (в частности это касается цифровых схем). Вы всегда должны оставлять зазор по краю платы для залитых областей.

Получение хорошего качества автотрассировки обычно требует тщательной подстройки нескольких параметров - за дополнительной информацией обращайтесь с руководству EAGLE.

[Производство плат в домашних условиях]

По ссылке [3] можно посмотреть рабочие примеры - как разводить платы с компонентами для поверхностного монтажа (SMT).

Обычно у плат, изготовленных в радиолюбительских условиях, нет шелкографии (легенда позиционных обозначений, назначение коннекторов и другая текстовая маркировка белой краской на верхней стороне платы). Там, где текст важен, его можно нанести на слой 1 (верхняя сторона меди, слой Top). Однако это требует осторожности, потому что металлизированный текст может находится слишком близко к дорожкам, и может оставлять нежелательные дырки в заливке медью. После того, как текст помещен на слой Top, используйте команду "ratsnest", чтобы заново перерисовать заливку и увидеть, как будет размещен текст, и будут ли созданные дырки в меди разрывать соединения. Используйте DRC, чтобы проверить, насколько текст будет влиять на существующие дорожки. Ограничьте использование такого текста только теми местами, где это абсолютно необходимо - обычно это тестовые точки, светодиоды (LED) и переключатели, которые требуют маркировки.

Быстрое изготовление плат в домашних условиях требует опустить использование металлизированных отверстий. Однако трассировка подразумевает, что верхняя и нижняя стороны дорожки на плате всегда соединены друг с другом через переходные отверстия и сквозные выводы деталей. Это допустимо для ситуаций, когда верхняя сторона вывода детали хорошо видна, и может быть пропаяна так же, как и нижняя сторона платы (обычные резисторы и аксиальные конденсаторы с проволочными выводами, микросхемы DIP, транзисторы и т. п.). Но когда вывод закрыт с верхней стороны платы (подстроечные резисторы, реле, большинство кроваток и разъемов), это создаст проблему при монтаже. Конденсаторы с радиальными выводами можно паять на верхней стороне платы, если они установлены на достаточной высоте, примерно не менее 1 см от поверхности платы.

Когда компонент платы не может иметь PTH-отверстие, пропаянное на верхней стороне, то поверх таких выводов следует нарисовать квадратик на слое tRestrict (41) через меню Draw -> Rectangle, и установку слоя 41. Это не даст автотрассировщику делать разводку на верхней стороне платы до этих выводов. Вы можете выбрать, насколько это Вам требуется - например, ограничить применение конденсаторов с радиальными выводами, заменив их на аксиальные.

См. пример разводки zcontr-noPTH.brd в примерах [3], где показано, как использовать слой tRestrict таким методом.

Обратите внимание, что переходные отверстия (Via) все еще будут генерироваться автотрассировщиком, и соединения в них должны быть сделаны вручную (с использованием штыревых выводов или коротких перемычек, запаянных на верхней и нижней сторонах переходного отверстия). Однако стандартные настойки автотрассировщика минимизируют количество используемых переходных отверстий.

Файлы DRC. Настройки в этих файлах зависят от двух факторов - как изготавливаются платы, и как паяются. Обычно минимально допустимая ширина и зазор в 15 mil (15/1000 дюйма) должны быть допустимы, проверьте не используете ли меньше. Однако для большей надежности и удобства ручной пайки полезно увеличить ширину дорожек и зазоров как можно больше. В частности для пайки важна ширина контактной площадки и её зазор от остального токопроводящего рисунка. Часто эти параметры должны быть подстроены вручную - если сделать их слишком большими, то плата не будет проста для автотрассировки.

CAM-процессинг. Поместите какой-нибудь текст, например "Top" или "Bottom" на верхний или нижний слои меди (слои 1, 16), чтобы убедиться, они не будут зеркалированы при выводе в gerber. Предоставление одного слоя для идентификации достаточно.

[Подготовка файлов для отправки на завод]

Генерация файлов для сверления. Из окна BRD выполните через меню File -> CAM Processor. В окне диалога CAM выберите в меню File -> Open -> Job. Выберите excellon.cam, затем кликните "process job" - будут сгенерированы файлы .DRD и .DRI в том же каталоге, что и файл .BRD для автоматического сверления.

Генерация файлов Gerber. В окне CAM выберите File -> Open -> Job, выберите gerb274x.cam, затем "process job" - будут сгенерированы файлы CMP, SOL, GPI, PLC, STC, STS в том же каталоге, что и файл .BRD.

Соберите вышеуказанные 8 файлов в ZIP-архив (тщательно проверьте расширения файлов) и отправьте их производителю печатных плат. Будьте готовы связаться со службой поддержки завода, чтобы согласовать различные вопросы производства.

Примеры. См. директорию Examples архива [3], где показаны некоторое количество примеров схем и плат - имя платы показывает технологию изготовления.

[Ссылки]

1. Configuring EAGLE CAD Layout site:www2.ee.ic.ac.uk.
2. The EAGLE Schematic & PCB Layout Editor - A Guide site:www2.ee.ic.ac.uk.
3. 160612www2.ee.ic.ac.uk.zip.
4. Эффективная трассировка печатных плат в Eagle.