Projektowanie. Elektronika dla Wszystkich

Transkrypt

1 pod EAGLE Podstawy Eagle, cz. 2 realizacja płytki W poprzednim odcinku narysowaliśmy schemat i na jego bazie stworzyliśmy projekt płytki drukowanej. Jednak przy tak prostym układzie aż wstyd byłoby wykorzystywać płytkę dwustronną. Wypadałoby też zastosować znacznie grubsze ścieżki. Poza tym trzeba uporządkować napisy na płytce. Nie będziemy usuwać ścieżek narzędziem DELETE, bo chcemy wrócić do gumek. Moglibyśmy usunąć niektóre odcinki ścieżek i powrócić do gumek, jak pokazuje rysunek 18, wybierając narzędzie RIPUP, wskazane czerwoną strzałką i klikając poszczególne odcinki ścieżek. Jednak my chcemy skasować wszystkie ścieżki i poprowadzić je od nowa. Dlatego przy wybranym narzędziu RIPUP klikniemy na narzędzie GO sygnalizator świetlny, wskazany niebieską strzałką, a na pytanie o usunięcie wszystkich ścieżek odpowiemy Yes. Wszystkie ścieżki zostaną usunięte. Powrócą gumki i spróbujemy znów wykorzystać Autorouter, ale inaczej ustawiony. Gdyby po takiej operacji na płytce pozostały zarysy ścieżek, program trzeba zamknąć (zapisując zmiany) i ponownie otworzyć. Pamiętamy, że gdy wcześniej kliknęliśmy ikonkę Auto, otworzyło się okno z wieloma zakładkami, ale nie tam są zawarte potrzebne nam ustawienia. W menu wybieramy Edit i na dole mamy Design rules..., czyli reguły projektowe. Po kliknięciu otworzy się okno z licznymi zakładkami. Interesują nas głównie trzy zakładki: Clearance (odstępy), Sizes (rozmiary) oraz Restring (pierścień wokół otworu). Z uwagi na fakt, że płytki będą wykonywane w warunkach domowych, znaczna część jako jednostronne, musimy zdecydowanie zmienić te reguły projektowe. W zakładce Clearance zmieniamy we wszystkich okienkach minimalny odstęp z 8milsów, czyli 0,2mm, na 12mil, czyli 0,3mm. W zakładce Sizes zdecydowanie zwiększymy minimalną szerokość ścieżek. Według domyślnych ustawień minimalna szerokość ścieżki (Minimum Width) to 10mil, czyli znikome 0,25mm. Owszem, dobry zakład produkcyjny z powodzeniem zrealizuje równiutkie ścieżki o tej szerokości, oddzielone przerwami o szerokości 8mil (0,2mm). Ale przy samodzielnym wykonywaniu płytek w warunkach domowych istnieje duże ryzyko, że tak wąskie ścieżki ulegną podtrawieniu i okażą się poprzerywane. Trafiają do nas doniesienia, że zamawiając przez Internet wykonanie płytek z tak wąskimi ścieżkami, też można napotkać przykre niespodzianki stąd zresztą rady wielu Czytelników, żeby przez zamontowaniem elementów Rys. 19 posprawdzać omomierzem z piszczykiem ciągłość wszystkich ścieżek. Duża część ta- Rys. 18 kich kłopotów wynika właśnie ze zbyt małej szerokości ścieżek. Dlatego w okienku Minimum Width zmienimy minimalną szerokość z 10 milsów (0,25mm) na mil, czyli 0,6...0,7mm. Podobnie zmieniamy minimalną średnicę wiertła (Minimum Drill) z 24mil (0,6mm) na 28mil, czyli 0,7mm, jak wskazują czerwone strzałki na rysunku 19. Bardzo ważna jest zakładka Rest-ring, która określa szerokość pierścienia miedzi wokół otworu w punktach lutowniczych (Pads) oraz w przelotkach (Vias). Dotyczy to także punktów w elementach bibliotecznych, ponieważ w bibliotekach EAGLE nie wszystkie mają definiowane wielkości. Często wielkość biblioteczna punktu (Pad) ustawiona jest na auto, i ostateczna średnica otworu i wielkość punktu będą właśnie takie, jak to teraz ustawimy w Design Rules w zakładkach Size i Restring. Na rysunku 20 żółtym tłem wyróżnione są okienka, w których zwiększyliśmy rozmiary miedzi punktów i przelotek. Nasze punkty lutownicze elementów przewlekanych z obu stron płytki będą mieć średnicę minimalną 20milsów*2+minimalna średnica wiertła (28mil), czyli co najmniej 68milsów (1,73mm), a maksymalnie 40mil*2+średnica wiertła, czyli Rys

