电路板板布局

 

前言

 

EAGLE的电路板设计是发生魔法的一个很好开始。在这里,板的尺寸走在一块,零件排列好后通过铜线连接。在电路板编辑中,理想化的概念使你设计出一个有精确的尺寸PCB。

在本教程中我们将在EAGLE中一步步去设计PCB:从放置元件到连接他们,生成gerber文件发送到工厂。我们也将浏览一遍EAGLE的电路板编辑的基本知识,从解释如何把一个电路板层匹配到EAGLE的层来开始我们的课程。

从原理图创建一个电路板

在开始本教程前,阅读并跟着Using EAGLE动手做:图解教程(。该教程中设计的原理图将在这里作为PCB设计的基础。

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来自以前教程的完整的atmega328p原理图,有插座连接器,发光二极管,电阻器,电容器,连接器。

从原理图转换到电路板,只需要轻轻地点击生成/开关命令 ——(在顶部的工具栏,或在文件菜单下) — — 这会打开新的编辑器窗口。所有从原理图中添加的元件都应该那里,彼此间相互堆叠,做好被放置和连线的准备。

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电路板和原理图的编辑有一些相似之处,但在大多数地方,他们是完全不同的。在下一页,我们将看看电路板的彩色层编辑器,并看到他们相对于电路板的实际层是怎样的状态。

层概述

电路板的组成大约是一个材料放置在另一个材料上。最厚中间的板是绝缘基板(通常是FR4)。在这两面是一层薄薄的铜,在那里能流过我们的电信号。为了绝缘和保护铜层,我们为他们盖了一层薄薄的像漆一样的阻焊膜,它给了 PCB 颜色 (绿色、 红色、 蓝色等)。最后,最重要的是,我们覆盖一层墨水般的丝印,这样可以将文本和标志添加到 PCB 层。

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一个双面的多层板(图像来源于PCB Basics教程)。

EAGLE的层

EAGLE设计板有层就像一个实际的印刷电路板,他们也重叠。我们使用一个调色板来表示不同的层。这些就是你将在电路板设计阶段要操作的层:

Color Layer Name Layer Number Layer Purpose
Top 1 Top layer of copper
Bottom 16 Bottom layer of copper
Pads 17 Through-hole pads. Any part of the green circle is exposed copper on both top and bottom sides of the board.
Vias 18 Vias. Smaller copper-filled drill holes used to route a signal from top to bottom side. These are usually covered over by soldermask. Also indicates copper on both layers.
Unrouted 19 Airwires. Rubber-band-like lines that show which pads need to be connected.
Dimension 20 Outline of the board.
tPlace 21 Silkscreen printed on the top side of the board.
bPlace 22 Silkscreen printed on the bottom side of the board.
tOrigins 23 Top origins, which you click to move and manipulate an individual part.
bOrigins 24 Origins for parts on the bottom side of the board.
/ / Hatch tStop 29 Top stopmask. These define where soldermask should not be applied.
\ \ Hatch bStop 30 Absent soldermask on the bottom side of the board.
Holes 45 Non-conducting (not a via or pad) holes. These are usually drill holes for stand-offs or for special part requirements.
tDocu 51 Top documentation layer. Just for reference. This might show the outline of a part, or other useful information.

 

把任何层打开或关闭,只需点击“层设置…”按钮–  –然后单击图层的数字来选择或取消选择它。在开始你的连线前,保证以上所有的层(除了tStop 和bStop)是可见的。

从重叠对象中选择

这是设计我们板子的最后一条要点。这是一个界面伎俩,骗了很多人。由于电路板的视图是完全二维的,则不同的层必然是重叠的,有时当一个对象上面有另外的对象时你不得不实施一些措施来选择这个对象。

通常情况下,你使用鼠标左键选择一个对象(无论它是一个线,通孔,元件等),但当你点击两个元件重叠的确切位置时,EAGLE不知道哪一个你想去选择的。在这样的情况下,EAGLE将选择这两个重叠的对象,并问是不是你想要这个。如果是的话,你必须再次点击确认。如果你想抓住重叠时的另一个对象,右键单击要循环到下一个元件。当你尝试的时候选择一个元件,EAGLE在窗口的底部状态框提供了一些有用的信息。

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例如:在上面的动图中,Vcc线路重叠的另一个线路名叫复位。首先我们直接点击一次重叠的地方,接着EAGLE问我们是否选择VCC。我们右键单击以循环,它问我们是不是想选择复位。右键单击一次循环回到VCC和最后点击左键选择我们要移动的线路。

唷!足够的方法了,让我们设计一个PCB!

