Авто трассировка печатных плат

Трассировка печатной платы в KiCAD

Введение

Рассмотрим этот инструмент подробнее применительно к уже решенной мною задаче — трассировке печатной платы для преобразователя уровней на базе MAX232.

1. Установка KiCAD и библиотек

Дистрибутив программы и инструкции по установке имеются на её официальном сайте. Так как я предпочитаю использовать Linux, а конкретно Arch Linux, то установка сводится к заклинанию для пакетного менеджера

Первый пакет — сама программа, второй — библиотеке компонентов, третий — 3D-модели компонентов. Собственно и всё. Аналогичный набор пакетов имеется для всех популярных дистрибутивов Linux. Для Windows качаем бинарный инсталлятор здесь. Для macOS все аналогично. В общем, установка элементарна и затруднений не вызывает.

2. Чертим принципиальную схему

Запустив KiCAD мы увидим главное окно программы. Оно содержит дерево проекта и кнопки вызова программных компонент, предназначенных для различных этапов проектирования устройства.

/work/kicad/rs232, и проект назову rs232.

После создания проекта в дереве образуются два файла: rs232.pro — файл проекта; rs232.sch — файл принципиальной схемы. Дважды кликаем по файлу схемы и переходим Eeschema — программу для рисования схем

Формат основной надписи чертежа, естественно буржуазный. Но нас пока не интересует следование ГОСТ и ЕСКД. Нам надо оценить возможности пакета для решения конкретной практической задачи, путь даже такой простой. Поэтому приступим к рисованию схемы.

С правой стороны окна расположена панель инструментов. На ней имеется кнопка с изображением операционного усилителя — жмем на неё и переходим в режим размещения компонентов. Кликая мышью в поле схемы мы инициируем появление диалога

В строке фильтра начинаем набирать «max232». система производит поиск по библиотеке и предлагает нам интересующую нас микросхему. Выбираем её, жмем ОК и курсором мыши помещаем компонент в нужное место схемы. Аналогичным образом кладем на схему электролитический конденсатор, который отзывается в KiCAD по имени CP

Наводим курсор на конденсатор, жмем «V» и в появившемся окне задаем его номинал

Если навести курсор на любой элемент, в частности только что добавленный конденсатор, то нажатием соответствующих клавиш можно выполнять следующие действия

M — переместить компонент (начать перемещение)
C — создать копию компонента
R — повернуть компонент по часовой стрелке
X — отразить компонент относительно горизонтальной оси
Y — отразить компонент относительно вертикальной оси

Действуя описанным образом, размещаем все остальные компоненты схемы. Нам понадобятся следующие элементы

Кроме того, нам понадобится земля и питание +5 В. Эти элементы добавляются в режиме размещения портов питания, который включается на правой панели кнопкой с символом «земли». Нам понадобятся следующие порты: GND — собственно «земля»; +5V — без комментариев.

В конечном итоге на поле схемы у нас получится что-то вроде этого

Теперь, нажатием кнопки с изображением зеленой линии переходим в режим «Разместить проводник» и соединяем выводы всех элементов согласно принципиальной схеме устройства. Если нам нужна дополнительная «земля», наводим курсор на ближайшую «землю», жмем «C» и клонируем её, без отрыва от процесса соединения элементов. В конечном итоге у нас получится следующая схема

Задаем интересующие нас настройки и жмем «Обозначить компоненты». Теперь другое дело

Полагая, что мы закончили схему, проверяем правильность её построения с точки зрения правил KiCAD. Для этого жмем на верхней панели кнопку с изображением божьей коровки с зеленой галочкой. В предложенном нам окне жмем кнопку «Выполнить» и получаем результат

Ошибок нет, но зато есть 13 предупреждений. Эти предупреждения принципиальны — они указывают на то, что некоторые выводы элементов у нас никуда не подсоединены, а также на то, что мы не подали питание на схему.

Неиспользуемых выводов у нас много. Чтобы система не ругалась на нас по их поводу, отметим эти выводы ка неиспользуемые. Для этого выберем режим указания неиспользуемых пинов нажатием кнопки с косым крестом «X» на правой панели, так называемый флаг «Не подключено». Помечаем этим флагом все незадействованные пины

Входы второго канала MAX232 (ножки 8 и 10) подтягиваем к «земле», с тем чтобы гарантировать нулевое напряжение на них при работе устройства.

