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Platinen selber erstellen

Das Platinenlayoutprogramm Eagle

von Andreas Bohne


Der Bericht stellt kurz das Platinenlayoutprogramm Eagle vor und gibt eine kleine Einführung in dessen Benutzung.

Der Dominoeffekt hat eingesetzt. Immer mehr große Unternehmen erkennen die Zeichen der Zeit und portieren ihre Software auf Linux. Nicht umsonst wird Linux derzeit als die treibende Kraft in der Industrie angesehen. Aber auch die Benutzer haben durch ihre Anfragen bei den Firmen ihren Teil dazu beigetragen, daß immer mehr Programme auch unter Linux zum Einsatz kommen.

Im Bereich der Platinenlayoutprogramme hat das Programm Eagle [1] schon seit langem einen festen Platz auf dem internationalen Markt, denn Eagle ist dort schon seit über 11 Jahren präsent. Damals kam die erste Version von Eagle unter MS-DOS zum Einsatz. Inzwischen läuft Eagle auch unter Windows und seit neuestem ebenfalls unter Linux. Ich habe für die Leser und Leserinnen des Linux-Magazins einen Blick auf die aktuelle Beta-Linux-Version 3.55 geworfen und möchte die wichtigsten Details im folgenden Bericht beschreiben.

Nach dem Start des Programms landet man in einem Control-Panel, von dem man in die entsprechenden Teile von Eagle verzweigen kann. Schon realisierte Projekte werden in Form eines Icons angezeigt. Die Hauptkomponenten des Platinenlayoutprogramms sind, neben dem Control-Panel, die Editoren für das Schaltungsschema und für die Platine (Board).

Eagle Schema Editor

Abb. 1: Das Eagle Control-Panel
Für den privaten Gebrauch stellt CadSoft eine Light-Version des Programms zur Verfügung. Doch keine Angst, light bedeutet in diesem Fall, daß die Platinengröße auf eine halbe Europlatine (100x80mm) beschränkt ist. Die zweite Einschränkung limitiert die Anzahl der Layer auf "nur" zwei - Bottom und Top Layer; aber als Normalsterblicher kann man sowieso nicht mehr als zwei Layer belichten, geschweige denn ätzen. Meist entwickelt man nur einseitige Platinen, und so ist dieses Handikap eigentlich kein wirkliches. Betonen sollte man, daß auch in der Light-Version der Autorouter funktioniert. Neben dem Programm kann man sich ebenfalls kostenlos die zu Eagle zugehörigen Bauteilbibliotheken herunterladen. Und wem diese nicht reichen, der wird auf dem gut sortierten Web-Server von CadSoft fündig oder definiert sich das entsprechende Bauteil selber und integriert es in die Bibliothek der schon vorhanden Bauteile. Die Bibliothek mit ihren schier unzähligen Bauteilen nimmt von den 15 MB Komplettinstallation den Löwenanteil mit ca. 9 MB ein. Des weiteren wird ein HTML-basiertes Hilfesystem, das jeden Befehl von Eagle beschreibt, in Englisch und Deutsch mitgeliefert.

Ein weiteres, im Laufe der Jahre gewachsenes Highlight bildet der CAM-Prozessor. Dahinter verbirgt sich die Möglichkeit, die entwickelte Schaltung und/oder Platine auf dem Drucker oder einem anderen Device auszugeben. Gerade hier ist Maßarbeit angesagt, denn was nützt einem das schönste Platinenlayout, wenn man es nicht auf Papier oder Folie (zum Belichten) bekommt. Hier sind 1/10 mm schon Welten. CadSoft klassifiziert die Ausgabemedien wie folgt: Matrixdrucker, Laserdrucker, Postscript, Stift-Plotter, Gerber Plotter, Excellon und Sieb&Meyer Bohrdateien und Bitmapdateien. Dadurch, daß CadSoft eine der ersten Firmen war, die eine professionelle Platinenlayoutsoftware vertrieben haben, hat sich das Dateiformat zu einem de-facto-Standard entwickelt. Auch wer seine Platine zwar selber entwerfen möchte, sie aber nicht selber belichten und ätzen kann oder will, kann dieses an eine Fertigungsgesellschaft abgeben. Ein Format, das diese Firmen oft annehmen, ist das des Eagle Programms.

Dieses waren so die wichtigsten Details, die man zu Eagle im Kopf haben sollte. Werfen wir nun einen genaueren Blick auf die Software: Wenn man eine Schaltung erstellen möchte, fängt man für gewöhnlich mit dem Schaltungsschema an. Die graphische Oberfläche ist dabei unter Zuhilfenahme des GUI-Toolkits Zinc [3] realisiert und ist schon auf den ersten Blick ansprechend. Dem Benutzer bietet sich Look-and-Feel in angenehmer Form.

