Crashkurs eagle: vom Schaltplan zum PCB

Hallo zusammen,
hiermit begrüsse ich Euch zum zweiten Teil meines Crash-Kurses.
Nachdem wir im ersten Teil ( -> Crashkurs eagle: von der Idee zum Schaltplan <- ) einen Schaltplan entworfen haben, wollen wir jetzt die Grundlage schaffen, daraus eine Vorlage für die Produktion der Leiterplatte zu machen.

Bitte beachten:: diese Anleitung dient nicht dazu Elektronik-Grundlagen zu vermitteln.
Ich beziehe mich hier auf die kostenlose Lite-Edition von eagle, Version 7.5.0, 32 Bit für Linux, die ich unter Ubuntu einsetze. Abweichungen zur Windows-Version oder anderen eagle-Versionen sind deshalb durchaus möglich, halten sich aber hoffentlich in Grenzen.
Als Grundlage dient mein Projekt -> ATMEGA128 als Arduino <-.
Sowohl dieser Beitrag als auch die Themen "-> Crashkurs eagle: von der Idee zum Schaltplan <-" und "-> ATMEGA128 als Arduino <-" werden parallel zu den laufenden Projekt erstellt. Dadurch kann es zu Verzögerungen kommen.
Änderungen und neue Features dieses Themas werden hier in diesem, dem ersten Beitrag, dokumentiert. Evtl. Aktualisierungen könnt ihr der History am Ende des Beitrags entnehmen. Behaltet sie also im Auge, dann seid ihr immer auf dem aktuellsten Stand.

about eagle:

Positionierung der Bauteile
Bevor wir das jetzt in Angriff nehmen macht es Sinn eine vorhandene *.brd Datei zu löschen. Normalerweise sollte sie sowieso nicht vorhanden sein, es sei denn man hat mal aus Versehen oder Neugier ein Board von eagle erzeugen lassen.
Klickt jetzt in eagle in der Menüleiste "Board erzeugen" an. Ihr werdet gefragt, ob das Board erzeugt werden soll.

Bestätigt das mit ja und schon habt ihr alle Bauteile mit ihren Verbindungen im Board-Editor.
Achtung! Von nun an beim Ändern des Boards oder des Schaltplan immer beide - den Schaltungs- und den Board-Editor - geöffnet lassen. Es können sonst Inkonsistenzen auftreten.

Im Board-Editor seht ihr nun links unten in der Ecke einen "Klumpen" Bauteile und Verbindungen. In der Mitte des Bildschirms ist ein Quadrat, das die physikalischen Begrenzungen Eurer Platine darstellt ( in der Lite Version ist diese ja beschränkt ).

Jetzt geht es darum die Bauteile zunächst mal in dieses Quadrat zu ziehen und anschliessend durch Drehen und Verschieben zu platzieren.
Wundert Euch nicht über die Fehlermeldung "Einige Objekte stehen über die erlaubte Boardfläche hinaus". Die ganze Aktion muss möglich sein, ohne dass das Bauteil oder auch nur Teile davon während z.B. des Drehens ausserhalb des physikalischen Boards liegt. Deshalb: gerade vor dem Drehen immer mit genügend Abstand zum Rand platzieren!

Faustregeln:
Anschlüsse nach "aussen" wie Pinheader, Wannenstecker, ... möglichst am äusseren Rand des Boards platzieren.
Abblock- und Filter-Kondensatoren sowie Quartze so nah wie möglich an die betroffenen Bauteile setzen.
SMD-Bauteile evtl. gruppieren oder zumindest so platzieren, dass auch ein späterer Austausch kein Problem ist.
Offensichtliche Kreuzungen ( z.B. bei einfachen Bauteilen wie Widerständen, Elkos, ... ) evtl. vorher schon, durch Drehen des Bauteils, entflechten.
Möglichst kurze Verbindungen anstreben ( naja, so weit das eben geht ).

Platziert also jetzt die Bauteile nach o.g. Faustregeln so, dass Euch das Layout zusagt. Nehmt dabei keine Rücksicht auf die Verbindungen. Ich habe die Erfahrung gemacht, dass man aufgrund der Verbindungslinien nicht unbedingt auf den späteren Verlauf der Leiterbahnen schliessen kann.
Hilfreich ist dabei das Gruppierungs-Tool. Damit könnt ihr gleich mehrere Bauteile gleichzeitig verschieben, drehen, löschen ...

Tipp: mit dem Gruppierungs-Tool könnt ihr alle Bauteile eines Ausschnitts gemeinsam verschieben oder drehen.