После этого проверяем схему ещё раз

Отлично, всего два предупреждения о не подключенном питании. Питание в нашем случае подается с другого устройства через штыревую колодку P1, поэтому системе следует указать не это, используя виртуальный порт питания PWR_FLAG. Устанавливаем этот порт питания на схему и подсоединяем его к порту питания +5V, к «земле» и проводу идущему от разъема P1 к диоду, как показано на рисунке

Таким образом мы указываем системе по каким линиям в схему подается питание и следующая проверка проходит уже без ошибок и предупреждений. Сохраняем готовую схему.

выбираем родной для KiCad формат списка цепей, задаем имя файла списка rs232.net и жмем кнопку «Сформировать».

Схема готова и можно приступать к следующему этапу

2. Связывание компонентов и их посадочных мест

В первой колонке расположен список доступных библиотек. Во второй колонке — список компонентов, представленных в нашей схеме. В третьей — список доступных посадочных мест. Скажем нам нужна определится с форм-фактором конденсатора C1. У нас имеются в наличии конденсаторы Ether для монтажа в отверстия с диаметров 5 мм, высотой 11 мм и с расстоянием между выводами 2 мм. Хорошо, выбираем библиотеку Capacitor_ThroughHole (конденсаторы для монтажа в отверстия) в первой колонке, конденсатор C1 во второй колонке и посадочное место C_Radial_D5_L11_P2 в третьей колонке. Двойным щелчком по выбранному посадочному месту связываем его с компонентом. Справа от конденсатора C1 появится выбранное посадочное место, как показано на рисунке выше.

Для проверки посмотрим на чертеж посадочного места, нажав кнопку с изображением микросхемы под лупой на верхней панели

Нажав в окне просмотрщика кнопку с изображением микросхемы, мы увидим 3D-модель компонента

Убеждаемся, что выбранное посадочное место соответствует фактической детали, имеющейся у нас. Таким же образом связываем и остальные компоненты. У меня вышел вот такой список

Надо сказать найти нужное посадочное место с непривычки довольно трудно. Но мне удалось обойтись стандартными библиотеками. В любом случае, проблема отсутствия нужной детали решается путем гугления или самостоятельного изготовления (но это выходит за рамки статьи).

Сохраняем полученный список, закрываем CvPcb и заново генерируем список цепей. Теперь всё готово чтобы приступить к непосредственной разводке платы.

3. Разводка печатной платы

Для настройки правил трассировки идем в меню «Правила проектирования» и в окне

задаем ширину дорожек, зазор между ними, диаметр отверстий, диаметр сверла в соответствии с имеющимися у Вас техническими возможностями. Мои настройки представлены на скриншоте.

Если мы не ошибались на предшествующих этапах, процесс пройдет без ошибок. Закрываем окно и видим, что компоненты разместились в окне чертежа платы

Разумеется они все слиплись в кучу. И их придется растащить на предназначенные для них места. Перемещение компонентов происходит теми же командами что и в редакторе схем — наводим курсор на элемент и жмем «M». Если мы хотим переместить компонент на другую сторону платы, то в режиме перемещения нажимаем клавишу «F». Так следует поступить с микросхемой U1, ибо она располагается со стороны дорожек, ввиду SMD-исполнения корпуса.

Попыхтев немного получаем что-то подобное

Стараемся размести компоненты так, чтобы получалось как можно меньше пересекающихся связей. Теперь можно приступать к трассировка. Автоматическая трассировка у меня не вышла, возможно я не до конца разобрался с её настройками. Для ручной трассировки перейдем в режим трассировки нажав на верхней панели кнопку «Режим дорожек: автотрассировка».

Правой кнопкой мыши щелкаем по пустому пространству рабочего окна и в выпавшем меню выбираем «Выбор рабочего слоя». В появившемся окне выбираем слой B.Cu (медь с обратной стороны платы)

Наводим курсор на какой-либо пин и жмем «X». Появится дорожка, идущая от выбранного пина до текущего положения курсора. Тянем эту дорожку, фиксируя её промежуточные точки однократными щелчками мыши. По завершении, на последнем пине делаем двойной щелчок. Если нам не нравится результат, жмем Esc отменяя проведенную дорожку. Другие полезные команды и их горячие клавиши доступны в контекстном меню, вызываемом правой кнопкой в момент трассировки.