2 ponad 108 milsów, (2,7mm). Natomiast średnice przelotek będą mniejsze, od milsów, czyli 1,5mm do 1,7mm. W wersji EAGLE Light mamy tylko dwie warstwy miedzi Top i Bottom, dlatego w tym okienku nie interesują nas przelotki wewnętrzne Inner i mikroprzelotki (ślepe i zagrzebane). Aby ustawione zmiany reguł odnosiły się do naszej płytki, należy jeszcze kliknać Apply oraz OK. Ustawienie Design rules jest jednorazowe i aby takie ustawienia zachować na stałe jako oddzielny zestaw reguł, trzeba wrócić na pierwszą zakładkę File i po zmianie opisu (Edit Description) zapisać je (Save as...) na przykład pod nazwą jednostronna, jak pokazuje czerwona strzałka na rysunku 20. Potem w dowolnej chwili można je załadować (Load...). Gdy mamy płytkę z gumkami i nowym zestawem reguł, znów klikamy narzędzie Auto, wskazane na rysunku 21 czerwoną strzałką. W oknie Autorouter Setup klikamy Rys. 21 OK i po ułamku sekundy mamy nowa płytkę, jak na rysunku 21. Teraz punkty lutownicze i ścieżki mają jak najbardziej akceptowalne rozmiary. Możemy też sprawdzić, czy reguły projektowe nie zostały złamane za pomocą wskazanego niebieską strzałką narzędzia DRC. W otwartym wtedy oknie Design Rules trzeba kliknąć Check. Brak błędów zaowocuje wskazanym zieloną strzałką napisem DRC: No errors. Radość psuje tylko fakt, że taka prosta płytka została zaprojektowana jako dwustronna. Spróbujmy zrealizować ją jako jednostronną. Znów usuńmy z płytki wszystkie ścieżki i wróćmy do gumek narzędziem Ripup, a potem GO (sygnalizator świetlny). Zabronimy teraz Autorouterowi umieszczać ścieżki w warstwie Top. W tym celu wybieramy: - narzędzie Rect, wskazane na rysunku 22 czerwoną strzałką. Wtedy w górnym pasku Rys. 23 pojawi się okienko do wyboru warstw. Wybieramy w nim wskazaną niebieską strzałką warstwę nr 41 trestrict, która określa obszary zabronione dla górnej warstwy miedzi (Top). W warstwie tej narzędziem Rect rysujemy prostokąt obejmujący całą płytkę (pojawi się siatka ). Znów uruchamiamy Autorouter narzędziem Auto, zatwierdzamy OK i... tym razem trasowanie ścieżek trwa znacznie dłużej, a jak widać na rysunku 23, na uzyskanej płytce dwa obwody pozostały gumkami - Autorouter nie do końca poradził sobie z zadaniem. Po analizie sytuacji stwierdzamy, że rozwiązaniem może być przesunięcie rezystorów R3, R4 w prawo. Ale najpierw znów usuwamy wszystkie ścieżki narzędziem Ripup i GO. U mnie po przesunięciu R3, R4 Autorouter nadal nie potrafił zrealizować jednego połączenia (nóżki 3 z rezystorami R3, R4). Znów przeszkodą okazały się rezystory R3, R4. Usunąłem wszystkie ścieżki i przesunąłem R3, R4 bliżej układu scalonego, żeby Autorouter puścił ścieżkę dołem, przy brzegu płytki, ale nadal jedno połączenie nie było finalizowane. Jedną z przyczyn był fakt, że wcześniej, w oknie Design Rules, w zakładce Distance pozostawiliśmy niezmieniony wymagany odstęp od krawędzi płytki. Teraz zmienimy ten odstęp z domyślnych 40milsów (1mm) do 20mil (0,5mm) rysunek 24. Po tej zmianie Autorouter poradził sobie z zadaniem, jak pokazuje rysunek 25 i widoczny na dole napis: 100% finished. Śmiało moglibyśmy wykorzystać ten projekt, ale my chcemy się uczyć, dlatego w ramach ćwiczeń skasujmy wszystkie ścieżki i zróbmy projekt od nowa. Problem w tym, że żaden Autorouter nie zrealizuje idealnie oczekiwań człowieka-konstruktora. W praktyce okazuje się, że często linie zasilania i inne szczególne obwody bywają projektowane ręcznie, a resztę próbuje zrobić Autorouter. Dlatego koniecznie trzeba poznać elementarne zasady ręcznego prowadzenia ścieżek. Rys. 22 Rys

