使用EAGLE画电路板布局图

前言

EAGLE的板设计器是可以使得抽象电气连接变为现实的魔法工具。在板子的尺寸确定后,元件排布在一起电路板表面,通过电路板表面和内部的铜线连接起来。使用了电路板编辑器,之前设计的概念化为现实,理想化的原理图变成精确的尺寸和连接好的PCB.

这个教程我们将覆盖EAGLE PCB设计的每一步:从放置元件,到连接它们,到产生Gerber文件到发到工厂。我们也将遍历EAGLE电路板编辑器的基础,开始解释EAGLE的层怎样匹配PCB的层。

从原理图创建电路板

在开始本教程前,建议你确保已经阅读了此教程:使用EAGLE画原理图,该教程中设计的原理图将在这里作为PCB设计的基础。

该教程已经完成了一个包含完整的ATmega328P单片机控制的原理图,需要布局的元件还有插座连接器,发光二极管,电阻器,电容器,连接器。

为了从原理图编辑器到相关的电路板切换,仅点击Generate/Switch to board命令——(在顶部工具条,或在File菜单下,新版本的Eagle图标有变更,请注意)——应该提示一个新的,打开一个电路板编辑器窗口。你从原理图添加的所有元件应该都在,相互堆在上面,能够放置和连线。

电路板和原理图编辑器拥有一些相似,但大部分情况下它们是很不同的。下面,我们将查看电路板编辑器的有色层,看它们和真实PCB的层是如何对应的。

层概述

PCB是由一层层不同材料叠加起来形成的。我们下面以两层板为例,介绍一下PCB一般情况下的组成层。电路板最厚的,中间部分是绝缘基板(通常是FR4).它的上下两面紧贴的是覆铜层,电流信号就在这两层中流动。为了绝缘和保护覆铜层,我们用漆般的阻焊层覆盖它,PCB的总体颜色也是由该层颜色决定(绿色,红色,蓝色等)。最表面上,为了方便识别,添加简单的图标和说明文字等内容,可以我们添加类似油墨的丝印层。

一个双面的多层板(图像来源于印刷电路板基础知识教程)

EAGLE的层

AGLE电路板设计器就像真实PCB拥有层,而且它们也重叠。我们用颜色代表不同的层。下表简单的列出了电路板设计器工作的层,以供参考。

颜色 层名 层号 层用途
Top 1 覆铜顶层
Bottom 16 覆铜底层
Pads 17 过孔垫圈。绿色圈的任何部分在板子顶层和底层暴露铜。
Vias 18 穿孔。小的铜填充的过孔用于连接从顶层到底层的信号。经常被丝印覆盖。在两层也有铜。
Unrouted 19 架空线。橡胶带类似的线显示哪个垫圈需要被连接。
Dimension 20 电路板轮廓
tPlace 21 电路板顶层丝印
bPlace 22 底层丝印
tOrigins 23 顶层原点,点击移动和操作独立元件。
bOrigins 24 底层原点
//填充 tStop 29 顶层停止阻焊。这些定义阻焊不能应用的地方
\\填充 bStop 30 底层无阻焊
Holes 45 无连接孔。这些经常用来固定或用于特殊的元件需求。
tDocu 51 顶层文档层。仅用于参考。这可能显示一个元件的外观,或其它有用的信息。

打开或关闭任意层,点击“Layer Settings…”button——(新版本的Eagle图标有变更,请注意)——然后点层的数字选择或不选择它。在连线之前,确保上面的层可见(除了tStop和bStop)

从重叠对象中选择

这是在布局电路板之前最后一个提醒。这是一个绊倒很多人界面技巧。因为板视图完全二维,然后不同的层一定重叠,有时候你不得不做一些技巧选择有其它在它上面的对象。

通常,你使用鼠标左击选择对象(不论它是线路,过孔,元件,等),但是当有两个元件重叠,你点击时,EAGLE不知道你选择哪一个。那样话,EAGLE将选择两者之一,问你是否是你想要的那一个。如果是,你要左击确定。如果你尝试抓取另一个对象,点击鼠标右键循环下一个。EAGLE的状态框,在窗口的左下部,提供有用的信息当你尝试选择一个元件。

GIF of selecting two layered objects

例如:在上面的动图中,VCC网线重叠Reset.我们左击一次重叠,EAGLE问我们是否选择VCC。我们右击循环,它询问我们是否选择Reset.右击回到VCC,然后最后左击选择作为我们想移动的网线。

好了!足够的提示,让我们布局PCB吧!