Надо сказать что процесс трассировки интуитивно понятен и довольно скоро мы получаем результат

Желтой линией на скрине показан контур платы. Чтобы нарисовать его переходим в слой Edge.Cuts (список слоев расположен в окне программы справа) и инструментом «Линия или полигон» (кнопка с изображением пунктирной линии на правой панели инструментов) рисуем контур платы.

Результат выглядит довольно симпатично, правда монтаж можно сделать и поплотней.

Задаем печатаемый слой (B.Cu — медь с задней стороны платы), обязательно выставляем галочку «Зеркально», проверяем что выставлен масштаб 1:1 и убираем галку «Печать рамки листа». Жмем печать. Если у нас нет принтера, то печатаем в PDF

Получая на выходе искомый шаблон

Заключение

Надо сказать, что я довольно бегло пробежался по возможностям KiCAD, обращая внимание лишь на ключевые моменты его использования. Эта статья некоторый вводный мануал, обобщающий весьма разрозненную информацию, имеющуюся в сети. Тем не менее он может служить хорошим стартом.

Можно сделать вывод, что программа вполне пригодна для проектирования печатных плат, учитывая что описание всех её возможностей выкатится не в один десяток подобных статей. Её несомненным преимуществом является бесплатность и открытый формат всех конфигурационных файлов и библиотек, дающих бескрайний простор для расширения компонентной базы.

Надеюсь было интересно. Спасибо за внимание!

Источник

Авторазмещение элементов и автотрассировка печатных плат

На написание статьи меня подтолкнула программа, на которую я наткнулся в поисках способов автоматизации разработки печатных плат (а упоминаний, тем более статей про неё я на хабре не нашёл). Но, обо всём по порядку.

Итак, конструкция разработана, собрана на макетной плате, проверена в действии. Дальше — печатная плата. Если верить форумам, то многие (в том числе и мои знакомые) используют Sprint-Layout. Но ведь это ручная работа, тот же карандаш и бумажка, только в электронном виде. Зачем все эти ядра процессора и гигабайты памяти, если приходится всё равно работать ручками? Признаюсь, меня это всегда коробило.

Сейчас я расскажу, как добился удовлетворительного для меня результата в автоматическом режиме.

Красивая картинка для привлечения внимания

А использовал я связку Proteus плюс TopoR Lite.

Сразу скажу, что к данным продуктам имею отношение лишь как пользователь и ни в коем случае не рекламирую их. Тем более, что Proteus можно спионерить найти на просторах интернета (конечно же в ознакомительных целях), а TopoR Lite бесплатен (с некоторыми ограничениями).

Почему именно эти программы?

Изначально пользовался Proteus. Не помню, с чего началось, но меня вполне устроило: можно рисовать схемы, моделировать работу, разводить платы. Первые два получались хорошо, последнее не нравилось, искал идеал.
Я пытался рисовать схему в Eagle. Но то ли я рукожопый, то ли нужны особые привычка и сноровка, в общем, мне не понравилось. Сначала я долго не мог понять, как добавить элемент. Потом оказалось, что нужно подключать библиотеки с необходимыми элементами. А откуда я знаю, как называется библиотека, если я и названия элемента-то не знаю (например, разъёмы я ищу исключительно по картинкам). В Eagle по умолчанию не оказалось нужных мне Attiny2313 и Atmega328. Пришлось гуглить/скачивать/копировать нужную библиотеку. Ну и шины питания в Proteus подключены сразу (и даже эти пины у микросхем скрыты, чего внимание отвлекать), а тут пришлось раскидывать их явно. Итогом через полчаса тыканий оказалась одна микросхема, подключенная к питанию.

Я пытался рисовать в DipTrace. В принципе, рисовать удобно. Однако нет (или не нашёл) симуляции работы, мне это нужно и для отладки схемы, и для отладки программ МК. Взгруснул и вернулся в ISIS.

Зачем внешний трассировщик TopoR, если в ARES есть встроенный? Он уныл. Те цепи, которые не может развести, он просто бросает. Если с двусторонней разводкой этого почти не происходит, при односторонней и минимальных габаритах платы получается ужас. А поскольку текстолит у меня односторонний, да и делать двусторонние платы сложнее, я решил — хочу с одной стороны плюс перемычки.

