24 ноября 2014 в 20:21

Авторазмещение элементов и автотрассировка печатных плат

• DIY или Сделай сам

Всем привет!

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.

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

Схема:

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.

Вот что получается:

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

Что ж, давайте опробуем TopoR.

Опять же нажимаем Auto-router, там Export Design File и сохраняем. В TopoR Импорт -> Specctra и открываем файл. Теперь надо немного настроить. В Параметрах дизайна (F4) удаляем лишние 14 слоёв, в Ширине проводников ставим от 0,3 до 0,6 мм. Нажимаем кнопку Автотрассировка, в настройках галки Переназначить функционально эквивалентные контакты компонентов (на всякий случай: мне показалось, что данная опция не совсем работает или даже совсем не работает), Однослойная трассировка и жмём кнопку Запустить. Трассировщик автоматически сохраняет лучшие варианты, которые потом можно добавить в проект. Трассировка закончится только после нажатия кнопки Остановить. Обращу внимание, что перемычки расставляются автоматически, и даже размещаются контактные площадки под них. Я дождался, пока количество переходов не достигло 30 (т.е. 15 перемычек):

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).

В поисках простой рисовалки электрических схем с возможностью экспорта в SVG набрел на весьма интересный проект - EasyEDA .

EasyEDA - это мощная бесплатная, не требующая инсталляции облачная платформа для рисования и симуляции схем, разводки печатных плат и не только. Она может использоваться на любом железе и работать под любой операционной системой - Linux, Windows или Mac OS. Все, что ей требуется - любой HTML5-совместимый браузер: Chrome, Firefox, IE, Opera, или Safari. EasyEDA - результат работы небольшой команды хакеров. Сейчас она имеет богатую библиотеку из тысяч электронных компонент (как для схем и печатных плат, так и для моделирования) и десятки тысяч примеров схем! И любой желающий может пользоваться этой библиотекой и расширять ее.

Система выглядит более-менее стабильной и легка в освоении. Пользовательский интерфейс вполне отзывчив в работе. Зарегистрировавшись в системе, вы можете хранить все свои схемы и компоненты в облаке. А можно экспортировать схему в файл и сохранить у себя на компьютере.

Возможности EasyEDA

Удобный интерфейс с кучей библиотек. Умеет импортировать файлы из LTSpice, Altium Designer и Eagle Позволяет развести печатную плату из схемы. Возможность экспорта в gerber. Имеет неплохой автороутер Умеет работать с цифровыми, аналоговыми и смешанными сигналами, облачные сервисы обеспечивают быстрое моделирование Редактор блок-схем Может, кому-нибудь пригодится Горячие клавиши Множество операций удобно выполнять горячими клавишами, которые можно настроить - всего 64 комбинации Экспорт Печатные платы - Protel, Kicad, PADS
рисунки - PDF, SVG, PNG
умеет экспортировать схемы и платы в JSON-формат Импорт Altium/ProtelDXP Ascii Schematic/PCB
Eagle схемы, печатные платы и библиотеки
библиотеки и модули Kicad
Spice - модели

Окно редактора схем выглядит следующим образом:

Центральная область экрана отображает схему или печатную плату. Причем, одновременно можно держать открытыми множество схем/плат - такой возможности нет даже в Eagle! На панели слева можно выбирать компоненты из библиотеки EasyEDA или своих собственных. Чтобы перенести компонент на схему, надо кликнуть по нему и курсор мыши примет вид этого компонента. Затем, если кликнуть по схеме, компонент будет помещен в место клика. Также, в левой панели можно осуществлять навигацию между своими проектами.

Чтобы соединять элементы между собой, есть плавающее окно "Wiring Tools". Окно "Drawing Tools" позволяет добавлять пояснительные надписи, фигуры и рисунки. А кликнув по элементу можно редактировать его свойства в правой панели.

Небольшая видеодемонстрация с сайта EasyEDA наглядно демонстрирует возможности системы:

После некоторого опыта использования продукта можно сказать, что он вполне юзабелен, хоть и всё ещё сыроват. До тех пор, пока у Eagle CAD были ограничения на размер платы, имело смысл осваивать EasyEDA привыкая к его особенностям и некритичным багам. Но, после того, как Eagle был куплен Autodesk-ом и ограничение на максимальный размер платы в бесплатной версии было снято, EasyEDA, как мне кажется, ощутимо утратил свою актуальность.

