УДК 621.3.049.75:004.9Eagle
ББК 32.844.12-022с515
С42
С42 Разработка печатных плат в EAGLE / пер. с анг. А. Э. Бряндинского. – М.:
ДМК Пресс, 2018. – 370 с.
Скарпино М.
ISBN 978-5-97060-479-3
Книга известного американского специалиста посвящена пакету программ
для разработки печатных плат EAGLE. Автор не просто показывает все особенности
и возможности программы, он освещает технологические основы производства
печатных плат и представляет способы и оборудование для этого.
Изучение материала основано на проектах реальных устройств – Arduino
и BeagleBone, которые вполне можно собрать самостоятельно, прочитав книгу.
Также большое внимание уделено автоматизации рутинных задач, возникающих
перед инженерами.
Издание будет полезно радиолюбителям, радиоинженерам, схемотехникам
и разработчикам печатных плат, а также студентам вузов и ссузов.
УДК 621.3.049.75:004.9Eagle
ББК 32.844.12-022с515
Authorized translation from the English language edition, entitled Designing Circuit Boards
with Eagle: Make Hight Quality PCBs at Low Cast; ISBN 013381999X; by Scarpino, Matthew;
published by Pearson Education, Inc., publishing as Addison-Wesley professional. Copyright
© 2014 by Pearson Education, Inc.
All rights reserved. No part of this book may be reproduced or transmitted in any form or by
any means, electronic or mechanical, including photocopying, recording or by any information
storage retrieval system, without permission from Pearson Education, Inc. RUSSIAN language
edition published by DMK PUBLISHERS, Copyright © 2018.
Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой
бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения
владельцев авторских прав.
ISBN 978-0-13-381999-1
ISBN 978-5-97060-479-3
Copyright © 2014 Pearson Education, Inc.
© Оформление, издание, перевод,
ДМК Пресс, 2018
Стр.5
Содержание
Предисловие ......................................................................................................................................17
Благодарности ..................................................................................................................................19
Об авторе ..............................................................................................................................................20
Часть I
Введение ...............................................................................................................................................21
Глава 1
Представление EAGLE ................................................................................................................22
1.1. Ураганный тур по EAGLE ...........................................................................................................23
1.1.1. Библиотека компонентов ...............................................................................................23
1.1.2. Редактор схем .....................................................................................................................24
1.1.3. Редактор печатных плат ..................................................................................................25
1.1.4. Редакторы компонентов .................................................................................................25
1.1.5. Автотрассировщик .............................................................................................................26
1.1.6. Процессор CAM ...................................................................................................................26
1.2. Получение EAGLE ..........................................................................................................................27
1.3. Лицензирование ............................................................................................................................28
1.4. Организация этой книги .............................................................................................................29
Часть I «Предварительное введение» ...................................................................................29
Часть II «Разработка Arduino Femtoduino» .........................................................................29
Часть III «Дополнительные возможности» ..........................................................................29
Часть IV «Автоматизация EAGLE» ............................................................................................30
Стр.6
6 Содержание
Часть V «BeagleBone Black» ......................................................................................................30
Архив файлов с примерами ......................................................................................................30
1.5. Больше информации ....................................................................................................................30
1.5.1. Element14 – www.element14.com ...............................................................................31
1.5.2. SparkFun – www.sparkfun.com ......................................................................................31
1.5.3. YouTube – www.youtube.com .........................................................................................31
1.5.4. CadSoft – www.cadsoftusa.com/www.cadsoft.de ....................................................31
1.6. Заключение......................................................................................................................................32
Глава 2
О печатных платах и их разработке в EAGLE ..........................................................33
2.1. Анатомия печатной платы..........................................................................................................33
2.1.1. Электрорадиоэлементы и радиодетали ...................................................................34
2.1.2. Однослойные платы ..........................................................................................................35
2.1.3. Двухслойные платы ..........................................................................................................38
2.1.4. Многослойные платы .......................................................................................................39
2.1.5. Файлы Gerber и Excellon .................................................................................................40
2.2. Обзор проектирования схем в EAGLE ..................................................................................41
2.2.1. Создание проекта ..............................................................................................................41
2.2.2. Создание проекта схемы ................................................................................................42
2.2.3. Разработка печатной платы...........................................................................................44
2.2.4. Трассировка связей ...........................................................................................................45
2.2.5. Генерация рабочих файлов ...........................................................................................46
2.3. Заключение......................................................................................................................................48
Глава 3
Разработка простого устройства .......................................................................................49
3.1. Инвертирующий усилитель .......................................................................................................49
3.2. Первые шаги....................................................................................................................................51
3.2.1. Установка библиотеки EAGLE этой книги .................................................................51
3.2.2. Создание нового проекта и схемы .............................................................................52
3.3. Схема инвертирующего усилителя ........................................................................................53
3.3.1. Инструменты на вертикальной панели инструментов .......................................54
3.3.2. Добавление компонентов в проект ............................................................................55
3.3.3. Терминология EAGLE ........................................................................................................57
3.3.4. Соединения между символами ....................................................................................58