Авторазмещение в ARES тоже ужас, но альтернатив я не нашёл, а вручную делать ничего не хочется. Как говорится, на безрыбье и щуку раком.

Итак, предлагаю рассмотреть средства автоматизации на стандартном примере из Proteus 8 — Thermo.

Переходим в ARES, удаляем всю ту красоту, что наделали хитрые создатели Proteus и нажимаем на Auto-placer. Тут открывается ещё один недостаток этого инструмента: он умеет помещать компоненты только на одну сторону платы (я полчаса потратил в поисках решения, пока в справке не прочёл, что это невозможно). Т.е. если вы используете и SMD корпуса, и обычные и хотите, чтобы они были с разных сторон платы — придётся ручками перемещать компоненты с одной стороны на другую, причём каждый по-отдельности.

Итогом авторазмещения становится такая картина:

Дабы посмотреть, как в ARES работает автороутер, идём в Design Rule Manager, выставляем дороги POWER и SIGNAL только с одной стороны (у меня Top Copper), ширину T25 (чтоб с ЛУТ проблем не было) и запускаем Auto-router.

Вот что получается:

То есть 43 дорожки он не развёл и придётся делать перемычки.

Что ж, давайте опробуем TopoR.

15 перемычек против 43 в ARES — гораздо лучше!

Потратив 5 минут и чуть переместив компоненты/раздвинув границы платы можно получить 10 переходов (5 перемычек), что уже допустимо:

А как по мне — 5 минут перемещать уже накиданное гораздо веселей, чем с нуля всё раскладывать по плате.
Белые кружочки — нарушения DRC (дорожки/компоненты расположились слишком близко). Не беда — вручную чуть передвинем эти самые компоненты и дорожки и нажмём F7 — они аккуратно перепроложатся, ошибки устранены (впрочем, я видел, как эта самая F7 глючит: после очередного нажатия ложит одну из дорог поверх нескольких других, а потом ругается об ошибке).

Специфичная для TopoR кривизна дорожек веет тёплой ламповостью и напоминает про времена, когда платы разводили карандашом на листочке в клеточку, а на текстолите рисовали нитрокраской/нитролаком и иголкой/шприцем/пастиком гелевой ручки. Лично меня это прёт.

Когда результат получится удовлетворительный, можно либо экспортировать плату, либо распечатать прямо из программы (есть даже галочка Зеркальное отображение, видимо специально для ЛУТ).

Пример реальной платы:

Полигоны в TopoR рисовать можно, причём сплошные/штрих/сетка, но я про них забыл. На этой плате нарисовал их маркером для дисков. Штрихованные пятачки — как раз перемычки.

Буду рад, если статья помогла кому автоматизировать нудные процессы. Буду благодарен, если расскажете про более удобные инструменты для авторазмещения и автотрассировки (особенно авторазмещения).

Источник

Электроника для всех

Блог о электронике

Работа в Eagle CAD. Часть 3. Автоматическая трассировка плат

Ленивый я стал, раньше все разводил ручками. А сейчас, делая плату с тремя микрухами логики и одним мелким проциком, понял, что одним слоем я никак не обойдусь. А раз так, то гулять так гулять. В Eagle есть автотрассировщик который довольно шустро разводит по двум слоям и при этом имеет много настроек, постараюсь дать их описание, а также общие рекомендации по трассировке.

Расставляем компоненты
Один из главных недостатков Eagle CAD — отсутствие авторасстановщика компонентов. Это минус, т.к. от оптимальной расстановки зависит очень много. Но не беда, расстановку можно делать и вручную, главное делать это сразу же, по мере добавления деталей на схему. Словно мы хотим развести все вручную. Если сначала нарисовать схему, а потом пытаться расставить, то получится такая каша, что понять что то там будет совсем нереально. А так мы сожрем этого слона по кусочкам, сильно облегчив автороутеру жизнь.

Был у меня вот такая схема:

Не бог весть какая сложная, но тем не менее в ней хватает дискретной логики, а логику разводить всегда мерзко. Врукопашную на нее ушел бы весь вечер, не меньше.