Заказ печатных плат

В завершение, несколько слов о заказе печатных плат. Разработанные платы можно заказать прямо в системе по сравнительно гуманным ценам. Вообще, хитрые китайские маркетологи в разы завышают стоимость доставки, выставляя при этом цену за сами платы как символические $2 (для десятка плат с размерами не более 10х10 см). По факту же, цена с доставкой за десяток мелких платок у EasyEDA обычно выходит дороже, чем у других китайских контор. И это при том, что если выбрать паяльную маску цвета, отличного от зелёного, то цена сразу подскакивает ещё на $10..$20! И это тоже чисто маркетинговый ход - сами EasyEDA платы не производят, и заказывают их на фабрике, где цена от цвета маски не зависит. Опять же, в Китае есть достаточно мест, где можно заказать платы с любым цветом маски (кроме, разве что фиолетового и матовых масок) без наценок за цвет.

Вообщем, если надо заказать десяток небольших плат, то лично я бы делать это в EasyEDA не стал. Но, если нужна большая партия, и/или размеры этих плат превышают 10х10 см, то тут я альтернативы EasyEDA пока не встречал.

По срокам производства - раньше платы от них приходили где-то за три недели с момента заказа. Но с некоторых пор, всё стало хуже и этот время доставки выросло раза в два. Причём, сама почта Сигнапура работает очень быстро, но платы по несколько недель лежат на складе производителя ожидая отправки (хотя, всё это время заказ числится в системе как отправленный, он не трекается).

Качество производимых плат - хорошее (но не отличное). На маске могут быть небольшие дефекты и неровности, шелкография (особенно мелкая) может быть смазана и немного смещена относительно отверстий. Но Качество дорожек никаких нареканий не вызывает - брака с залипаниями или разрывами замечено не было.

Программа DipTrace современный комплекс по разработке принципиальных схем и трассировке. DipTrace надежная и мощная программа для трассировки печатных плат , которая поможет вам легко создавать даже самые сложные печатные платы, в том числе она при изготовлении печатной платы . Это помощь в создании одно- или многосторонних печатных плат, рисовании схемы и экспортировании таблицы соединений печатной платы. В программе DipTrace простой и интуитивно понятный интерфейс.

Все важные функции для проектирования и редактирования размещены удобно, кнопки расположенные вокруг главного экрана редактирования. Во время тестирования, все функции программы отработали хорошо и без ошибок.

Для профессиональных разработчиков, которые хотят иметь надежный инструмент для разработки схем и печатных плат, для владельцев малого бизнеса, которые не хотят тратить много денег на программное обеспечение и для радиолюбителей, которые хотят создать плату для своих устройств, DipTrace является отличным для этого вариантом.

Описание программы DipTrace

DipTrace является передовым программным обеспечением для разработки печатных плат. Программа имеет 4 модуля:

• PCB Layout — наделенный эффективным автоматическим трассировщиком и автоматическим размещением компонентов схемы;
• Schematic — редактор принципиальных схем, в том числе и многолистовых;
• SchemEdit – редактор радиоэлементов, рисование символов, создание библиотеки радиоэлементов;
• ComEdit – редактор корпусов радиоэлементов, с возможностью объединения их в библиотеки корпусов.

DipTrace имеет мощный автоматический трассировщик, превосходящий многие трассировщики имеющиеся в аналогичных программных комплексах. Он может трассировать как одностороннюю (однослойную) плату, так и многослойные. Так же есть возможность автотрассировки односторонней платы с помощью соединительных проводов (перемычек), если на то есть необходимость.

Smart Tools – ручная трассировка, позволяет пользователям завершить разработку и получить окончательный результат путем ручной корректировки. Есть возможность контроля, позволяющая контролировать точность создания проекта. Модули DipTrace позволяют обмениваться принципиальными схемами, макетами и библиотеками с другими пакетами САПР и CAD. Выходные форматы могут быть формата DXF, Gerber, Drill и G-code. Стандартная библиотека содержит более 98 000 компонентов.