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。

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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。

了解栅格

在原理图编辑器中,我们甚至没有看栅格,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。一个0.05“栅格,0.005”的可选栅格是一个很好的规模。

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EAGLE强制要求你的元件、线路和其他对象“捕捉”到栅格中定义了大小的框。如果你需要更精细的控制,按住键盘上的Alt访问交错栅格。

移动元件

使用移动工具–  –你可以在尺寸框内开始移动部件。当你移动元件时,您可以通过右键单击或改变在靠近顶部的下拉框角来旋转它们。你安排你的元件的方式对你下一步是否困难具有很大的影响。当你移动,旋转,和放置元件,这有你应该考虑的一些因素:

 

不重叠元件:你所有的元件都需要一些呼吸的空间。绿色通孔也需要一个很好的间隙。还记得那些电路板两面绿色镀铜的圆环,如果铜重叠,会发生电流交叉和短路现象。

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。尽可能地限制交叉鼠线,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。

元件放置要求:在放置过程中需要特别考虑元件。例如,你可能会想要面对板边缘的连接器插入一个点。那么可以保证的是去耦电容是很适合的,而且它接近集成电路。

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。

下面是一个同时考虑了这些因素后你可能会如何制定你的电路板例子。我们通过巧妙地放置发光二极管和限流电阻来缩小鼠线路口。一些元件是必须放在那里(如:去耦电容器),而且布局比较紧密。

注:本tnames层(即不可见的默认)打开后能帮助确定元件。

调整尺寸层

现在,元件被放置好了,关于电路板将看起来是怎样的,我们已经开始得到了一个更好的想法。现在,我们只需要修复我们的尺寸轮廓。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。

然后使用线工具(,以绘制一个新的轮廓。在你画任何东西之前,去到选择工具栏, 设置图层为20维度。也在那里,你可能想把宽度降低一点(我们通常把它设置为0.008)。

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.          然后,从原点开始,在你的零件上画一个框架。不要把维度层与任何孔相交,否则他们会被切断!保证你结束在你开始的地方。

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这是一个很好的开始。随着零件布置好,尺寸调整好,我们准备开始覆盖一些铜!

布线板

布线是整个过程中最有趣的元件。这就像解决一个难题!我们的工作将把这些黄金鼠线布到顶部或底部的铜迹线。在同一时间,你也要保证不重叠两个不同信号。

使用布线工具

我们使用路径工具––(不是线工具!)画出我们所有的铜的线,在选择工具后,在上面的工具栏上有几个选项:

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层:在双层板这样的,你必须选择是否要开始顶层布线(1)或底层布线(16)。

弯曲式:通常你会想给你的路线用45°(线弯曲方式1和3),它可以让路线变得有趣。

宽度:这定义了你的铜将有多宽。通常0.01“是一个良好的默认大小。你不应该设置任何小于0.007“(否则你可能最终会有额外的付出)。更宽的线可以让更多电流安全地通过。如果你需要通过微量供应1A,这就需要更大的(使用线宽计算器准确找到)。

通过选项:你也可以设置一些通孔特点。可以设置形状、直径和钻头,但通常的默认值(圆形,自动,和0.02个)已经是完美的。

那些所有的设置,你用左键点击鼠线停止的引脚。那些鼠线和连接的引脚会“发光”,和一个红色或蓝色的线将在引脚开始。你单击鼠线连接的另外一个引脚就可以结束布线。在引脚之间,你可以左键点击,因为你需要把线固定。

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布线时,避免重叠两对象是很重要的:铜在过孔上,和铜在铜上。请记住,所有这些铜的线基本上是裸露的电线。如果两个信号重叠,他们会短路,也就不会实现他们本来应该实现的功能。

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          如果布线相互交叉,保证他们在电路板的对立面这样做。它是完全可以接受顶部侧的一个线与底部的线交叉。这就是为什么有两个层!