Eagle Schema Editor
Abb. 2: Der Eagle Schema-Editor

Dabei nimmt man sich die entsprechenden Bauteile aus der Bibliothek und plaziert das Bauteilsymbol auf dem Schema (siehe Abb. 2). Mit der rechten Maustaste kann man die Schaltsymbole drehen, wenn man sie gerne anders auf dem Schema plaziert haben möchte. Nachdem man mit dieser Phase fertig ist, verbindet man die Ein- und Ausgänge durch Verbindungen miteinander. Die einzelnen Phasen sind nur als gedankliche Phasen zu verstehen; denn natürlich kann man zu jeder Zeit Elemente aus der Bibliothek nachladen oder löschen. Bei den Leitungen ist zu beachten, daß sich kreuzende Linien noch lange nicht miteinander verbunden sind.

Zu diesem Zweck muß man noch Verbindungen (Junctions) setzen. Man sollte für den Anschluß an die Stomversorgung umbedingt ein Bauteil aus der Supply-Bibliothek verwenden. Wenn Bauteile verwendet werden, die zB. VCC als "Pwr"-Pins haben (die "implizit" angeschlossen werden), dann muss es auch ein Supply- Symbol vom Typ VCC geben. Diese gibt es in der Supply-Bibliothek für alle gängigen Versorgungsspannungen. Ein solches Symbol braucht nur auf dem jeweiligen Plan irgendwo plaziert zu werden. Damit wird dem ERC (Electrical Rule Checker) quasi gesagt "Ja, ich weiss, daß es implizite VCC Pins gibt, und diese sollen auch an VCC angeschlossen werden". Dieses ist sehr wichtig, auch wenn man das in der Schemazeichnung nicht unbedingt für nötig hält; denn wie man in den Abbildungen, werden ICs nicht explizit an eine Stomversorgung angeschlossen. Jedoch sollten sie später auf dem Board mit einer Masse und Versorgungsspannung versehen werden.

Abb. 3: Übersicht der wichtigsten Buttons des Schemaeditors
Lib_Button Bauteilbibliothek benutzen
Add_Button Hinzufügen von Bauteilen
Add_Button Bauteile / Leitung bewegen.
Add_Button Bauteile / Leitung zu einer Gruppe zusammenfassen (um sie eventuell zu bewegen)
Add_Button Aktionen (wie z.B. MOVE) beenden
Add_Button Leitungen legen
Add_Button Kontaktpunkte setzen
Add_Button Ein Bauteil / Leitung benennen (z.B. VCC oder GND)
Add_Button Einem Bauteil / Leitung einen Wert zuweisen
Add_Button Schaltungsschema auf einem Device ausgeben (CAM Process)
Add_Button Aus dem Schaltungsschema ein Board erzeugen

Meint man mit dem Erstellen des Schaltschemas fertig zu sein, kann man die Schaltung im CAM-Prozessor-Menü auf verschiedenen Devices oder in verschiedenen Formaten ausgegeben. Neben den Druckerformaten kann man auch nach TIFF oder EPS exportieren, was dann sinnvoll ist, wenn man den Wunsch hegt, die Schaltungsskizze in eine Web-Seite oder in ein Dokument einzubinden.

An dieser Stelle soll noch der Unterschied zwischen dem CAM-Prozessor-Menü und dem Print-Menü erklärt werden. Der CAM-Prozessor dient primär dazu, die Schaltung in S/W für den späteren Belichtungs- oder Zerspanungsvorgang auszugeben. Die Printoption gibt den gesamten Bildschirminhalt genau so aus, wie man ihn sieht - also auch farbig.

Von dem Schema-Editor aus erzeugt man das Board durch einen Klick auf das Boardsymbol (dieses befindet sich in der oberen Buttonleiste). Danach startet Eagle den Board-Editor und die Bauteile und Leitungen werden schon mal erzeugt und neben der Platine plaziert (siehe Abb. 4). Existiert schon ein Board zu einem Schaltschema, so wird dieses geladen anstatt ein neues aufzubauen.

Eagle Schema Editor
Abb. 4: Der Eagle Platinen-Editor

Nachdem aus dem Schema ein Board erzeugt wurde, muß man im nächsten Arbeitsschritt die Bauteile von Hand auf die Platine verschieben (siehe Abb. 5). Dazu definiert man am besten alle Bauteile als Gruppe und bewegt sie en bloc auf die Platine. Der Übersicht halber kann man die Platine noch auf ein geeignetes Maß verkleinern. Dazu klickt man auf den MOVE-Knopf und anschließend auf die einzelnen Kanten der Platine, um sie zu bewegen.