Бесплатная полнофункциональная облачная система проектирования печатных плат, не требующая инсталляции на локальный компьютер (Рисунок 1). Несмотря на то, что EasyEDA - это облачный сервис и новый развивающийся проект, она может похвастаться функционалом, надежностью, стабильностью и скоростью работы, простым и понятным интерфейсом, богатым набором библиотек компонентов с функцией автоматического обновления, возможностями импорта проектов из других систем проектирования. В состав системы входят редактор схем, симулятор смешанных сигналов с использованием SPICE-моделей и схем, редактор многослойных печатных плат с автотрассировщиком и системой подготовки плат к производству. И самое главное - система EasyEDA имеет русский пользовательский интерфейс.

Кроме того, к системе EasyEDA, обладающей функционалом профессиональных инструментов разработки печатных плат, добавляются преимущества, характерные для облачных сервисов: автоматическое обновление библиотек элементов (для редактора схем, SPICE симулятора и редактора печатных плат), возможность делиться своими разработками и библиотеками, доступ к огромной коллекции профессиональных Open Source модулей, оперативная техническая поддержка и связь с разработчиками системы.

Работать в EasyEDA можно из любого браузера. Наличие учебника, руководства по SPICE симулятору, огромного количества примеров профессиональных проектов, понятный пользовательский интерфейс обеспечивают легкость освоения системы.

Основные преимущества EasyEDA:

• бесплатный кросс-платформенный набор облачных инструментов не требующий инсталляции, объединяющий в себе мощные средства редактирования электрических схем, моделирования цифро-аналоговых цепей и разработки печатных плат в web-браузере для инженеров-электронщиков, преподавателей, студентов и радиолюбителей;
• все преимущества облачного сервиса: работа из браузера в любой операционной системе Linux, Mac, Windows, Android;
• быстрое рисование в браузере электронных схем с использованием доступных библиотек, эффективное автоматическое обновление;
• библиотеки от SeedStudio, SparkFun, Adafruit, KiCad, DangerousPrototype;
• менеджер работы с библиотеками элементов, быстрый поиск элементов в системных и пользовательских библиотеках;
• проверка аналоговых, цифровых и смешанных схем с использованием SPICE-моделей и подсхем;
• работа над многослойными платами с тысячами контактных площадок;
• возможность импорта проектов из Eagle, Altium, Kicad и LTspice;
• возможность настройки общего доступа и совместной работы над проектами;
• доступ к Open Source модулям, разработанных тысячами инженеров по радиоэлектронике;
• возможность делиться своими разработками, используя настройки общего или закрытого доступа.

TinyCAD

Бесплатная система проектирования профессиональных электронных схем позиционируется как рядовое приложение для черчения и редактирования двумерных иерархических электронных схем самой разной степени сложности (Рисунок 3). Достаточно обширная библиотека компонентов, поддержка экспорта и импорта проектов, совместная работа со средой проектирования печатных плат FreePCB и симулятором LTspice делают TinyCAD достаточно мощной бесплатной системой для сквозного проектирования, способной составить конкуренцию коммерческим продуктам.

ZenitPCB

Простая и гибкая в использовании САПР, которая является полупрофессиональным программным обеспечением для рисования электрических схем и трассировки печатных плат (Рисунок 4). Приложение состоит из четырех самостоятельных модулей: ZenitCapture (редактора электрических схем), ZenitParts (редактора компонентов), ZenitPCB GerberView (просмотрщика файлов формата Gerber) и собственно самого ZenitPCB (редактора печатных плат). Последовательность операций в программе ZenitPCB следующая: размещение компонентов в модуле ZenitCapture, задание связей между ними, создание списка соединений, разработка контура платы в модуле ZenitPCB, загрузка списка соединений в модуль ZenitPCB, операции по маршрутизации. Поддерживается импорт/экспорт DXF-файлов, экспорт IDF (3D) файлов, распечатка результатов работ в каждом модуле приложения. Однако, основной минус ZenitPCB - отсутствие таких полезных функций, как автоматическая трассировка и автоматическое размещение корпусов компонентов.

FreePCB

Бесплатная программа с открытым исходным кодом, предназначенная для редактирования печатных плат (Рисунок 5). При создании программы ставилась задача сделать ее максимально простой в изучении и использовании, но способной обеспечить профессиональное качество разработки. Сама рассчитана только на ручную разводку плат, однако позволяет использовать доступный в сети автотрассировщик FreeRouting.