После ручной расстановки получилось что то похожее на это:

Параметры DRC я выставил исходя из условий изготовления джедайским лазерным утюгом. А именно — зазоры 0.3мм, минимальная дорожка 0.2мм, пятачки и переходки побольше, чтобы не меньше чем 1.8мм в диаметре — мне еще их без станка сверлить и попадать переходки между слоями.

Осталось нажать кнопу Auto (Автотрассинг) и настроить параметры трассировки:

Сразу скажу, что я хоть и знаю что значит большинство параметров, но сказать как лучше их выстроить не подскажу. У меня не очень большой опыт работы с этим трассировщиком (предпочитаю юзать Топор)

Содержимое всех дальнейших вкладок одинаковое, поэтому я вначале опишу что там зачем, а потом расскажу, что внутри можно подкрутить.

Вкладка Follow-me — настройка полуавтоматического трассировщика. Задает стратегию работы инструмента Follow-me. Т.е. когда тыкаешь начало и конец трассы, а трассер сам тебе предлагает вариант прокладки маршрута.

Вкладка Busses — стратегия прокладки шин. Помните, что можно кидать на схемотехнике шины. Синая такая линия. К которой подсоединяются именованые проводнички. Она не только визуально направляет взгляд и дает соответствие схемы гостам, но и как бы обьединяет проводники в шину, что учитывается трассировщиком. Шины разводятся в первую очередь.

Route — первичная трассировка. Идет сразу после шин. Пробрасывает как бы черновой вариант.

Optimize1…n — Оптимизации чернового варианта, подгон их под заданные параметры. Т.е. если в черновом варианте у нас стопитцот дырок получилось, но нам это совсем не надо, то в оптимизациях мы задаем правила, чтобы число дырок от итерации к итерации снизить к минимуму. За один прием сразу это сделать не получится, орел же птица, а у птиц мозга немного. Поэтому тут нужна целая стая последовательных оптимизаций — коллективный разум. Их там можно вручную надобавлять очень много. Но и ждать придется долго. Я бывало и на ночь ставил 🙂

А теперь о том, что внутри вкладок и что за что отвечает. А там цены действий. Орел птица не только гордая, но и жадная. Поэтому при трассировке оперирует понятием цены. Если мы сказали, что много дырок слишком дорого, то он будет пытаться дырки избегать, чтобы снизить цену.

Layer Cost — цена слоя. Можно указывать приоритет одного слоя над другим. Например, можно нижний слой сделать очень дешевым, а верхний очень дорогим. В результатет разводка пойдет по максимуму внизу, а сверху разве что перемычек настрогает. Но тут тоже не все так просто, одной ценой слоя не обойтись.

Maximum — разные максимумы

Cost — Цены элементов

Когда все настроили, жмем ок и можно идти заваривать чай, а то лечь спать. Процесс неторопливый и медитативный. В результате роутинга вначале получится что то подобное:

Что поначалу вызвает неслабый батхерт и производство кирпичей в промышленном масштабе. Но не все так плохо, скорей всего оптимизатору удасться из этого кошмара что нибудь нарулить.

Вот, после третьей оптимизации, уже гораздо приличней:

Потом, когда процесс остановится, надо посмотреть сколько процентов. Если внизу окна будет 100% — значит вся плата разведена полностью. У меня вот загорелось 99.2% и видно, что одну дорогу он таки не осилил.

Ее надо пробросить вручную.

Заходим в File — Run. Запускаем скрипт statistic-brd.ulp и смотрим что у нас получилось. Выдало, что у нас 82 переходные дырки. Терпимо, но, честно говоря, не фонтан. Я на этой схеме птичкой добивался около 70 (но того результата у меня не сохранилось и я тут просто заново, ради статьи, запустил автороутинг).

Если сейчас внимательно начать разглядвать плату, то наверняка можно будет найти кучу путей, где можно сооптимизировать, выкинув лишние дырки. В среднем дырок на 10 можно будет ее сократить вручную. Заодно убрать много кривых и некрасивых мест.

Но все же мне не нравится как трассирует орел, поэтому я в орле развожу либо вручную, либо составляю нетлист, а остальное делаю уже топором.

О совершенно убийственной штуке под названием TopoR я расскажу в следующей статье.

