Disegnare un PCB con EAGLE

CadSoft EAGLE è un programma per disegnare PCB molto usato sia da aziende di settore che da amatori. È un software abbastanza semplice da usare, ma allo stesso tempo ricco di potenzialità.

Logo CadSoft EAGLE

In questo tutorial verrà illustrato come iniziare a disegnare il vostro primo PCB in EAGLE, partendo ovviamente dalla schematica, fino ad arrivare al prodotto finale.

Per prima cosa procuriamoci il software dal sito ufficiale, a questo indirizzo: http://www.cadsoftusa.com/download-eagle/?language=en

Una volta scelta la versione per il sistema operativo adoperato procediamo con l’installazione.

EAGLE è un software a pagamento, ma CadSoft ne permette l’uso “Freeware” per scopi amatoriali o non commerciali, introducendo qualche limite nel programma, come ad esempio la dimensione massima del PCB finale, bloccata a 100 mm x 80 mm, e l’uso al massimo di due layer.

Nel caso foste sprovvisti di licenza, durante l’installazione selezionate “Run as Freeware”.

Setup EAGLE
DISEGNIAMO LA SCHEMATICA

Finita l’installazione, apriamo EAGLE e creiamo un nuovo progetto dandogli un nome.

Nuovo Progetto Nuovo Progetto...

Successivamente creiamo il file di schematica, quindi ci troveremo sulla finestra dell’editor della schematica.

Nuova schematica Interfaccia schematica

A questo punto tutto ciò che dobbiamo fare è il disegnare la schematica del nostro circuito. Per velocizzare le operazioni abbiamo deciso di ricreare, per questa guida, il circuito di un multivibratore astabile.

Schema d'esempio

Iniziamo dunque ad inserire i componenti premendo l’apposito tasto “Add”, che farà apparire una nuova finestra con tutte le librerie disponibili sul nostro computer. Scrivendo nell’apposito campo “Search” il nome o valore del componente, EAGLE farà una ricerca nel database delle librerie caricate e ci mostrerà le corrispondenze trovate.

Toolbar EAGLE           Lista componenti

Anteprima componenteAnteprima componente 2

Nota: E’ possibile scaricare librerie aggiuntive, create da utenti e professionisti al seguente indirizzo: http://www.cadsoftusa.com/downloads/libraries

Per installarle basterà andare, dalla finestra editor della schematica, su “Library -> Use…” e selezionare la libreria scaricata. Una volta completata l’operazione,  la nuova libreria apparirà nella finestra con la lista delle librerie già presenti sul nostro computer.

 

Una volta aggiunti tutti i componenti necessari, inizieremo a posizionarli, e nel caso fosse necessario, anche ruotarli, come riteniamo più comodo. Il software dispone, direttamente sulla toolbar a sinistra, degli strumenti per spostare (Move), ruotare (Rotate), cancellare (Delete) e copiare (Copy) i componenti.

Funzioni toolbar 1       Funzioni toolbar 2       Funzioni toolbar 3       Funzioni toolbar 4

Per effettuare una di queste operazioni bisogna semplicemente cliccare sulla funzione desiderata (ad esempio “Move”) e cliccare sul componente su cui agire (nel caso di “Move”, basterà cliccare sul componente, spostarlo nell’area desiderata e ricliccare per lasciarlo in quella posizione). Va osservato come la funzione rimarrà in memoria finché non ne selezioneremo un’altra, quindi bisogna prestare attenzione nell’uso di funzioni potenzialmente dannose, come quella per cancellare i componenti (“Delete”!), anche se è sempre possibile ricorrere allo storico delle operazioni compiute, mediante la funzione “Undo”, per annullare gli ultimi passaggi eseguiti.

Componenti posizionati

Completata quest’operazione si dovranno solo effettuare i collegamenti dei vari componenti, secondo lo schema, usando il comando “Wire”. Selezioniamolo dalla toolbar a sinistra e clicchiamo successivamente sui pin dei componenti.