3.4. Компоновка платы ........................................................................................................................60
Стр.7
Содержание 7
3.4.1. Создание проекта платы .................................................................................................60
3.4.2. Сетка ........................................................................................................................................61
3.4.3. Размеры платы и начало координат ..........................................................................62
3.4.4. Компоновка платы .............................................................................................................62
3.5. Трассировка .....................................................................................................................................63
3.5.1. Автотрассировщик .............................................................................................................64
3.5.2. Ручная трассировка...........................................................................................................65
3.6. Процессор CAM ..............................................................................................................................67
3.7. Заключение ......................................................................................................................................70
Часть II
Разработка Arduino Femtoduino ........................................................................................71
Глава 4
Разработка схемы Femtoduino ...........................................................................................72
4.1. Первые шаги....................................................................................................................................73
4.1.1. Создание нового проекта и схемы .............................................................................74
4.1.2. Конфигурирование сетки ...............................................................................................75
4.2. Кнопка сброса ................................................................................................................................76
4.3. Блок питания ...................................................................................................................................79
4.4. Микроконтроллер ATmega328P ...............................................................................................80
4.4.1. Конфигурация выводов ATmega328P ........................................................................81
4.4.2. Рисование схемы – ATmega328P .................................................................................82
4.5. Подключение разъемов ..............................................................................................................84
4.5.1. Разъемы плат расширения .............................................................................................84
4.5.2. Разъем внутрисхемного последовательного программирования
(ICSP) AVR ..........................................................................................................................................85
4.6. Классы цепей (Net classes) ........................................................................................................86
4.7. Проверка электрических правил проектирования..........................................................87
4.7.1. Предупреждения ERC .......................................................................................................88
4.7.2. Ошибки ERC ..........................................................................................................................88
4.8. Генерация проекта платы ...........................................................................................................88
4.9. Оформление схемы ......................................................................................................................89
4.10. Атрибуты и варианты сборки .................................................................................................90
4.10.1. Глобальные переменные ..............................................................................................90
4.10.2. Атрибуты, специфичные для компонентов ...........................................................90
4.10.3. Варианты сборки .............................................................................................................91
4.11. Заключение ...................................................................................................................................92
Стр.8
8 Содержание
Глава 5
Трассировка и правила проектирования ....................................................................93
5.1. Слои .....................................................................................................................................................93
5.1.1. Команда Display ..................................................................................................................93
5.1.2. Команда Mirror ....................................................................................................................96
5.2. Компоновка платы ........................................................................................................................96
5.2.1. Подготовка платы ..............................................................................................................96
5.2.2. Земляные слои и полигоны ...........................................................................................97
5.2.3. Размещение компонентов в контуре платы ...........................................................99
5.3. Проверка правил проектирования .....................................................................................102
5.3.1. Вкладка File .......................................................................................................................103
5.3.2. Вкладка Layers .................................................................................................................104
5.3.3. Вкладка Clearance ..........................................................................................................105
5.3.4. Вкладка Distance .............................................................................................................105
5.3.5. Вкладка Sizes ....................................................................................................................106
5.3.6. Вкладка Restring .............................................................................................................. 107
5.3.7. Вкладка формы Shapes .................................................................................................108
5.3.8. Вкладка Supply.................................................................................................................109
5.3.9. Вкладка Masks ..................................................................................................................109
5.3.10. Вкладка Misc...................................................................................................................110
5.4. Заключение...................................................................................................................................111
Глава 6
Трассировка .....................................................................................................................................112
6.1. Основы трассировки .................................................................................................................112
6.2. Ручная трассировка ...................................................................................................................113
6.2.1. Простой пример ..............................................................................................................114
6.2.2. Подключение микроконтроллера к разъемам ...................................................115
6.2.3. Создание переходных отверстий .............................................................................116
6.3. Следящая трассировка .............................................................................................................118
6.4. Автотрассировщик .....................................................................................................................119