Wenn alles so weit passt, unbedingt den Layout-Check machen!
Dazu in der Menüleiste DRC anwählen und den Check mit den Standard-Einstellungen starten.
Sind noch Fehler im Layout, kann nicht geroutet werden. Also die Fehler korrigieren und einen weiteren Check. Das dann bis alle Fehler weg sind.

Doch jetzt wird's spannnend: der Autorouter.
Klickt dazu unter Werkzeuge auf Autorouter. Lasst in den folgenden Einstellungen des Autorouters durch Anklicken von "Weiter" alles so wie es ist und startet dann den Autorouter.

Der nudelt jetzt erst mal eine Weile vor sich hin und fängt irgendwann an, Leiterbahnen zu ziehen. Ist er fertig (das seht ihr im Dialogfenster) mit "Job beenden" den Autorouter Dialog schliessen.

Achtung! Ruft auf alle Fälle nach dem Autorouter das Werkzeug Statistik auf. Hier erkennt ihr mit einem Blick ob die eine oder andere Leiterbahn nicht erstellt werden konnte.

In diesem Fall zurück zum Board-Editor, ripup und Umpositionieren.

Um diese nicht erstellte Leiterbahn zu finden, blendet ihr über die Layer-Einstellungen die beiden Layer Top und Bottom einfach aus.

Durch Verschieben und/oder drehen bzw. Tauschen des betroffenen Bauteils müsst ihr das halt jetzt solange ausprobieren, bis alle Luftlinien weg sind.

Tipp: habt ihr nach dem Routen etwas am Schaltplan geändert oder ein Bauteil nochmals verschoben, am besten die gesamte Platine mit dem Group-Tool auswählen und die Routen mit "Ripoff" löschen. Anschliessend (Check(s) nicht vergessen!) neu routen.

Finaler "Schliff"
Ich muss zugeben, dass ich jetzt mit Absicht mal die Bohrungen zur Befestigung unterschlagen habe. Das Einfügen der Bohrlöcher ist aber recht einfach. Einfach die passenden Bohrungen im Board-Editor einfügen und positionieren.
Zu finden sind die unter "holes" und dort z.B. "MOUNTING HOLE 3.2 mm with drill center"

Jetzt wieder den Layout-check durchführen und evtl. Fehler beheben ( meist sind das Unterschreiten der Abstände ). Durch Anklicken der Fehlermeldung zeigt Euch eagle die genaue Position des Fehlers an. Wenn dann alles ok ist, wieder den Autorouter seine Arbeit machen lassen.

Tipp: der Nullpunkt, also der Ausgangspunkt, auf den sich die Positionen beziehen, ist links unten, dort wo das kleine Kreuzchen ist.

An dieser Stelle ist das Board im Grunde genommen fertig.
Was jetzt noch folgt ist zwar schaltungstechnisch optional, sollte aber durchgeführt werden um einen gewissen Grad von Professionalität zu erreichen.
Es wird oft empfohlen, die Leiterbahnen der Zuleitungen (i.d.R. VCC und GND) dicker auszulegen als die sonstigen Signal-Leitungen. Dies ist allerdings nicht notwendig, ist das Anlegen von Masse- bzw. Spannungs-Flächen geplant (siehe weiter unten).

Um die Leiterbahn-Dicke zu verändern wählt ihr im Schaltungs- oder Board-Editor den Menüpunkt "Bearbeiten -> Netzklassen" an und fügt in die Tabelle für z.B. GND und VCC eine neue Netzklasse ein. Setzt dabei die Werte für "Width" und "Drill" auf passende Werte und bestätigt das Ganze mit "OK".

Anschliessend das Tool "Change" anklicken und mit z.B. "Class -> GND" die neu erstellte Netzklasse auswählen. Jetzt auf der Platine (egal ob Board- oder Schaltungs-Editor) ein Element der Klasse "GND" anklicken.

Jetzt sollten alle GND-Leiterbahnen die neue Breite erhalten haben. Das könnt ihr mit dem "Info-Tool" überprüfen, indem ihr z.B. im Board-Editor irgendein Element der Klasse "GND" auswählt.
Das Ganze jetzt für alle Klassen, die ihr neu definiert habt, durchführen.

ANM. d. Red.: Werte im Screenshot ( LEITERBAHNEN-6.png) sind nicht auf Richtigkeit geprüft!

Dann halt wieder das bekannte Spiel: ripup, Layout-Check und Autorouter.

