Leiterplattendesign mit EAGLE

Ein Einstieg mit fünf Praxisprojekten

Francesco P. Volpe

• Verlag: dpunkt.verlag
• Jahr: 2021
• ISBN:
  9783960883760
• Thema: Tecnología e ingeniería
• Thema: Ingeniería eléctrica y telecomunicaciones

Vom Schaltplan zur perfekten Platine

• Entwurfs-Knowhow an realen Beispielen vermittelt
• Für Elektronikbastler und Maker
• Praxistipps und -tricks rund um Autodesk EAGLE

Sie wollen aus ihrer Elektronikbastelei ein vorzeigbares Produkt machen? Ihre komplexe Schaltung soll auf einer Platine auch noch gut aussehen und Ihr Logo tragen?
Mit Autodesk EAGLE und diesem Buch lernen Sie Schritt für Schritt, wie Sie mit EAGLE von der Schaltplaneingabe über das Platinenlayout zu einer funktionierenden Leiterplatte gelangen. Alle Schritte werden mit vielen Screenshots anschaulich und nachvollziehbar erläutert. Die besprochenen Leiterplatten werden am Ende aufgebaut und vorgestellt. Benötigte Leiterplatten werden online bei Dienstleistern bestellt. Daneben wird an einem Bespiel gezeigt, wie Sie mit einer Fräsmaschine Leiterplatten chemiefrei inhouse fertigen können.
Anhand von fünf Projekten lernen Sie die jeweils notwenigen Befehle und die Vorgehensweise im Detail kennen. Die Komplexität wird mit jedem Projekt langsam erhöht. Begonnen wird mit einem einfachen Zähler, der auf einer einseitigen Leiterplatte realisiert wird, und geht bis zu einem Mikrocontroller-Board auf einer vierlagigen Leiterplatte mit differentiellen USB-Leitungen und definiertem Leitungswellenwiderstand.
Behandelte Projekte:
- Ein einfacher Zähler
- Duales Linear-Netzteil
- USB-Sound-Stick
- Class-D Audioverstärker
- Mikrocontroller-Board mit USB-Schnittstelle

Autodesk EAGLE ist in einer Free- und Premium-Edition verfügbar.

1Einleitung

EAGLE ist ein Akronym aus den deutschen Wörtern Einfach Anzuwendender Grafischer Layout Editor. Es ist nicht verwunderlich, dass es sich um deutsche Wörter handelt, da EAGLE ursprünglich von der Cadsoft Computer GmbH in Pleiskirchen stammt. Diese wurde 1988 von Rudi Hofer und Klaus Schmidinger gegründet.

Im Jahr 2009 wechselte das Programm zum Distributor Farnell und 2012 zur Autodesk Inc. Insofern ist es sehr praktisch, dass EAGLE auch zu Easily Applicable Graphical Layout Editor passt.

Dieses Buch ist ein Versuch, das Programm EAGLE anhand von Projekten zu erklären und nicht die Bedienungsanleitung paraphrasiert wiederzugeben. Die Idee dabei ist, bei der Bearbeitung der einzelnen Projekte die Funktionalität zu erklären, die zur Lösung der Aufgabe zu dem konkreten Zeitpunkt notwendig ist. Benötigte Befehle werden im Zusammenhang mit dem zu realisierenden Projekt beschrieben. Dazu muss gelegentlich etwas vorweggenommen oder eingeschoben werden. Wichtig ist, dass schon etwas gemacht wird, ohne sich vorher durch das komplette EAGLE-Handbuch zu arbeiten. Mit fortlaufender Bearbeitung der Projekte kommt immer etwas Neues hinzu oder die Komplexität wird gesteigert.

Begonnen wird in Kapitel 2 mit einer kurzen Einführung in EAGLE. Dazu gehört auch, woher man EAGLE beziehen und wie man es installieren kann. Zwei wesentliche Punkte in diesem Kapitel sind das Verständnis, wie in EAGLE ein Bauteil definiert ist, und der Umgang mit Bibliotheken.

In den weiteren Kapiteln schließen sich fünf Projekte an. Bei dem ersten Projekt in Kapitel 3 handelt es sich um einen einfachen Binärzähler. Dieser wird auf einer einseitigen Leiterplatte realisiert. Trotz der Einfachheit kann man an diesem Projekt sehr viele Funktionen von EAGLE und die grundlegende Vorgehensweise von der Schaltplaneingabe bis zur fertig aufgebauten Leiterplatte erläutern. Für die Herstellung der Leiterplatte wird gezeigt, wie man diese online bei einem Leiterplattenlieferanten bestellen kann. Zusätzlich wird auch erklärt, wie man diese inhouse mit einer Leiterplatten-Fräsmaschine selbst herstellen kann. Dieses Kapitel nimmt demgemäß einen sehr großen Raum ein und dient als Referenz. Deshalb sollte Kapitel 3 unbedingt durchgearbeitet werden. In den folgenden Projekten wird immer wieder auf dieses Projekt Bezug genommen.

In Kapitel 4 wird ein duales Linearnetzteil behandelt. Dieses wird erst als ein einfaches Netzteil ausgelegt und anschließend wird es verdoppelt. Dabei werden der Schaltplan und die vorher layoutete Leiterplatte kopiert und man erhält somit ein duales Linearnetzteil.

Das erste doppelseitige Layout wird in Kapitel 5 besprochen. Dabei handelt es sich um einen USB-Sound-Stick. Für diesen müssen insgesamt vier Bauteile in einer Bibliothek angelegt werden. Jeder Schritt wird dabei sehr ausführlich beschrieben, sodass der Leser anschließend keine Probleme haben sollte, eigene Bauteile anzulegen.