准备板

从原理图创建一个电路板

如果你还没有准备好,请单击生成/开关板图标 — —基于你的电路图,在编辑器中创建一个新的 PCB 设计。

新的电路板文件应该显示你原理图中所有的元件。黄金线,称为鼠线,在引脚和反映你原理图的网络之间相互连接。在所有元件的右边还应该有是一个微弱的,浅灰色轮廓的电路板尺寸。

我们在PCB输出的第一个工作是放置好元件,然后最大限度地减少我们印刷电路板的尺寸轮廓的面积。PCB的成本通常与电路板的大小有关,所以一个较小的板会更加便宜。

理解栅格

在原理图编辑器中,也有栅格,但是没那么重要。但在板编辑器中,它变得更重要。在板编辑器中,栅格应该是可见的。您可以通过点击图标–栅格来调整栅格的大小。建议使用0.05英寸栅格,0.005英寸的细选栅格。

EAGLE强制元件、线路和其他对象吸附到栅格中定义了大小的网格。如果你需要更精细的控制,按住键盘上的Alt使用细选栅格。

移动元件

使用移动工具––你可以在范围框中移动元件。当你移动元件,你可以通过点击鼠标右键旋转或在上面的下拉框中改变角度。

排布元件的方式影响到下一步连线的难易程度。当你移动,旋转,放置元件时,你要考虑以下几点原则:

  • 不重叠元件:你所有的元件都需要一些呼吸的空间。绿色的过孔在它们之间也需要大量的空间。记住这些在板两侧的绿环是暴露的铜,如果铜重叠,电流会交叉然后短路会发生。
  • 减少交叉鼠线:当你移动元件时,注意观察鼠线是如何跟随元件移动。尽可能地减少交叉的鼠线数量,这样会使得你后面的连线更容易。当你移动元件,点击RATSNEST按钮––使鼠线得到重新计算,该功能会使鼠线以最短的距离显示。
  • 元件放置要求:一些元件可能需要特殊考虑。例如,你可能想要筒式插座接头面向板子边缘。确保去耦电容精确接近IC.
  • 更严格的布局意味着一个更小,更便宜的板,但它也使连线更难。

当考虑这些因素后下面是一个例子,你可能放置你的板子。我们已经通过灵巧的放置LED和它的限流电阻最小化鼠线交叉。一些元件放置在它们要去的地方(筒式插座,和去耦电容)。而且布局相当紧凑。

注:tNames层(即默认不可见)打开后能帮助确定元件。

调整尺寸层

现在,元件被放置好了,电路板将是所见即所得的样子。现在我们需要固定尺寸外框。您可以移动已经存在的尺寸线,或从头开始。使用删除工具––抹去所有的尺寸线。

然后使用画线工具—(画新的外框。但在你画之前,到图层选择选项条然后设置层为20层Dimension。也在那儿,你可能想减少宽度(我们经常设置为0.008英寸)。

然后, 从原点开始,在你元件周围画框。不要用任何洞贯穿Dimension层,否则它们将被中断!确保从你开始处结束。

那是好的开始。元件布好了,尺寸调整好了,我们准备开始连接一些铜!