Funzioni toolbar 5          Componenti collegati

Infine è necessario controllare che lo schema delle connessioni sia corretto e coerente con lo schema del nostro circuito. Per velocizzare quest’operazione clicchiamo su “Tools -> ERC”. Il software controllerà tutta la schematica e ci indicherà dove ci sono eventuali errori.

Lista Avvisi

Nel nostro caso mancano delle “Junction”, ovvero un simbolo che indica dove ci sono giunzioni di piste, ed i valori dei nostri componenti (che verranno trasferiti poi nella board vera e propria).

Iniziamo a rimediare al problema delle Junction cliccando sull’apposita funzione, sempre nella toolbar a sinistra, e successivamente cliccando col mouse su ogni “incrocio” di piste. E’ possibile anche effettuare un doppio-click sull’avviso di Warning restituito dal programma per far sì che venga evidenziato il punto del circuito dove risiede l’errore, in modo da individuarlo  istantaneamente.

Funzioni toolbar 6         Giunto connessione

Giunti

Dopo le Junction, passiamo a  verificare, come riportato dalla lista degli errori, i nomi/valori dei componenti. Per prima cosa usciamo dalla modalità “Junction”, basterà premere un’altra funzione come il “Move”, e clicchiamo col tasto destro su un componente. A questo punto selezioniamo dal menu a tendina “Properties”, e nella finestra che comparirà, sotto la voce “Value” inseriremo il nome o valore del componente (ad esempio il valore di un resistore, o il colore di un led).

 

Proprietà          Proprietà componente

Schema completo

Non ci resta che rieseguire un controllo degli errori, sempre da “Tools -> ERC”, ed una volta sicuri di non aver tralasciato alcun errore nel nostro schema, proseguire con il disegno della board (PCB) vero e proprio.

 

DISEGNAMO LA BOARD

Proseguiamo, quindi, col disegno della board selezionando, da “File”, la voce “Switch to board…”. Il software ci avvertirà che non esistono board e chiederà se vogliamo crearla a partire dalla schematica disegnata in precedenza; andiamo avanti cliccando su “Yes”.

Ci troveremo in un’altra finestra, con sfondo nero, che sarà l’editor della nostra board.

Trasfirisci a Board         Conferma Board

Interfaccia Board

L’area nel riquadro bianco che vedremo saranno i lati del nostro PCB, che dimensioneremo una volta completato il disegno del circuito. Gli elementi in basso a sinistra, invece, sono i componenti del nostro circuito che andremo a posizionare.

Nota: Per comodità abbiamo aggiunto un componente in più, ossia un connettore per poter collegare VCC e GND più semplicemente. Se il vostro schema ne fosse sprovvisto, è consigliato adottare una soluzione analoga.

Per prima cosa cambieremo, per comodità, l’unità di misura del programma, da inch (pollici) a mm (millimetri), andando su “View -> Grid…” e selezionando “mm” al posto dei due “inch” nella finestra che apparirà.

Proprietà griglia

Iniziamo a spostare i componenti all’interno del riquadro, utilizzando però l’opzione “Group”. Quest’opzione ci permette di selezionare più componenti insieme e di effettuare la stessa operazione in contemporanea su tutti i componenti selezionati.

Selezioniamo quindi l’opzione “Group” dalla toolbar a sinistra, evidenziamo col mouse tutti i componenti, selezioniamo l’opzione “Move”, clicchiamo col tasto destro su un’area vuota dello schermo e clicchiamo su “Move: Group”. Spostiamo dunque i componenti nel riquadro e riclicchiamo per terminare l’operazione.

Funzioni toolbar Board 1Selezione componentiComponenti spostati

Quindi posizioniamo e ruotiamo i componenti a nostro piacimento, come nell’editor della schematica, considerando però di lasciare il giusto spazio per il passaggio delle piste.