3 Jeśli chodzi o nasz projekt, już rysunek 23 wskazał, że warto byłoby dodać jedną zworkę. Usuńmy więc znów wszystkie ścieżki (Ripup i GO) i powróćmy do gumek. Wybierzmy narzędzie Route, wskazane czerwoną strzałką na rysunku 26. Po wybraniu tego narzędzia, służącego do ręcznego i półautomatycznego prowadzenia ścieżek, w górnym pasku pojawia się szereg okienek. W pierwszym, wskazanym pomarańczową strzałką, określone jest, w której warstwie miedzi będziemy prowadzić ścieżki (1Top, 16Bottom) warstwę zmieniamy naciśnięciem środkowego klawisza (kółka) myszki. Niebieską obwódką zaznaczone są opcje prowadzenia ścieżek (pod kątem 90, 45, dowolnie na ukos, zaokrąglone i półautomatycznie na dwa sposoby) wyboru dokonamy, naciskając kilka razy prawy klawisz myszki. W okienku Width, wskazanym fioletową strzałką, zmienimy szerokość prowadzonych ścieżek. Wcześniej w Design rules (rysunek 19) wpisaliśmy minimalną szerokość milsów, a tu wybieramy albo 0,024 cali (0,61mm), albo 0,032 (0,81mm). Wybieramy też kształt przelotki z kwadratowej zmienimy na okrągłą (różowa strzałka). Jak wskazuje zielona strzałka, średnicę przelotki (Diameter) pozostawiamy jako auto wielkość i otwór będą takie, jak ustawiliśmy w Design rules. Teraz kliknięcie na dowolną gumkę podświetla całe połączenie (Net) i możemy prowadzić ścieżki, począwszy od najbliższego punktu lutowniczego. Powtarzam, że podczas prowadzenia ścieżek możemy klikać prawym klawiszem myszki, co zmienia sposób prowadzenia. Po narysowaniu kawałka ścieżki, możemy kliknąć klawisz środkowy (kółko) myszki, co zmieni warstwę miedzi (Top/Bottom), a co ważne, wstawi też niezbędną przelotkę (Via). Moglibyśmy w ten sposób poprowadzić wszystkie połączenia na płytce. Jeśli coś by się nam nie podobało, zawsze możemy wybrać narzędzie Ripup, kliknąć na ścieżkę, która na powrót zamieni się w gumkę. Ale my nie rezygnujemy z Autoroutera. Płytka ma być jednostronna i zabroniliśmy Autorouterowi umieszczania ścieżek w warstwie 1Top. Narzędziem Route zrealizujmy tylko jedno połączenie (ze zworą) nóżek 8 i 4 układu scalonego. Zaczynamy więc w warstwie 16Bottom, a przy ręcznym prowadzeniu ścieżek, możemy bez kłopotu wybrać warstwę 1Top (naciskając prawy klawisz myszki). Umieszczamy więc zworę jak na rysunku 26. Następnie narzędziem Auto uruchamiamy Autorouter. Nawet przy odsuniętym rezystorze R3 dobrze poradził on sobie z zadaniem, jak wskazuje rysunek 27. Z powodzeniem moglibyśmy wykorzystać ten projekt, ale nadal chcemy się uczyć. Dlatego zwracamy uwagę na przebieg ścieżek i stwierdzamy, iż warto byłoby nieco inaczej poprowadzić ścieżki i zmienić położenie niektórych elementów. W zasadzie położenie elementów, a konkretnie diod D1 i LED1, należało zmienić wcześniej, gdy jeszcze nie było ścieżek, tylko gumki. Ale i teraz nie jest za późno. Wykorzystamy dwa narzędzia MOVE, uruchamiane klawiszem F7, oraz SPLIT, uruchamiane klawiszem F8. Jak już wiesz, narzędzie MOVE (F7) przesuwa