6.4.1. Общая конфигурация ....................................................................................................119
6.4.2. Дополнительные параметры конфигурации .......................................................120
6.4.3. Работа автотрассировщика .........................................................................................122
6.5. Производство ПП на дому ......................................................................................................123
6.5.1. Обзор ...................................................................................................................................123
6.5.2. Метод переноса тонера ................................................................................................125
6.6. Заключение...................................................................................................................................126
Стр.9
Содержание 9
Глава 7
Генерация и представление рабочих файлов .....................................................128
7.1. Задание (Job) и процессор CAM ............................................................................................128
7.1.1. Процессор CAM ................................................................................................................128
7.1.2. Файл задания femtoduino.cam ...................................................................................129
7.1.3. Загрузка файла задания ...............................................................................................130
7.1.4. Выполнение задания .....................................................................................................131
7.1.5. Создание новых заданий – трафареты для паяльной пасты ........................132
7.2. Просмотр файлов Gerber .........................................................................................................133
7.3. Файлы сверловки ........................................................................................................................134
7.3.1. Файлы Excellon ................................................................................................................135
7.3.2. Файлы информации об инструменте в EAGLE ....................................................136
7.3.3. Cтек сверловки (drill rack)............................................................................................ 137
7.4. Передача рабочих файлов ......................................................................................................138
7.4.1. OSH park .............................................................................................................................138
7.4.2. Advanced Circuits .............................................................................................................139
7.4.3. Sunstone ..............................................................................................................................142
7.4.4. Eurocircuits .........................................................................................................................144
7.4.5. Seeed Studio ......................................................................................................................145
7.5. Заключение ................................................................................................................................... 147
Часть III
Расширенные возможности ...............................................................................................148
Глава 8
Создание библиотек и компонентов ...........................................................................149
8.1. Создание библиотеки ...............................................................................................................149
8.1.1. Терминология EAGLE .....................................................................................................150
8.1.2. Создание библиотеки ....................................................................................................150
8.2. Создание SIMPLE-TQFP16 .......................................................................................................151
8.2.1. Создание символа SIMPLE .........................................................................................151
8.2.2. Создание корпуса TQFP16 .........................................................................................154
8.2.3. Создание компонента SIMPLE-TQFP ......................................................................156
8.3. Создание VACUUM-TH ............................................................................................................... 157
8.3.1. Создание символа VACUUM ........................................................................................ 157
8.3.2. Создание TH9 Package ..................................................................................................159
8.3.3. Создание компонента VACUUM-TH ........................................................................160
Стр.10
10 Содержание
8.4. Создание TW9920 ......................................................................................................................160
8.4.1. Создание TW9920 символ ...........................................................................................161
8.4.2. Создание корпуса VFBGA100L-8X8 ........................................................................163
8.4.3. Создание компонента TW9920 ................................................................................ 167
8.5. Заключение................................................................................................................................... 167
Глава 9
Моделирование схем с LTspice ........................................................................................169
9.1. Введение в LTspice .....................................................................................................................169
9.1.2. SPICE и LTspice .................................................................................................................170
9.1.3. Получение LTspice ...........................................................................................................170
9.1.4. Пример моделирования – инвертирующий усилитель ...................................171
9.2. Разработка схемы ......................................................................................................................171
9.2.1. Добавление компонентов ...........................................................................................172
9.2.2. Перемещение компонентов .......................................................................................174
9.2.3. Создание связей ..............................................................................................................175
9.2.4. Имена компонентов и номиналы .............................................................................175
9.2.5. Именованные цепи ........................................................................................................176
9.3. Моделирование схемы.............................................................................................................178
9.3.1. Настройка параметров моделирования ................................................................178
9.3.2. Процесс моделирования ..............................................................................................179
9.3.3. Конфигурирование среды моделирования .........................................................181
9.4. Обмен проектами с EAGLE .....................................................................................................181
9.4.1. Импорт схем из LTspice в EAGLE ...............................................................................181
9.4.2. Экспорт схем EAGLE в LTspice ....................................................................................182
9.5. Заключение...................................................................................................................................183
Часть IV
Автоматизация EAGLE .............................................................................................................184
Глава 10
Команды редактора..................................................................................................................185