Componenti piazzati

A questo punto non ci resta che fare il routing delle piste. E’ possibile farlo manualmente, per ogni singola pista, o lasciar decidere al software di farlo autonomamente, dipende dalla complessità del circuito. Il software, di default, genera piste per due layer, possiamo inoltre intervenire e modificare il layer a cui appartiene una pista in qualsiasi momento.

Per semplificare le operazioni lasciamo fare il routing al software, selezionando dal menu “Tools -> Autorouter…” e selezionando “Ok” sulla finestre che apparirà. Noteremo delle piste blu e rosse, che indicheranno i due layer (blu = layer inferiore (Bottom); rosso = layer superiore (Top)).

Nota: Se usate un bromografo per sviluppare i PCB, e non avete modo di creare schede con doppio layer, è necessario che tutte le piste siano blu (layer inferiore). Ovviamente andranno sistemate per evitare accavallamenti delle stesse. Istruzioni a seguire.

Componenti collegati

Il circuito è già pronto per la stampa, ma è consigliabile ottimizzare ulteriormente il disegno cercando, ove possibile, di recuperare un po’ di spazio e migliorando la struttura delle piste.

Iniziamo dunque con lo spostare i componenti col classico comando “Move”, dopodiché possiamo ridimensionare le piste (magari rendendole un po’ più spesse), cambiare il layer di appartenenza o cambiare la loro angolazione.

Per cambiare layer e dimensione di una pista basterà cliccarci sopra col tasto destro e dal menu selezionare “Properties”. Apparirà una finestra dove possiamo trovare tutti i valori della pista: “Width” sarà il valore dello spessore della pista e “Layer” la facciata dove risiederà la pista.

Modificando il layer della pista, potrebbe apparire un simbolo verde, il “Via”: questo non è altro che una “galleria” che collegherà sul PCB la pista da un layer all’altro.

Proprietà pistaDisegno completato

Per modificare l’angolazione di una pista è sufficiente utilizzare la funzione “Split”. In questo modo avremo modo di ottimizzare le piste e lo spazio che occupano.

Selezioniamo lo strumento “Split” dalla toolbar a sinistra. In alto possiamo trovare diverse opzione di “splitting”, clicchiamo sulla pista da splittare e assegniamogli la forma che vogliamo. Con la funzione “Move” possiamo modificare ulteriormente la posizione e l’angolazione. È consigliabile non creare “spigoli” tra le piste per evitare la creazione di interferenze tra di esse che potrebbero causare un cattivo funzionamento del circuito.

Perfezionamenti 1

Perfezionamenti 2          Perfezionamenti 3

Ora non ci resta che ridimensionare il riquadro che rappresenta la dimensione del nostro PCB.

È necessario, innanzitutto, spostare l’intero disegno nell’angolo in basso a sinistra del riquadro bianco. Utilizzeremo la combinazione del comando “Group+Move” già usata in precedenza per spostare i componenti all’interno dello stesso. Per ridimensionare il riquadro del PCB, basterà utilizzare il comando “Move” sugli angoli dello stesso, e trascinarli verso il disegno.

Perfezionamenti 4

Nel caso ci fosse qualche serigrafia o testo di un componente che occupa spazio, basterà cliccare col tasto destro sul componente e dal menu selezionare “Smash”. Vicino le serigrafia apparirà un “+” che ci permetterà di spostarla e ruotarla.

Perfezionamenti 5

Infine bisognerà necessariamente verificare la presenza di eventuali errori come in fatto in precedenza sulla schematica. Quindi selezioniamo “Tools -> DRC…” e premiamo “Check”. Uno dei tanti errori che può comparire è quello della dimensione del foro del “Via” (Drill check), ovvero il diametro interno è troppo piccolo o di un valore “non standard”. Clicchiamo quindi col tasto destro sul “Via” e scegliamo “Properties”. Il valore incriminato è “Drill”. Generalmente è un valore che viene espresso in “inch” (pollici), ma avendolo precedentemente settato in millimetri, potremmo avere difficoltà tra le due unità di misura.