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键访问交错栅格。默认情况下,这将是一个更精细的0.005”。

放置孔

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。

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清除路径

保证你在两个不同的信号线之间留有足够的空间。PCB制造商有明确的定义,他们会允许最小宽度之间的线–大概0.006左右”的标准板。作为一个很好的经验法则,如果你在两个线之间没有足够的空间,以适应另一个线(而不是说你应该),那么他们两个线之间太亲密了。

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,用拆线的工具–  –除去线。这个工具将追溯到鼠线布线。

您还可以使用“撤消”和“重做”到“后退/前进”轨道。

连接!

这是所有的简单的规则。该去解决布线难题!你可能想开始最接近的,最简单的线。或者,你可能想连接重要的信号–像电源和接地–。这里是一个完全布好线路的板:

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看看你是否能做得比这更好!使你的板更小。或尽量避免使用任何通孔。

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!)

如果你没时间,或在解决复杂的布线时遇到麻烦,你可以尝试加载了EAGLE的自动布线––看是否能完成这项工作。打开自动布线,不要担心这些标签,只需单击“确定”。

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如果你不喜欢自动布线的做出来的东西,撤消回到你原来的地方。

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,考虑检查EAGLE的手册,它有一个专门的章节。

检查错误

在我们包装设计和发送到制造商之前,有几个工具,我们可以用来检查我们的设计错误。

没有事情可以做!

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“

如用感叹号表示的那样,“无事可做”是非常令人兴奋的。这意味着你已经取得了每一条路线。

如果ratsnest说你在线路中遗留“N airwires”,仔细检查你的电路板任何漂浮着金色线的路线。如果你已经找遍了,找不到犯罪嫌疑鼠线,试着检查除了19层的每一层线路。

设计规则检查

一旦你完成布线还有一个检查是:设计规则检查(DRC)。在这一步中,我们推荐你使用和设计规则。加载了DRC,DRC–  –点击图标打开这个对话框:

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在这个视图(层,间隙,距离等)的标签有助于定义一个巨大的你的布局需要通过的设计规则。这些规则定义的东西,如最小的间隙距离,或交叉宽度,或钻孔大小…各种有趣的东西。而不是设置每个人的手。你可以加载一组使用药物文件设计规则。要做到这一点,hitload…选择sparkfun.dru F而你刚刚下载的。窗口的标题改为“DRC(和)”,而另一些标签的值会发生变化。然后按下检查按钮。

再次,向下看编辑器的左下角。如果你的设计是完美的,你应该看到“DRC: No errors”,但如果事情没有样,你反而会受到可怕的“DRC错误“窗口。错误窗口列出了所有打开的错误,并且它也突出了错误所在的地方。点击列出的任何错误,EAGLE将指向罪犯。

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有各种各样的错误,DRC可以找到,但这里是一些最常见的:

清除:一个线路太接近另一个交叉或通孔。

重叠:两个不同的信号线是相互重叠的。如果它不是固定的,则将创建一个简短的。你可能要拆线,并尝试布线在板的另一面。或网络连接找到一种新的方法来达到它的目的地。

维度:一个线路,焊盘,或通孔与(或太接近)一个维度线交叉。如果这不是固定的,电路板的一元件将被切断。

当你看到“No airwires left!”和“DRC: No errors.。”,你可以准备好发送到工厂,这意味着它需要时间来产生Gerber文件。在我们这样做之前,让我们增加对设计的一些收尾。

完成接触

添加铜盆满钵满

铜浇注通常是一个电路板很伟大的添加。他们看起来很专业,他们实际上有一个很好的存在理由,更不说他们使布线更容易。通常,铜浇注在地信号。所以让我们在设计中加入一些敷铜接地。

首先选择多边形工具– 。然后(像往常一样),你需要在选项栏中调整一些设置。选择顶部的铜(1)层。同时调整隔离,它设置定义了敷铜接地给其他信号的清洁力,0.012“通常是合适的。

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下一步,绘制一组线条就像你做的尺寸框一样。事实上,可以刚好画在尺寸框上面。在起点开始画,连接旁边所有的线,回到开始相同的点处结束。一个虚线的红色盒子应该出现在电路板的尺寸框附近。

在你绘制多边形后,你必须使用该名称的工具– 将它连接到网络。这就像在一个原理图。在你刚刚创建的红色虚线上使用工具,在弹出的对话框中键入“地”。(点击这里看  GIF动画的整个过程。)