布线板

布线使整个过程最有趣的部分。就像解决一个难题!我们的工作将是转变这些金色鼠线到顶部或底部铜线。同时,你也需要确保不会重叠两个不同的信号。

使用布线工具

为了绘制我们的铜路,我们将使用ROUTE工具——(不是WIRE工具!)。选中这个工具之后,在上面的工具条有一些要考虑的选项:

  • Layer:像这样的两层板,你将需要选择是否想从顶层或底层开始布线。
  • Bend Style:通常你将想用45° 角布线(线弯样式1和3),但是制作圈式路径也有趣。
  • Width:这定义你的铜线宽度。通常0.01”是好的默认值。你不应该使用小于0.007“(或者你可能需要额外的花费)。宽路径可以允许更多的电流安全通过。如果你需要提供1A通过路径,它可能需要更加宽。
  • Via Options:你也可以设置一些过孔特性。形状,直径,转子可以设置,但通常默认(圆,自动,0.02”)是最好的。

这些设好之后,左击鼠线终止的脚开始划线。鼠线和被连脚将发光,然后一条红色或蓝色线将从这个脚开始。通过左击架空线连接的另一个脚结束路径。在两脚之间,你可以多次左击放置路径。

连线时避免两种重叠情况:铜线与过孔重叠,铜线与铜线重叠。记住这些铜径基本上是裸线。如果两个信号重叠,它们将短路不能实现原理图中设计的功能。

如果铜线不得不交叉,那么就需要确保它们是分布在板子两面的。在顶层的路径和底层的交叉是可以接受的。这就是为什么有两层!

如果你需要更精确的控制你的路线,你可以按住键盘上的Alt键访问细选栅格。默认情况下,这将是一个更精细的0.005”。

放置过孔

通孔是非常小的孔,用铜填充。我们使用他们作为中间路线,使得线路从电路板的一面移动到另一面。

要放置一个通孔,第一次单击在黑色栅格之间的引脚来“牢固”你的布线。然后你可以手动在选项栏上改变层,或者单击鼠标中间或者空格键切换层,并继续布线到最终目的地。EAGLE会自动为你添加一个通孔。

清除走铜线路径

确保在两个信号线之间有足够的空间。PCB工厂应该有清晰的最小空间定义——标准板大约0.006″。作为一个经验,如果你没有足够的空间填充另一条,判断它们是太近了的唯一标准是仔细查看你的PCB代工厂给出的指标要求。

拆线

像画线工具实际上不是用来画电路线的,删除工具实际上不能用来删除线。如果你需要重新布线,用RIPUP–除去线。这个工具将追溯到鼠线布线。

您还可以使用“UNDO”和“REDO”撤销或者重做之前的操作。

连线完毕!

这就是所有简单规则。是时候解决布线问题。你可能从最简单,最近线开始。或者,你可能像连接重要的信号线——像电源和地这里是一个完全布好线路的板:

看看你是否能做得比这更好!标准就是使你的板更小。或尽量少使用任何过孔。

当你知道如何布线后,我们可以做一些检查,以保证布线100%完成。我们将在下一页讲解这些。

使用自动布线(骗子!)

如果你节约时间,或布线有问题,你可以尝试EAGLE的Autorouter——看它能否完成工作。打开autorouter,别担心其它的选项卡,点OK.

如果你不喜欢autorouter做的,你可以点击Undo返回到初始状态。

自动布线程序不一定能够完成布线工作,所以它仍然对了解如何手动布线具有重大作用(比手工路线看起来好多了)。运行自动布线后,在左下状态框看个究竟。除了显示“optimizen:100%完成了”,否则你仍然有工作要做。如果你的自动布线程序无法完成工作,试着把布线栅格从50mil降到 10mil。

在自动布线有很多可以选择和设置的东西。如果你想深入到这个主题,可以查阅EAGLE的手册,它有一个专门的章节。

检查错误

在我们把设计文件打包然后发到工厂时,有许多工具检查设计错误。

Ratsnest – Nothing To Do!

第一次检查是保证你实际上已经连接了你原理图上所有的网。要做到这一点,打RATSNEST图标––然后立即检查左下方的状态框。如果你已经布好一切的线,应该说:“RATSNEST!没有事情可以做了”

正如这个令人震惊标志表示,不用做任何事,令人兴奋。这意味着你已经连好了需要的线。

如果ratsnest显示你有”N airwares”要连,再次检查你的板子找到金色线然后连接它们。如果你检查完了,无法找到可疑的架空线,尝试关闭每一层除了19Unrouted.