In Kapitel 6 wird das komplexeste Projekt behandelt. Obwohl es sich beim Class-D-Audioverstärker um ein zweilagiges Design handelt, erfordert dieses sehr viele Bauteile, die dicht auf der Leiterplatte gepackt sind. Ferner benötigt man mehrere Polygone, die man sorgfältig definieren muss.

Als letztes Projekt wird in Kapitel 7 ein vierlagiges Mikrocontroller-Board beschrieben. Dabei wird auch auf die Auslegung von differenziellen USB-Leitungen und den dafür notwendigen Lagenaufbau eingegangen. Beim Layout werden die verschiedenen Verlegungsarten für Leiterbahnen, wie manuelles und automatisches Verlegen von mehreren Leiterbahnen, erklärt. Abgeschlossen wird das Projekt mit der Anwendung des Autorouters für das Layout.

2Kurze Einführung in EAGLE

EAGLE ist ausschließlich mit einem Abonnement von Fusion 360 erhältlich. Man kann aber die letzte, nicht Cloud-basierte EAGLE-Version 9.6.2 weiterhin von Autodesk beziehen und mit einer gültigen Fusion-360-Lizenz die Premium-Edition nutzen. Ohne diese Lizenz kann EAGLE in der Free Edition genutzt werden. Dabei handelt es sich um eine Lizenz für Hobbyanwender, die auf maximal zwei Schaltplanseiten und zwei Platinenlagen sowie eine maximale Platinenfläche von 8000 mm² beschränkt ist. Die nutzbare Fläche ist frei wählbar und nicht auf eine bestimmte Kontur festgelegt (Tab. 2–1).

Eigenschaften	Premium	Free
Schaltplanseiten	999	2
Platinenlagen	16	2
Platinenfläche	4000 mm × 4000 mm	8000 mm^2 (konturunabhängig)
Autorouter	ja	ja

Tab. 2–1Wichtige Eigenschaften der EAGLE-Versionen

Für beide EAGLE-Versionen wird ein kostenloses Autodesk-Konto benötigt, das unter https://accounts.autodesk.com/register erstellt werden kann (Abb. 2–1). Über dieses Konto kann die Premium-Edition für einen Monat, für ein Jahr oder für drei Jahre abonniert werden. Für die Free Edition ist kein Abonnement erforderlich.

Abb. 2–1Konto bei Autodesk erstellen

2.1EAGLE installieren

Das Programm EAGLE kann unter https://www.autodesk.de/products/eagle/overview heruntergeladen werden. Auf dieser Seite befindet sich ein Button Kostenloser Download, der zu einer weiteren Seite führt. Von dieser kann man dann das Programm für die unterschiedlichen Betriebssystemplattformen Windows, Mac und Linux herunterladen (Abb. 2–2).

Abb. 2–2EAGLE ist für drei Betriebssystemplattformen verfügbar.

Nach dem Herunterladen startet man das Installationsprogramm und man wird durch den Installationsprozess geleitet (Abb. 2–3).

Abb. 2–3Sicherheitshinweis nach dem Start des Installationsprogramms

Als Erstes muss man die Lizenzbedingungen akzeptieren. Klickt man weiter, kann man den Installationsort für EAGLE auswählen. Standardmäßig wird C:\EAGLE 9.6.2 angeboten, den man aber auch ändern kann. Als nächster Schritt folgt die Auswahl, ob ein Shortcut auf dem Desktop erzeugt werden soll. Nach der Auswahl öffnet sich ein weiteres Fenster, in dem alle getroffenen Wahlmöglichkeiten nochmals aufgeführt sind und das meldet, dass EAGLE zur Installation bereit ist. Ein Klick auf den Button Install führt die Installation aus. Ist diese erfolgreich durchlaufen, meldet ein weiteres Fenster Completing the EAGLE Setup Wizard. Man kann jetzt auswählen, ob EAGLE gleich gestartet werden soll, wenn man den Button Finish anklickt (Abb. 2–4). Startet man EAGLE, muss man sich mit seinem Autodesk-Konto anmelden. Bei der Free Edition genügt das ein einziges Mal nach der Installation (Abb. 2–5). Hat man die Premium-Edition, muss man sich nach spätestens 30 Tagen erneut anmelden, um die Lizenz zu validieren.

Abb. 2–4EAGLE wurde erfolgreich installiert.

Abb. 2–5Anmelden mit dem Autodesk-Konto

2.2Was ist ein Bauteil in EAGLE?

Bevor man mit EAGLE arbeiten kann, muss man eine wichtige grundlegende Philosophie von EAGLE verstehen. Bei EAGLE werden Bauteile ausschließlich in Bibliotheken definiert. Ist ein Bauteil auf einem Schaltplan oder Board platziert, sind alle Informationen aus der Bibliothek in diesem Bauteil. E...

Inhaltsverzeichnis

• Cover
• Über den Autor
• Titel
• Impressum
• Inhaltsverzeichnis
• Vorwort
• 1 Einleitung
• 2 Kurze Einführung in EAGLE
• 3 Projekt 1: Binärzähler
• 4 Projekt 2: Duales Linearnetzteil
• 5 Projekt 3: USB-Sound-Stick
• 6 Projekt 4: Class-D-Audioverstärker
• 7 Projekt 5: Mikrocontroller-Board
• Literatur
• Fußnoten
• Index