Спасибо. Вы потрясающие! Всего за месяц мы собрали нужную сумму в 500000 на хоккейную коробку для детского дома Аистенок. Из которых 125000+ было от вас, читателей EasyElectronics. Были даже переводы на 25000+ и просто поток платежей на 251 рубль. Это невероятно круто. Сейчас идет заключение договора и подготовка к строительству!

А я встрял на три года, как минимум, ежемесячной пахоты над статьями :)))))))))))) Спасибо вам за такой мощный пинок.

85 thoughts on “Работа в Eagle CAD. Часть 3. Автоматическая трассировка плат”

хорошая статья для ленивых) все равно нормально развести не получиться. если уж трассировать на авто то в топоре, только как там полигоны делать? буду ждать следующей статьи;)

Как это ни странно звучит, но большая часть знакомых специалистов по трассировке плат (не архисложных), практически, не используют авто-режимы ни для трасс, ни для компонентов. Главный аргумент — чтобы автотрассировщики «поняли», что от них требуется, придется угрохать времени не меньше, чем развести самому. Многие автотрассировку используют как подсказку.

Кстати, DI, вы очень уж увлекаетесь рванными цепями в схемном редакторе (если Вы ее рисовали), используя Net Label — расбросанные куски хуже воспринимаются в прочтении схемы. Это мое мнение.

А я наоборот не воспринимаю лапшу из линий по схеме. Разве что в пределах функционального блока.

Ну, для этого есть инструмент Bus. )

От того, что на схеме будет синяя колбаса она читабельней не будет

Дело вкуса (это не панацея), но — будет. Во-первых вхождение и выходы на «колбасе» найти легче и зрительно, все же проводник.

Поддержу. Схемы с «колбасой» привычнее что ли.

Да, для такой простой схемы вполне можно было все связи нарисовать. Тогда вся схема воспринималась бы подсознательно одним взглядом, как целое, и прочно сидела в голове.
А при таком дурацком стиле рисования приходится для каждого вывода лазить по всей схеме, сличая бестолковые имена цепей, причем неизвестно заранее, на сколько точек еще эта цепь пойдет. Отследил одну, начал искать другую, забыв при этом передыдущую. Меня всегда бесили схемы ECовской техники, где надо было пролистать полальбома, чтобы найти нужное соединение. Но там элементов были тысячи. Создавать же проблемы в простых схемах не вижу никакого смысла. Почему из за лени одного человека десятки, а то и сотни других должны мучаться, додумывая за него соединения? Да и самому неудобно каждый раз распутывать эту абракадабру заново. Куда проще пробежать глазами по линии, чем анализировать разбросанные по всему листу индексы… Когда я рисовал здоровенные схемы в ORCade, и то обьединял в шины только шины адреса и данных, остальное же всегда разрисовывал полностью. Современные же схемы настолько просты, что ничто (кроме собственной лени) не мешает нарисовать ее по человечески. Хотя бы из уважения к тем, кто будет ее просматривать.

Кстати, полностью разрисованную схему и разводить гораздо проще. По ней уже видно, куда что идет, где возможны сложные пересечения. А когда кусочки схемы разбросаны по всему листу, безо всякой связи между ними, поневоле остается довериться автотрассировщику. И получить в результате вместо нормальной разводки запутанную паутину с кучей переходов. Может, для изготовления платы на заводе, с металлизацией, это и пройдет, но для утюга не годится. Да и неизвестно, как такая плата будет еще работать, из за кучи паразитных связей неоптимальной разводки…

Жуть, ручками конечно долго, но выходит на много лучше (для не больших плат)

Мало того, расставляя вручную компоненты, уже прикидываешь как будет выглядеть трассировка.

Уважаемый DI HALT!
Подскажите как Вам можно написать личное сообщение на почту.
Я слал на адрес: di_halt@jabber.ru
Почему-то выдает ошибку.
Зарание благодарен.

Да ну эти автотрассировщики в пень, лучше уж руками =)
Автотрассировку в том же альтиуме использую иногда, чтобы быстро определить, можно ли вообще развести в один слой и сколько понадобиться перемычек. Потом развожу руками.
А по поводу net label, имхо их надо юзать когда либо далеко тянуть провод, либо изображение загромождается. Или же когда нужно подключить один источник напряжения, вполне наглядно смотрится и нет смысла по всей схеме тянуть какие-нибудь 5В питания.
С другой стороны, когда все пихают в шину, тоже не всегда удобно читать.

Источник