最后一步是 打ratsne看着辉煌的红填满你电路板的整个领域。你可能会恨我现在才说这些,但是一开始加敷铜接地到你的设计上使得手动布线更加简单(在放置元件之后,开始布线之前)。

你可以(也可能是应该)有敷铜接地在板子的两边,所以在底部层按照相同的步骤进行。

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          它可以很难告诉什么是什么,而且它并没有敷铜接地。如果你看到一个黑色的缝隙分离一个垫和地,那他们没有连接。如果你看到一些线,在垫上形成一个“目标”,意味着有一个铜连接到那个垫。

如果你想隐藏多边形(隐藏多边形使在它里面的所有东西都看不到),在你刚刚画的多边形边界用拆线工具。别担心,多边形还是有的,只是点击ratsnest把它带回来。

加丝印

虽然它对电路设计没有实际效果,但丝印是PCB设计的一个重要组成元件。你想让它看起来很好,对吧?有些丝印–像元件概述所说的–因为它是元件的一部分,所以会自动放置在棋盘上,。我们可以手动添加其他信息,如标签、标识和名称。各种绘图工具-线(),文本(),圆(),圆弧(),矩形(),()和多边形–可以用来画在丝印层(tplace 顶, bplace 底部)。

探索这些工具会很快乐的。您可以为标题添加标签,也可以为R的值添加标签电阻,甚至创造一个漂亮的标志。

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          绘制工具有点有限,但这并不意味着你不能让它看起来很好!

产生Gerbers文件

当你完成你的设计,在给工厂寄出前,最后一步是生成gerber文件。Gerber文件是“PCB设计通用的语言”。EAGLE是远离唯一的PCB CAD软件的,其设计文件不像OrCAD或Altium。Fab的房子不可能支持每一块软件,所以我们把Gerber文件发送给他们。

Gerber文件–注意多个文件–PCB单层描述。一个模型可以描述丝印,而另一个定义顶部的铜的位置。总之,我们会产生七个Gerber文件发送到工厂。

CAM处理器

在我们开始之前,你需要下载一个文件的定义: SparkFun的CAM文件。

然后,把CAM处理器通过点击摄像机图标,打开这个窗口–  –:

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从这里,去 文件 菜单,然后去 打开 > 工作…在文件浏览器中打开,选择你刚刚下载的 sfe-gerb274x.camfile。现在,CAM处理器的窗口应该有一系列的标签:“顶铜”、“铜底”、“顶层丝印”等这些标签定义了如何去创建一个Gerber文件。现在你要做的就是点击Process Job。如果你最近没有保存,它我会提示你。

Gerber生成过程应该很快。一旦它运行,看看你的项目目录,其中应该有一个新的文件。除此之外板(BRD)和原理图(SCH)文件,现在应该有一个.dri, .GBL, .GBO, .GBS, .GML, .gpi, .GTO, .GTP, .GTS, and a .TXT.

Gerber File Extension
Bottom Copper GBL
Bottom Silkscreen GBO
Bottom Soldermask GBS
Top Copper GTL
Top Silkscreen GTO
Top Soldermask GTS
Drill File TXT
Drill Station Info File dri
Photoplotter Info File gpi
Mill Layer GML
Top Paste GTP

 

挑选一个印刷电路板制造商

世界上有很多电路板制造商,所以你不应该有任何麻烦去找到一个。奥什公园很大很漂亮的低量,高质量的印刷电路板(加上,都是紫色的!),先进的电路是非常快。金凤凰是便宜的。我们可以继续下去,但Ladyada有一个伟大的名单在自己的网站上。

在他们制作的板,Fab通常会运行的可制造性设计(DFM)快速检查,让你知道,如果你设计的东西会导致一个问题。

发送Gerbers

FAB中发送Gerber文件的过程是不同的。最常见的是会要求你给他们一个压缩文件夹。其中哪个是Gerber文件?用你的Fab再检查,你想送他们的一般是GTL,GBL,GTS,GBS,GTO,BGO和txt文件。GTP文件不会对PCB制造必要的,但是(如果你的设计有SMD零件)它可以用于创建模具。

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          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!

 


cc

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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