设计规则检查

一旦你完成布线,有一个附加检查:the design rule check(DRC)设计规则检查。这一步,你需要点击此处下载。为了加载DRC,点DRC按钮——会打开这个对话框:

这个视图的选项卡(Layers,Clearance,Distance,等)帮助你定义布局需要通过的大量设计规则。这些规则定义像最小空间距离,或者路径宽度,或过孔大小…相反手工设置,你可以使用DRU文件加载设计规则。点Load…然后选择你下载的文件。然后点击Check按钮。

再一次看左下角。如果你的设计完美,你会看到:”DRC:No errors。”但是如果事情不像这样,你会得到可怕的窗口“DRC Errors”.这个错误窗口列出所有错误,也会高亮错误位置。点列出的任何错误,EAGLE会指向错误者。

有许多DRC可以找到的错误,但这儿是一些常见的:

  • Clearance:路径太靠近其它的路径或过孔。你可能要使用MOVE工具向四周移动。
  • Overlap:两个不同信号线重叠。如果没修复将会短路。你可能使用RIPUP一条,然后在另一面连接。或找到一个新方向连接到目的地。
  • Dimension:路径,垫圈,或过孔和尺寸线交叉(或接近)。如果没修复,那部分元件将被切掉。

一旦你看到”No airwires left!”和“DRC:No errors.”,你的板子可以发到工厂,意味着是时候产生GERBER文件。但在此之前,添加一些最后工作。

最后的工作

添加覆铜

覆铜对于一个电路板来是重要的步骤。它让电路板看起来更专业,并且它们实际上有存在的理由。不要说它们使布线更加简单。通常,当你添加一个覆铜全部都是GND的信号。所以让我们添加地覆铜到设计。

选择POLYGON工具。然后,调整一些设置。选择顶铜层。调整Isolate设置,定义地覆和其它信号的距离,0.012″通常是合适的。

下一步,画一些线就像尺寸框。实际上,只要在尺寸线上画。从原点开始,一路画过去,最后返回同样的点。一个红点框出现在尺寸线上。

多边形之后,你要用命名工具把它连到网线。在红点线上使用NAME工具-,弹出的对话框中输入”GND”。

最后一步点击ratsnest,查看整个板子的红覆填充。你可能恨我现在告诉你,但是在开始添加地覆使手工布线更加简单。

你可以按照同样的步骤在另一面添加地覆。

很难说什么连接未连接地覆。如果你看到黑色空隙在垫圈和覆之间,就没有连接,相反,就有。

如果你想隐藏多边形,在多边形上使用RIPUP工具。不用担心,多边形依然在,只要点ratsnest返回。

添加丝印

即使对你的设计没有影响,丝印也是PCB设计的重要部分。你想更加好看?一些丝印,像元件轮廓,自动放在板子上,因为它是元件的一部分。我们可以手工添加其它信息,像标签,logo,名称。有许多画图工具可用,wire,text,circle,arc,rectangle,polygon,用来画丝印层(tPlace用于顶层,bPlace用于底层)。

你可以添加头部标签,电阻值,甚至漂亮的logo.

产生Gerbers文件

你完成设计,最后一步产生Gerber文件。Gerber文件是一种PCB设计工业标准的数据交换文件。EAGLE脱离了这儿单一PCB CAD软件,他的设计文件不像Orcad或Altium的设计文件。工厂不可能支持每种软件,所以我们往往给他们发送Gerber文件。

Gerber文件,注意多个,每一个描述PCB的单层。一个Gerber文件可能描述丝印,而另一个可能定义顶层铜在哪儿。总之,我们将产生7个Gerber文件。

CAM处理器

在之前,你需要下载另一个定义文件:CAM file。然后加载CAM处理器,点CAM-按钮,将打开这个窗口:

到File菜单,然后Open>Job..。在打开的文件浏览器,选择sfe-gerb274x.cam文件。现在CAM处理器窗口应该有一系列选项卡:“Top Copper”,”Bottom Copper”,”Top Silkscreen”,等。每一个定义怎样创建Gerber文件。现在你要做的是点Process Job.如果你最近没有保存,它会提醒你。

Gerber产生过程应该相当快。一旦它运行完,查看你的工程目录,应该有一些新文件。除了BRD和SCH,现在应该有.dri,.GBL,.GBO,.GBS,.GML,.gpi,.GTO,.GTP,.GTS,和一个.TXT,符合Gerber!