10.1. Введение в команды редактора ........................................................................................185
10.1.1. Синтаксис команд EAGLE ..........................................................................................185
10.1.2. Выполнение команд ....................................................................................................186
10.1.3. Подстановочные знаки и сокращенные формы .............................................. 187
10.1.4. Определение точек ...................................................................................................... 187
Стр.11
Содержание 11
10.2. Команды редактора схем .....................................................................................................188
10.2.1. Use ......................................................................................................................................188
10.2.2. Add ......................................................................................................................................189
10.2.3. name ..................................................................................................................................189
10.2.4. value ...................................................................................................................................190
10.2.5. attribute ............................................................................................................................190
10.2.6. smash .................................................................................................................................191
10.2.7. move ...................................................................................................................................191
10.2.8. rotate ..................................................................................................................................191
10.2.9. net .......................................................................................................................................192
10.2.10. bus ....................................................................................................................................193
10.2.11. label .................................................................................................................................193
10.2.12. frame ...............................................................................................................................193
10.3. Команды для проектов плат ................................................................................................194
10.3.1. grid ......................................................................................................................................194
10.3.2. layer ....................................................................................................................................195
10.3.3. display ................................................................................................................................195
10.3.4. mirror .................................................................................................................................196
10.3.5. signal ..................................................................................................................................196
10.3.6. ratsnest ..............................................................................................................................196
10.3.7. route.................................................................................................................................... 197
10.3.8. ripup ................................................................................................................................... 197
10.3.9. via ........................................................................................................................................ 197
10.3.10. auto ..................................................................................................................................198
10.4. Команды интерфейса библиотеки ....................................................................................199
10.4.1. open ....................................................................................................................................199
10.4.2. edit ......................................................................................................................................199
10.4.3. write ...................................................................................................................................200
10.4.4. wire .....................................................................................................................................200
10.4.5. arc ........................................................................................................................................200
10.4.6. rect ......................................................................................................................................201
10.4.7. circle ...................................................................................................................................201
10.4.8. pin .......................................................................................................................................202
10.4.9. pad ......................................................................................................................................204
10.4.10. smd ...................................................................................................................................204
10.4.11. prefix ................................................................................................................................205
10.4.12. package ...........................................................................................................................205
10.4.13. technology .....................................................................................................................206
10.4.14. connect ...........................................................................................................................206
10.5. Команды assign, change и set ............................................................................................. 207
10.5.1. assign .........................................................................................................................................208
Стр.12
12 Содержание
10.5.2. change ...............................................................................................................................208
10.5.3. set ........................................................................................................................................210
10.6. Скрипты конфигурации .........................................................................................................211
10.7. Заключение ................................................................................................................................212
Глава 11
Введение в User Language (UL) .......................................................................................214
11.1. Обзор UL ......................................................................................................................................214
11.1.1. Выполнение ULP ...........................................................................................................215
11.1.2. ULP и программы на C ................................................................................................215
11.3. Встроенные элементы (Builtins) ........................................................................................218
11.3.1. Встроенные константы ...............................................................................................219
11.3.2. Встроенные переменные ..........................................................................................220
11.3.3. Встроенные функции ..................................................................................................220
11.2. Простые типы данных и функции .....................................................................................216
11.2.1. Массивы ........................................................................................................................... 217