Вот некоторые особенности программы:

• операционная среда - Microsoft Windows;
• поддержка от 1 до 16 слоев;
• максимальный размер печатный платы 1524×1524 мм;
• в большинстве функций допустимо использование как дюймовых, так и метрических единиц измерения (mils или мм);
• библиотеки корпусов, любезно предоставляемые компаниями Design International, PCB Matrix и IPC;
• заливка полигонов;
• редактор и Мастер для создания и модификации посадочных мест компонентов;
• импорт списка соединений из симулятора LTspice;
• импорт/экспорт списков цепей в PADS-PCB;
• экспорт файлов топологии в расширенный формат Gerber (RS274X) и файлов сверления в формат Excellon;
• проверка соблюдения проектных норм;
• автосохранение.

KiCad

Бесплатная кроссплатформенная система с русским интерфейсом для создания электрических схем и печатных плат. KiCad включает в себя набор программ для автоматизации разработки электронных устройств (Electronic Design Automation — EDA). Работа в системе ведется полностью через графический интерфейс. Вы перетаскиваете в рабочую область необходимые элементы, добавляете связи между ними, делаете подписи к ним. Отличительной особенностью является поддержка 3D визуализации проекта печатной платы (Рисунок 6).

KiCad состоит из следующих компонентов: Eeschema — редактор электрических схем; Pcbnew — редактор печатных плат (включает в себя еще просмотровщик объемных изображений печатных плат); Gerbview — просмотровщик фотошаблонов; Cvpcb — выбор посадочных мест для компонентов, использованных на схеме; Kicad — менеджер проектов.

(DSPCB) от компании RS Components (RS), пожалуй, самая доступная в мире программа проектирования электронных устройств (Рисунок 7). Ее легко освоить и ей легко пользоваться. Она специально разработана для непрофессионалов в CAD-системах, чтобы сократить время между идеей устройства и началом его производства, ускорить выход на рынок готового изделия. позволяет рисовать электрические схемы, разрабатывать конструкцию печатной платы и ее трассировку, а также предлагает готовые модели электронных компонентов, представленные компанией RS Components.

Кроме того, данная программа выполняет авторазмещение компонентов и автотрассировку связей печатного рисунка. Полученные результаты корректируются вручную. Важно, что программа свободна от практических ограничений на размер платы, число выводов компонентов, число слоев платы и на форматы выходного файла. Поэтому ее можно использовать не только для рисования схем и печатной платы, но и для создания файлов для производства.

В последнее время появилось несколько облачных систем проектирования печатных плат, однако часть из них ограничены по функционалу и не подходят даже для радиолюбителей, не говоря о профессионалах. Оставшиеся программы сравнимы с настольными приложениями, но стали платными. К примеру, бесплатная онлайн система EasyEDA может стать достойным конкурентом продукту от компании Aspen Labs, полная версия которого стала платной.

Подготовить рисунок печатной платы поможет бесплатная программа Sprint Layout . Программа проста в использовании, полностью переведена на русский язык включая файл справки и пригодится при изготовлении двухсторонних и многослойных печатных плат. Sprint Layout богата своими возможностями, можно наносить на плату контакты, проводники, фигуры и текст. Из дополнительных возможностей программы можно перечислить SMD маска, маска по олову, металлизация, контроль и интегрированный автотрассировщик. Функция "Фотовид" позволяет увидеть печатную плату в реалистичном виде.

Программа для печатных плат

Существует множество программ для создания печатных плат , большинство из них коммерческие. Sprint Layout отличная бесплатная альтернатива платным собратьям, поддерживающая экспорт в формат Gerber (.GBL, .GTL, .GBS, .GTS, .GBO, .GTO, .GBP, .GTP, .GKO, .GM1, .GM2, .GPT, .GPB), Excellon (Сверловка.DRL) и HPGL (фрезеровка) файлов. Так что если у Вас под рукой есть фрезерный или сверлильный станок с программным управлением, то можно печатную плату обработать более точно, задействовав автоматические системы. Её профессиональные возможности не уступают дорогостоящим программам подобного рода. В архиве для загрузки вместе с программой дополнительно включена папка с набором макросов включающими в себя обширную базу элементов отечественного и зарубежного производства. Чтобы задействовать дополнительные элементы набора просто скопируйте содержимое папки "Дополнительные макросы" в папку "MAKROS".

Официальный сайт: http://www.abacom-online.de
Операционные системы: Windows All
Поддерживаемые языки: русский
Версия: 5.0
Лицензия: freeware (бесплатно )