Gerber文件 扩展名
底部铜层 GBL
底部丝印层 GBO
底部阻焊层 GBS
顶部铜层 GTL
顶部丝印层 GTO
顶部阻焊层 GTS
过孔文件 TXT
过孔位置信息文件 dri
光电绘图仪信息文件 gpi
研磨层 GML
顶层助焊层 GTP

选择PCB制造商

有许多PCB制造商,所以你找到一个应该没有问题。当他们生产板子时,他们通常会运行一个design for manufacturaability check(DFM)制造检查快速方案,然后让你知道是否你设计的一些东西将导致一个问题。

发送Gerbers

发送Gerber文件由工厂的不同而不同。大多数会叫你发送选择文件的压缩文件。通常会发送这些文件GTL, GBL, GTS, GBS, GTO, GBO 和TXT 文件。GTP对于PCB制作并不重要,但是它可以用于创建模具(如果你有SMD元件)。所以,压缩这些文件,等待,然后准备装配你自己的PCB吧!

          所以压缩那些gerber文件,等待一下,并准备组装你自己的印刷电路板!

以下内容是从网上搜集来的,使用Eagle时非常有用,最为参考资料与大家一起分享:

原文地址:http://www.plcdev.com/plc_musings/tim_young/eagle_cad_to_gerber
原文作者:tim_young

Eagle CAD 输出 Gerber 文件的步骤

These are my notes on creating a Gerber file from Eagle CadSoft.

  1. 打开 brd 文件
  2. 打开 CAM processor = File | Cam Processor
  3. 打开 CAM Processor 里的 job file   = File | Open | Job …
  4. 点击  “Process Job” 选择  “gerber274x.cam
  5. 重复步骤  1-4,不过这次运行 “excellon.cam” 作业。

这样就在你的 brd 文件所在的相同目录下产生了 Gerber 文件。

对于简单类型(无丝印,无阻焊),zip 这些文件即可。

  • *.cmp – Component side traces/copper
  • *.drd – Drill file
  • *.dri – Drill information file (not particularly necessary)
  • *.sol – Solder side traces/copper

对于最终产品:

  • *.cmp – Copper traces component side 铜箔走线元件面
  • *.drd – Drill file 钻孔文件
  • *.dri – Drill information file (not particularly necessary) 钻孔信息文件(非必须)
  • *.plc – Silkscreen component side 丝印元件面
  • *.sol – Copper traces solder side 铜箔走线焊接面
  • *.stc – Solder mask component side 阻焊元件面
  • *.sts – Solder mask solder side 阻焊焊接面

 

其实Eagle PCB用户在熟悉界面一段时间后就会发现,由于这类软件的操作重复性较大,且默认和可选参数并不太多,这样完全类似于AutoCAD的软件就非常让我们有动力去学习命令行的操作模式,以提升操作的速度和实现精确操作。MIT麻省理工的课程网站中给出了相关快速参考索引,相信已经熟悉图形操作界面的你也将很快熟悉这种操作,全部内容在以下网址中:

http://web.mit.edu/xavid/arch/i386_rhel4/help/

 


cc

原始文章采用CC BY-SA 4.0,您可以自由地:

  • 演绎 — 修改、转换或以本作品为基础进行创作
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本文由翻译美国开源硬件厂商Sparkfun(火花快乐)的相关教程翻译,原始教程采用同样的CC BY-SA 4.0协议,为便于理解和方便读者学习使用,部分内容为适应国内使用场景稍有删改或整合,这些行为都是协议允许并鼓励的。

原始文章及相关素材链接:

https://learn.sparkfun.com/tutorials/using-eagle-board-layout?_ga=1.63204775.946766378.1445226389
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