Damit das Ganze noch professioneller wird, könnt ihr Euch noch den Beschriftungen der Bauteile auf der späteren Platine beschäftigen. In passender Vergrösserung des Boards (am besten nach einem ripup) schaut ihr mal das Board durch, ob sich Beschriftungen (das sind die Namen der Bauteile) sich mit Bauteilen überlappen oder sehr nahe an Löt-Punkten oder Durchkontaktierungen befinden.
Mit dem smash-Tool könnt ihr in solchen Fällen Beschriftung und Bauteil voneinander entkoppeln und dadurch die Beschriftung frei auf dem Board verschieben, ohne die Position des Bauteils selbst zu beeinflussen.

Was jetzt noch fehlt ist das Umwandeln der freien Flächen in Masseflächen. Das Vorgehen dabei ist relativ einfach.
Wählt im Board-Editor das Tool Polygon aus.
Stellt dann die Linienbreite ( oben in der Menüleiste ) auf 0.01 und den Wert für "Isolate" auf einen wert zwischen 0.016 und 0.024 ein.

Achtet darauf, dass der Layer ( links oben in der Menüleiste ) auf Bottom eingestellt ist und zeichnet ein Rechteck innerhalb der Begrenzungs-Linien Eurer Platine.

Klickt anschliessend auf das Tool "Ratsnest".

Mit dem Tool "Name" benennt ihr jetzt das Polygon noch um nach "GND" ... damit wird die Fläche intern mit dem Netz GND verbunden und fertig ist Eure Massefläche.

Jetzt könnt ihr noch im Board-Editor durch Verschieben der rechten und oberen Begrenzungslinie die Grösse Eures Boards anpassen.
Nach einem Layout-Check (hier treten gerne mal "Dimension"-Fehler auf) könnt ihr jetzt nochmal den Autorouter anwerfen.
Tja ... und damit sind wir durch, das Board sollte jetzt ok sein.

Die meisten Platinen-Hersteller benötigen allerdings die sog. Gerber-Files. Eine Anleitung, wie diese Dateien erstellt werden, schenke ich mir an dieser Stelle.
Dazu gibt es eine sehr gute Anleitung unter:

History:
03.03.2016 - erste Version online gestellt
04.03.2016 - Anleitung Massefläche nachgereicht

Ich hoffe, ich hab' da jetzt alles berücksichtigt.
Tipps und Verbesserungs-Vorschläge sind, wie immer, willkommen.

Na dann mal viel Spass beim "Board-Erstellen",
-ds-

Hi,
kleiner Update ... Anlegen einer Massefläche nachgeliefert
Ausserdem hab' ich mal das eagle-Verzeichnis als ZIP dazugepackt.
cu,
-ds-

Moin kobold,
da gibt's sicherlich noch eine Menge, was man besser machen könnte.
Ich für meinen Teil will da gar nicht sooo tief einsteigen. Ich bin schon froh einigermassen plausible Schaltpläne und daraus sogar brauchbare Vorlagen für eine Board-Fertigung hinzubekommen ...

Ich bin aber für jeden Hinweis dankbar und hab' auch nix dagegen, wenn jemand sich berufen fühlt und das Teil runterlädt, verändert und dann, mit Kommentaren, was er warum gemacht hat, wieder postet.
Also immer her mit den Verbesserungs-Vorschlägen ... das kann die Qualität nur steigern ...

Das Ganze hier ( Teil 1 und Teil 2 ) sollen ja auch nur mal grob aufzeigen, wie man da vorgehen kann und die Schaltung dient in diesem Zusamenhang eher als Schulungs-Objekt ...

Ich hab' das Board heute übrigens "geliefert" bekommen und ich finde das Teil einfach nur Klasse ... da spielt es eine eher untergeordnete Rolle ob es funktioniert oder nicht
Ich glaub' das rahme ich ein und häng's mir an die Wand ...

cheers,
-ds-

Hi,
hm ... ich versteh' die Frage jetzt nicht :s
Such Dir z.B. unter "holes" die passende Bohrung und setz sie einfach ein ...
cu,
-ds-

Servus jar ...

hm ... versteh' ich jetzt auch nicht ... :s
Ich bin heute scheinbar noch nicht auf Betriebstemperatur
cu,
-ds-

Hallöle,
jar: ja ... ich glaub' ich hab's schon kapiert. Da ist ein Unterschied ... aber ich denke nicht, dass ich mit meiner Lite-Version und zwei Befestigungs-Bohrungen aus der Lib "holes" da in Verlegenheit komme.