11.2.2 Строки ................................................................................................................................ 217
11.4. Структуры управления ...........................................................................................................223
11.4.1. Оператор if..else............................................................................................................223
11.4.2. Оператор switch..case .................................................................................................223
11.4.3. Циклы while и do..while.............................................................................................224
11.4.4. Цикл for ............................................................................................................................224
11.5. Оператор exit.............................................................................................................................225
11.6. Заключение ................................................................................................................................226
Глава 12
Исследование проектов с User Language ................................................................227
12.1. Типы данных UL-Specific ....................................................................................................... 227
12.1.1. Функции ...........................................................................................................................228
12.1.2. Цикличные функции ...................................................................................................228
12.1.3. Структуры верхнего уровня и их исполняемые операторы .......................229
12.2. Проекты схем (UL_SCHEMATIC) ..........................................................................................229
12.2.1. Функции данных UL_SCHEMATIC ...........................................................................230
12.2.2. Создание перечня элементов: компоненты и атрибуты .............................231
12.2.3. Цепи и классы цепей .................................................................................................. 237
12.2.4. Листы и рамки ...............................................................................................................241
12.2.5. Варианты ..........................................................................................................................242
12.3. Проекты плат (UL_BOARD) ....................................................................................................243
Стр.13
Содержание 13
12.3.1. Компоненты в проекте платы (UL_ELEMENT и UL_PACKAGE) ....................244
12.3.1. Слои и полигоны ...........................................................................................................246
12.3.2. Сигналы и контакты ..................................................................................................... 247
12.3.3. Отверстия и переходные отверстия .....................................................................251
12.4. Заключение ................................................................................................................................254
Глава 13
Создание диалоговых окон и пунктов меню........................................................255
13.1. Стандартные диалоговые окна...........................................................................................255
13.1.1. Message box ...................................................................................................................256
13.1.2. Диалоговые окна папок .............................................................................................259
13.1.3. Диалоговые окна File Open и File Save .............................................................260
13.2. Особые диалоговые окна и виджеты ..............................................................................261
13.2.1. Создание нового диалогового окна .....................................................................261
13.2.2. Виджеты меток и текстов ..........................................................................................262
13.2.3. Кнопки ..............................................................................................................................264
13.2.4. Виджеты редактирования .........................................................................................266
13.2.5. Виджеты списка ............................................................................................................268
13.2.6. Флажки и счетчики ......................................................................................................270
13.3. Разметка диалогов ..................................................................................................................271
13.3.1. Горизонтальные и вертикальные макеты ...........................................................272
13.3.2. Разметка по сетке и ячейки .....................................................................................273
13.4. Команда menu ...........................................................................................................................274
13.5. Заключение ................................................................................................................................275
Часть V
The BeagleBone Black ..............................................................................................................276
Глава 14
Проект схемы BeagleBone Black.....................................................................................277
14.1. Обзор BeagleBone Black .......................................................................................................278
14.2. Сложные схемы в EAGLE .......................................................................................................279
14.2.1. Листы .................................................................................................................................279
14.2.2. Секции и инструмент Invoke ...................................................................................280
14.2.3. Шины .................................................................................................................................281
14.3. Сигналы Memory/JTAG AM3359 ..........................................................................................282
14.3.1. Архитектура AM3359 ...................................................................................................282
Стр.14
14 Файлы библиотек EAGLE
14.4. Цепи ввода/вывода AM3359 ...............................................................................................285
14.4.1. Аналого-цифровое преобразование ....................................................................285
14.4.2. Связь по I2C ....................................................................................................................286
14.4.3. Связь по SPI .................................................................................................................... 287
14.5. Системная память ....................................................................................................................288
14.6. Блок питания ..............................................................................................................................290
14.7. Ethernet и USB ...........................................................................................................................292
14.7.1. Ethernet .............................................................................................................................292
14.7.2. USB ......................................................................................................................................292
14.8. Графический дисплей .............................................................................................................295
14.8.1. Шифрование HDCP ......................................................................................................295
14.8.2. Transition-Minimized Differential Signaling (TMDS) .......................................295
14.9. Заключение ................................................................................................................................296
Глава 15