zarówno elementy-podzespoły, jak i ścieżki. Gdy chwycisz myszką w połowie odcinka ścieżki, przesuniesz ten segment Rys. 25 ścieżki równolegle, a gdy chwycisz za róg (punkt załamania) ścieżki przesuniesz ten punkt załamania. Gdy złapiesz myszką za mały krzyżyk w środku elementu, przesuniesz ten element, ciągnąc dołączone doń ścieżki. Warto wiedzieć, że jeżeli w ramce Display wyłączymy warstwy 23tOrigins (oraz 24bOrigins), to małe krzyżyki przy podzespołach znikną, zniknie też możliwość przesuwania tych podzespołów. Narzędzie MOVE Rys. 27 będzie wtedy służyć tylko do przesuwania ścieżek, co może być wygodne. Narzędzie SPLIT (F8) też jest bardzo pożyteczne służy do łamania prostych odcinków ścieżek. Kolejne kliknięcia łamią ścieżkę, a podwójne kliknięcie kończy operację. Warto przy tym pamiętać o prawym klawiszu myszki, którym zmieniamy przebieg tak Rys. 26 zmienianych ścieżek. Poćwicz korygowanie przebiegu ścieżek i sam się przekonaj, jak przyjemne i szybkie jest korzystanie z klawiszy F7 oraz F8. Przesuwanie następuje w oczkach siatki (0,05 cala, czyli 50 milsów), ale pamiętaj, że naciśnięcie klawisza Alt chwilowo zmniejsza oczko siatki do 0,025 cala (25mil), co jest bardzo pożyteczne przy pracy. Ja skorygowałem położenie dwóch diod 63

4 Rys. 28 oraz wielu ścieżek efekt masz na rysunku 28. Wykorzystamy ten projekt ścieżek, tylko trzeba jeszcze uporządkować napisy. Jeżeli oddawalibyśmy płytkę do zakładu produkcyjnego, wtedy wykonana zostałaby też sitodrukowa warstwa opisu: obrysy oraz nazwynumery elementów. Także wielu hobbystów wykonuje taki opis na płytce metodą papieru kredowego i niekiedy oprócz nazw-numerów, w warstwie tej umieszcza też wartości elementów, co jednak nie jest zalecane. Jak na razie, napisy są sztywno związane z rysunkiem elementu i nie można ich oddzielnie przesuwać. Aby to umożliwić, trzeba wykorzystać narzędzie Smash, wskazane na rysunku 29 niebieską strzałką. Po wybraniu tego narzędzia można kliknąć każdy element przy napisach klikniętego elementu pojawią się małe krzyżyki uchwyty, które pozwolą je przesuwać. Jednak klikanie narzędziem Smash wszystkich elementów jest nieco uciążliwe. Łatwiej po prostu zaznaczyć grupę bardzo pożytecznym narzędziem Group (przeciągając myszką zaznaczany obszar całą płytkę), a potem wybrać narzędzie Smash, kliknąć prawą myszką na zaznaczoną grupę i wybrać z menu Smash:Group, co oddzieli napisy we wszystkich elementach grupy. Na czas porządkowania napisów warto wyłączyć wyświetlanie ścieżek i nie tylko ścieżek. Klikając narzędzie Display, zaznaczone na rysunku 29 czerwoną strzałką, otworzymy okno Display, w którym odznaczymy wyświetlanie niepotrzebnych warstw. Na pewno wyłączymy wyświetlanie ścieżek (warstwy nr 1, 16). Postawimy wyświetlanie punków lutowniczych, przelotek i obrys-rozmiar płytki (warstwy 17, 18, 20), a także oczywiście nazwy elementów. W zasadzie wystarczyłoby włączyć warstwę nazw na stronie górnej nr 25 (tnames), ale zapewne w przyszłości będziesz też projektował płytki z elementami SMD umieszczonymi z obu stron płytki, więc przyzwyczajaj się też do warstw dolnych, z literką b dlatego pozostawiłem włączoną Rys. 30 pustą warstwę 26 (bnames). Powinieneś też wiedzieć o jeszcze jednym ważnym szczególe. Otóż elementy w bibliotekach EAGLE słusznie uznawane są za bardzo ładne. Trzeba wiedzieć, że wygląd bibliotecznego elementu płytkowego narysowany jest w dwóch