Eagle Schema Editor
Abb. 5: Verschieben der Bauteile

Nachdem man soweit ist, beginnt ein wenig Fummelarbeit, denn durch Umplazieren oder Drehen (MOVE und rechte Maustaste) von Bauteilen kann man beim Routing der Leitungen starke Verbesserungen erzielen. Denkt man, daß alle Bauteile gut plaziert sind, wirft man den Autorouter an, der das Verlegen der Leitungsbahnen für einen übernimmt (siehe Abb. 6). Möchte man nur einseitig routen, kann man einen der beiden zur Verfügung stehenden Layer (den Top- Layer oder Bottom-Layer) auf Null setzen. Mit START im Autoroutermenü startet Eagle den Routing-Vorgang und man kann den einzelnen Stufen des Backtrackingverfahrens zusehen.

Immer wieder werden Leitungen verlegt, gelöscht und wieder neuverlegt - so lange bis nach einer internen Kostenrechnung das optimale Ergebnis erreicht ist. Dabei werden einzelne Aktionen mit Kosten belegt. Dieses Kostentabelle kann vom Benutzer modifiziert werden, so daß ein individuelles optimales Ergebnis erreicht werden kann. Als Kostenfaktoren werden z.B. die Länge einer verlegten Leiterbahn oder die Anzahl der Durchkontaktierungen bei Multilayer-Platinen betrachtet.

Eagle Schema Editor
Abb. 6: Dritter Schritt

Meint man nun durch Umdrapieren einzelner Elemente ein besseres Ergebnis zu erzielen, kann man mit dem Befehl <RIPUP;> (oben in der Kommandozeile eingeben) alle gerouteten Leitungen wieder auflösen. Natürlich kann man auch geroutete Leitungen von Hand noch nachoptimieren. So pflegen Experten Leiterbahnen, die einem 90-Grad-Knick aufweisen durch zwei 45-Grad-Winkel zu ersetzen (Was ja auch klar ist, da die Elektronen sonst immer mit dem Kopf gegen die Leitungswand knallen. :-)) Ist man mit dem Ergebnis zufrieden, kann man es ebenfalls mittels des CAM-Prozessors ausgeben. Dabei steht einem offen, ob man nur die Leitungen oder auch noch die Namen und Werte der Bauteile inkl. Symbol ausgeben möchte.

Abb. 7: Übersicht der wichtigsten Buttons des Boardeditors
Add_Button Bauteile / Leitung bewegen.
Add_Button Bauteile / Leitung zu einer Gruppe zusammenfassen (um sie eventuell zu bewegen)
Add_Button Autorouter starten
Add_Button Leitung von Hand routen
Add_Button Leitung wieder auflösen
Add_Button Aktionen (wie z.B. Routen von Hand) beenden
Add_Button Schaltungsschema auf einem Device ausgeben (CAM Prozessor)
Add_Button Zum Schaltungsschema wechseln

Für Leute, die Geschmack an der Sache gefunden haben, soll noch erwähnt werden, daß CadSoft einen eigenen News-Server [2] mit Gruppen zu Eagle betreibt. Diese Gruppen sind stark frequentiert und zweisprachig untergliedert.

Eagle Newsgroups

news://news.cadsoft.de

eagle.announce.eng
eagle.announce.ger
        
eagle.suggest.eng
eagle.suggest.ger
        
eagle.support.eng
eagle.support.ger
        
eagle.userchat.eng
eagle.userchat.ger

Für Eagle gibt es die verschiedensten Lizenzen, die sich alle in Preis und Leistungsumfang unterscheiden. Standardmäßig gibt es die Eagle Light Version, Eagle Standard Version und Eagle Professional Version. Zudem sind Hochschullizenzen verfügbar. Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß mit der Portierung von Eagle nach Linux ein weiterer großer Schritt getan wurde. Bei der derzeitigen Version ist ein Display mit mind. 16 Bit Farbtiefe erforderleich. Praktisch funktioniert es auch unter 8 Bit - nur kommt es dabei zu einer Farbverschiebung. Vermutlich wird es nicht mehr lange dauern, bis die Linux Beta-Version für alle freigegeben wird.

Infos

[1] Eagle Home Page: http://www.cadsoft.de/
[2] Eagle-News-Server Deutschland: news://news.cadsoft.de/
[3] Zinc-GUI: http://www.zinc.com
[4] CadSoft Computer GmbH, Hofmark 2, D-84568 Pleiskirchen,
Tel/Fax: +49-(0)8635-6989-10/40

Der Autor

Andreas Bohne ist Diplominformatiker mit Schwerpunkt Medizin und Technische Informatik. Im Rahmen seiner Promotion forscht er am Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg über Glykocluster.

Copyright © 1999 Linux-Magazin Verlag