Kobold: sag mal, was machst Du denn sonst so, wenn Du nicht gerade Leiterplatten per Hand routest

Is ja irre ... ne, also mich kannst Du dafür nicht begeistern ... ich bin, wie gesagt, schon froh wenn ich irgendwas einigermassen Brauchbares auf die Kette kriege

Aber danke für die eindrucksvolle Demonstration :thumbs1:

cheers,
-ds-

Hi meigrafd,
ich versuch mal das zu beantworten, was ich glaube zu wissen ... ich denke aber, da ist wohl eher unser kobold gemeint ...

Quote from meigrafd

...
1) Sehe ich das richtig das du hier mit den hierzulande eher untypischen "inch" hantierst? Hat das einen besonderen Grund? Ich hatte meine bisherigen PCB's nämlich in "mm" erstellt..

yepp ... besonderen Grund? Nö ... wenn ich zu den Grid-Einstellungen gehe, dann empfiehlt eagle die Beibehaltung des Standard-Rasters ... und das sind halt nun mal 0.1 inch.

Quote from meigrafd

2) Wonach richtet sich die Linienbreite? Plus Leitungen dicker als Signalleitungen, ist soweit klar, aber wie breit/dick muss es mind. für zB 5V 1A sein? Und ist es schlimm wenn zB die Leiterbahn von der Spannungsquelle dicker erst ist und an einer "Kreuzung" dann dünner verteilt wird?

Ooops ... da bin ich überfragt. Da muss ein anderer ran. Was die "Verjüngung" betrifft so halte ich das für keine so gute Idee ... es sei denn, man kann gewährleisten, dass ab diesem Punkt die Leiterbahn für den fliessenden Strom immer noch ausreichend ist.
Is aber jetzt nur so mein "Instinkt", der mir das sagt ...

Quote from meigrafd

3) Achtest du darauf möglichst keine 90° Winkel mit den Leiterbahnen zu machen, also überwiegend 45°, oder ist das eher unwichtig? Hab da nämlich irgendwas im Hinterkopf das man 90° und höher vermeiden sollte, weiß aber nicht mehr ob diese Info noch aktuell gilt..

Das habe ich auch schon öfter gehört/gelesen/k.A. ...
Das, denke ich, hat mit dem Widerstand zu tun. Da mach' ich mir aber keinen Kopf ... da vertrau' ich auf den Autorouter

Quote from meigrafd

4) Wie handhabst du es mit Abständen zu anderen Bauteilen, also sowohl die Abstände zwischen Bauteilen als
auch Bauteil<->Leiterbahn?

Standard-Einstellungen, DRC ... was anderes habe ich bisher nie gemacht.

Quote from meigrafd

5) Wenn man Via's setzt, sollte man dann noch mal manuell Bohrungen setzen um sicherzustellen das diese sauber sind?

Mit Vias hab' ich - wegen Autorouter - nix zu tun ...

Quote from meigrafd

6) Da ich zuvor noch nie mit "Autoroute" gearbeitet habe, weil mir der immer Leitungen sonst wo verlegt wo ich aber keine haben möchte, habe ich versucht herauszufinden ob man auch Bereich festlegen kann die "Autoroute" nicht verwenden darf... Ist dir dazu etwas bekannt? Bisher hab ich nämlich auch lieber per Hand gerouted aber irgendwie bin ich grad fauler als sonst

Da ist afaik das Geheimnis das "Ratsnest"-Tool. Dadurch kannst Du über den Schaltplan bzw. die Lage der Komponenten die Verbindungen beeinflussen. Ein Abblock-Kondensator, den ich sowohl im Schaltplan als auch im Board-Layout neben den µC platziere wird durch das "Ratsnest" auf kürzestem Wege verbunden.
Ansonsten würde ich mal ausprobieren die manuellen Routen zu legen und dann anschliessend den Autorouter anwerfen. Ich kann mir gut vorstellen, dass die manuellen Routen bestehen bleiben. Ist aber jetzt nur eine Annahme ...

Quote from meigrafd

7) Was für ein "Isolate" und "Spacing" Wert verwendest du für's Polygon ?

Das hatte ich weiter oben beschrieben. Ich hatte da irgendwo als Empfehlung den Wert 0.01 für die Linienbreite und einen Wert zwischen 0.016 und 0.024 für "Isolate" gefunden.

Quote from meigrafd

Verbindest du Orphans Flächen die eigentlich kein Potential haben mit zB GND also dem restlichen Polygon-Netz?

Nö, sorry ... da kann ich jetzt gar nix dazu sagen.

Naja ... ein bisschen lückenhaft und vermutlich nix Neues für Dich ... aber als "Lückenfüller" haben wir ja Gottseidank unsere eagle-Cracks

cheers,
-ds-