Perfezionamenti 6

Forniamo, per vostra comodità, l’esatto valore espresso in mm (0.6096) ed in inch (0.024).

Il nostro PCB è finalmente pronto per la stampa!

 

CREAZIONE DEI FILE GERBER

Per far sì che le aziende produttrici di PCB possano sviluppare la nostra scheda c’è bisogno di creare i suddetti file denominati “gerber”. I file gerber sono nient’altro che i file con le informazioni utili (piste layer superiore, piste layer inferiore, serigrafie layer inferiore, serigrafie layer superiore, fori) da dare in pasto alla macchina che svilupperà la scheda.

Fortunatamente ogni azienda mette a disposizione dell’utente un file di tipo “Job” che non è nient’altro che un file di configurazione precompilato dall’azienda, che rispecchia i parametri richiesti dalla macchina per produrre un PCB correttamente.

La procedura per creare i file gerber è molto semplice. Innanzitutto cerchiamo e scegliamo l’azienda che ci produrrà i PCB (ad esempio su Google). Molte di queste hanno un modulo online che ci permette di calcolare i costi di produzione per un numero N di pezzi, a seconda delle dimensioni o dell’area del nostro PCB, e che fornisce anche il file Job scaricabile per EAGLE o per altri software. Qualora il file Job non dovesse essere disponibile, basterà semplicemente contattarli via telefono o e-mail per chiedere informazioni o mettersi d’accordo.

Una volta ottenuto il file Job, dall’editor della board, andiamo su “File -> CAM Processor”, e sulla finestra che apparirà clicchiamo su “File ->Open->Job…”, quindi scegliamo il file Job fornitoci dall’azienda che ci produrrà le schede (nel nostro caso iMall di ITEAD Studio).

CAM Processor

Premendo “Process Job”, EAGLE genererà i file gerber necessari per l’azienda. I file verranno generati nella stessa cartella del nostro progetto.

A questo punto non dovremo fare altro che seguire le istruzioni forniteci dall’azienda per inviare loro i file gerber in modo che possano finalmente produrci le schede!

 

STAMPARE LE SCHEDE COL BROMOGRAFO

Nel caso aveste un bromografo e desideraste creare le schede in casa, potete creare un file .PDF da condividere e da stampare.

Nella finestra dell’editor della board andiamo su “View -> Layer settings…” che ci mostrerà una finestra con tutti i layer selezionati. Premiamo su “None”, poi sul numero dei primi quattro layer (1, 16, 17, 18) ed infine su “Ok”. Noteremo subito che sull’editor rimarranno solo le piste ed i contatti. Andiamo dunque su “File -> Print…”, assicuriamoci che “Printer” sia impostata su “Print to File (PDF)”, che “Paper” sia impostato su “A4”, che “Scale Factor” sia impostato su “1” e che l’opzione “Black” sia attiva. Gli altri parametri sono a discrezione dell’utente. E’ possibile seguire la configurazione riportata nelle immagini sottostanti.

Nota: Si ricorda ancora una volta che per la stampa col bromografo è necessario creare il disegno su un UNICO layer (preferibilmente quello inferiore). Se avete la possibilità di creare un PCB a doppio layer ricordate di creare due stampe, disattivando uno dei due layer ogni volta, altrimenti le piste si sovrapporranno!

Selezione livelliAnteprima PCB
Di seguito un piccolo esempio di un PCB disegnato da noi e prodotto da un’azienda estera quale ITEAD Studio citata in precedenza.

Schema PCB di esempio
PCB di esempio pre-produzionePCB di esempio prodotto e montato

PDF Download

 

Si conclude quindi la breve guida introduttiva al software EAGLE prodotto dalla CadSoft, speriamo vivamente che possa aiutare molti appassionati d’elettronica a continuare e migliorare le proprie capacità in questo fantastico settore!

L’autore non si assume alcuna responsabilità circa eventuali danni a cose o persone derivanti dall’uso scorretto di questa guida.

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