Проект платы BeagleBone Black .....................................................................................297
15.1. Конфигурирование стека слоев ......................................................................................... 297
15.1.1. Слои земли и питания ................................................................................................298
15.1.2. Стек для четырехслойных плат ...............................................................................298
15.1.3. Стек слоев BBB ..............................................................................................................299
15.1.4. Конфигурация стека слоев BBB в EAGLE ............................................................300
15.2. Cоздание и трассировка корпусов BGA ..........................................................................301
15.2.1. Генерация корпуса BGA ..............................................................................................301
15.2.2. Трассировка сигналов от контактных площадок BGA ...................................303
15.3. Длина трасс и меандр ............................................................................................................306
15.3.1. Получение длины трассы ..........................................................................................306
15.3.2. Увеличение длины трассы ........................................................................................ 307
15.3.3. Трассировка дифференциальных пар ................................................................. 307
15.4. Проект платы BBB ....................................................................................................................309
15.4.1. Правила проектирования .........................................................................................310
15.4.2. Трассировка сигналов AM3359 ...............................................................................311
15.5. Заключение ................................................................................................................................313
Приложение А
Файлы библиотек EAGLE ......................................................................................................314
A.1. Анатомия файла библиотеки .................................................................................................314
A.2. Настройки, сетка и слои ..........................................................................................................316
Стр.15
Формат файлов Gerber
15
A.2.1. Настройки ..........................................................................................................................316
A.2.2. Сетка ....................................................................................................................................316
A.2.3. Слои ...................................................................................................................................... 317
A.3. Обзор элементов библиотеки ............................................................................................... 317
A.4. Символы .........................................................................................................................................319
A.4.1. Wire (Провода и линии) ..............................................................................................321
A.4.2. Текст ......................................................................................................................................321
A.4.3. Выводы................................................................................................................................322
A.4.4. Полигоны и их вершины ..............................................................................................323
A.4.5. Рамки ...................................................................................................................................325
A.5. Корпуса ...........................................................................................................................................326
A.5.1. Контактные площадки для сквозного монтажа ................................................. 327
A.5.2. Контактные площадки для поверхностного монтажа ....................................329
A.6. Devicesets ......................................................................................................................................330
A.6.1. Секции .................................................................................................................................330
A.6.2. Компоненты ......................................................................................................................332
A.7. Заключение ...................................................................................................................................336
Приложение В
Формат файлов Gerber ...........................................................................................................337
B.1. Основы формата Gerber .......................................................................................................... 337
B.2. Настройка глобальных свойств ............................................................................................339
B.2.1. Format Statement оператор формата (FS) ...........................................................340
B.2.2. Режим (MO) ........................................................................................................................341
B.2.3. Выбор оси (AS) (отменен) ............................................................................................341
B.2.4. Смещение (OF) (отменен) ............................................................................................341
B.2.5. Масштабный коэффициент (SF) (отменен) ...........................................................341
B.2.6. Зеркальное отображение (MI) (отменен) ..............................................................342
B.3. Определения апертур .............................................................................................................342
B.3.1. Окружность ........................................................................................................................343
B.3.2. Прямоугольник ................................................................................................................344
B.3.3. Прямоугольник со скругленными углами .............................................................344
B.3.4. Полигон ...............................................................................................................................344
B.4. Рисование форм .........................................................................................................................345
B.4.1. Экспозиция и перемещение ......................................................................................345
B.4.2. Интерполяция и G-коды ............................................................................................... 347
B.5. Апертуры пользователя (специальные) ...........................................................................349
B.5.1. Окружность ........................................................................................................................351
B.5.2. Прямоугольник ................................................................................................................351
Стр.16
16
B.5.3. Контур (Outline) ...............................................................................................................352
B.5.4. Полигон ..............................................................................................................................353
B.5.5. Муар .....................................................................................................................................353
B.5.6. Термал .................................................................................................................................354
B.5.7. Апертуры с несколькими примитивами .................................................................355
B.6. Заключение ..................................................................................................................................356
Предметный указатель ........................................................................................................... 357
Стр.17