warstwach. Podstawowy zarys elementu umieszczony jest w warstwie 21 tplace. Natomiast w warstwie 51 tdocu umieszczone są dodatkowe składniki rysunku, które jednak nie znajdą się w fabrycznej warstwie opisu. Te dodatkowe składniki z warstwy 51 tdocu są swego rodzaju uzupełnieniem, wzbogaceniem rysunku podczas projektowania, a także przy robieniu wydruków klasycznej dokumentacji projektu. Co bardzo ważne, autorzy porządnych elementów bibliotecznych dbają, by składniki rysunku umieszczone w warstwie 21 tplace NIE WCHODZIŁY na punkty lutownicze i przelotki. Przekonaj się o tym sam, włączając i wyłączając warstwę 51 tdocu. To jest dość ważny szczegół, chodzi bowiem o to, że 21 tplace przewidziana jest jako sitodrukowa warstwa opisu, a farba opisu nie powinna być nanoszona na pola, które będą lutowane. Z tego właśnie powodu warstwa 51 tdocu nie powinna być Rys. 29 wykorzystywana do robienia opisu płytki (nie zawsze tak jest), a co ważne na płytce powinniśmy też tak poprzesuwać napisy nazwy elementów, żeby żaden z nich nie wchodził na pola lutownicze. To jest ważna zasada, ale oczywiście aktualna tylko przy płytkach dwustronnych. W przypadku jednostronnych nie mamy miedzi u góry płytki i problemu nie ma. Na płytce jednostronnej wystarczyłoby, żeby napisy nie nachodziły na otwory, bo powodowałoby to kłopot przy nanoszeniu sitodruku. Niemniej, choć naszej płytki problem napisów dotyczy w małym stopniu, od początku przyzwyczajaj się, by napisy nie wchodziły na pola lutownicze i na przelotki. Napisy, oddzielone wcześniej narzędziem Smash, możemy przemieszczać narzędziem MOVE (F7), nie zapominając o obracaniu prawym klawiszem myszki. Problem w tym, że napisy skaczą w oczkach siatki co 50 milsów. Trzeba to zmienić w oknie Grid, otwartym po kliknięciu ikonki Grid, wskazanej na rysunku 30 czerwoną strzałką. W okienku Size trzeba zmienić oczko siatki z domyślnego 0,05 na 0,01, jak pokazuje niebieska strzałka (można też w okienku Alt wpisać 0,005). Ale taka siatka potrzebna jest tylko do napisów, natomiast do umieszczania elementów zdecydowanie najlepsza jest 64

5 PLUS C4 LED1 R1 C1EXT GND1 C1 IC1 R2 C2 R4 D1 C3 3,0 WY- WY+ siatka o skoku Size=0,05, Alt=0,025. Aby się nie pogubić, warto na ikonkę Grid (czerwona strzałka) kliknąć nie lewym, tylko prawym klawiszem myszki i utworzyć oddzielne zestawy ustawień siatki, np. jak na rysunku 31. Rysunek 32 pokazuje wygląd warstwy opisowej płytki po ustawieniu numerów elementów z siatką według rysunku 30. Teraz, gdy płytka jest gotowa, można ją wydrukować. Jeżeli miałby to być projekt do EdW, należałoby wykorzystać opisywany w poprzednich numerach EdW skrypt EdW_ Plytka.scr (dostępny w Elportalu wśród materiałów dodatkowych do numeru 03/2012). Otrzymamy gotowy do druku rysunek płytki - plik PDF, pokazany na rysunku 33. Z kolei za pomocą pliku EdW.cam możemy też zrobić Rys. 34 Rys. 31 Rys. 32 MINUS Rys. 33 wydruki do domowego przygotowania płytek (rysunek 34), a także pliki Gerber i Excellon dla profesjonalnego zakładu produkcyjnego. Podobnie planując publikację w EdW, schemat ideowy potraktujemy skryptem EdW_Schemat.scr i wydru- Rys. 35 kujemy jako PDF rysunek 35. R1 Wszystkie szczegóły dotyczące 12k tych operacji były szeroko opisane w EdW 1/2012 do 6/ Piotr Górecki C1EXT GND1 C1 1n C n R2 TR R CV GND IC1 12k LM555N Q 3 DIS 7 THR 6 V+ 8 R3 3,0 PLUS R4 1k + C3 100n D1 1N4148 C4 100u R3 100R WY+ WY- LED1 G MINUS 65