Dicas Eagle

1.    Conceitos básicos para elaboração de PCI (placas de circuito impresso)

    No caso de projetos envolvendo sistemas embarcados desenhar um esquema do circuito é o primeiro passo a ser dado. De posse de um diagrama o projetista pode ter uma visão geral do projeto, responder algumas perguntas e se fazer outras inclusive: "Este processador é suficiente para a tarefa?". O diagrama também abre espaço para o projetista idealizar a placa, em partes pelo menos. Mas, quando o projetista desenha o diagrama, ele já terá ideia do custo, pois terá listado todos os componentes da mesma. Também poderá observar ou definir o formato da PCI, disposição dos componentes, definir as entradas e saídas no processador etc.

    Elaborar uma PCI pode ser uma tarefa bem difícil dependendo dos requisitos do projeto. Dentre as várias questões que o projetista tem que pensar o tamanho da PCI e número de face dificultam ainda mais a tarefa. Neste tutorial pretendo mostrar os passos básicos para se elaborar uma PCI, partindo do zero chegando até o objetivo final que é uma placa. Técnicas mais apuradas para alguns casos podem der comentados mas serã descritos em tutoriais posteriores.

2.    Desenhando o diagrama esquemático 

    Neste tutorial é utilizado o Eagle versão 6.5.0, nativo na distribuição LinuxMint 17, licença educacional, como visto na figura 1.

Figura 1. Painel de controle do Eagle.

Fonte: Elaborado pelo Autor.

    Uma placa pode ser desenhada de duas maneiras, como projeto ou diagrama simples. No modo projeto, o programa organiza os arquivos dentro de uma pasta contendo esquema(s) e placa(s) do projeto, como visto na figura 2.

Figura 2. Criando um novo projeto.

Fonte: Elaborado pelo Autor.

    O modo de trabalho do usuário não influencia no resultado por ser apenas uma metodologia. Com um diagrama criado o usuário pode adicionar um novo elemento ao diagrama. Para manter o diagrama organizado, se utiliza uma folha de tamanho adequado ao projeto, neste tutorial é utilizada uma folha do tamanho A4. Para adicionar um elemento qualquer, o usuário deve selecionar a opção Add na barra lateral, como visto na figura 3.

Figura 3. Adicionando um componente.

Fonte: Elaborado pelo Autor.

    Selecionada esta opção o programa abrirá a janela contendo os objetos dentro das bibliotecas selecionadas, como visto na figura 4. O Eagle possuiu a biblioteca frames contendo alguns formatos de folhas de desenho. Ao selecionar uma delas, no lado direito são exibidas algumas informações de descrição da mesma. Como mostrado na figura 4, foi selecionada a folha A4L-LOC.

Figura 4. Selecionando uma folha.

Fonte: Elaborado pelo Autor.

    Ao selecionar uma folha, o programa carrega a mesma na área de trabalho do usuário, como mostra a figura 5. Nesta área o usuário pode fixar os componentes e fazer as conexões para formar um circuito.

Figura 5. Área de trabalho.

Fonte: Elaborado pelo Autor.

    Para inserir um novo componente ao diagrama o usuário deve selecionar novamente a opção Add, na barra lateral e selecionar o componente desejado. Neste exemplo foi adicionado o microcontrolador PIC16F874P, da biblioteca Microchip, como mostrado na fig. 6.

Figura 6. Adicionando um componente.

Fonte: Elaborado pelo Autor.

    Ao selecionar um componente o programa exibe algumas informações pertinentes tais como: simbologia, encapsulamento, descrição e outras informações adicionadas pelo desenhista original do componente. As duas primeiras são importantes pois ajudam o projetista a definir o tamanho da placa e dando uma visão física do componente.

    Com o componente selecionado e pressionando OK o usuário fica livre para fixá-lo na área de desenho. Os demais componentes usados neste exemplo são: R-US_0204/7 (R-US_), LED5MM (LED), RDT1034, +5V e GND. Dispostos como mostrado na fig. 7. Como boa prática de desenho de circuitos é recomendado que primeiro se distribua os componentes na folha para após conectá-los.

Figura 7. Fixando os componentes.

Fonte: Elaborado pelo Autor.

    Os componentes distribuídos ainda não formam um circuito pois faltam as conexões. As conexões são feitas traçando linhas conectando os terminais de dois componentes, por exemplo. Para traçar uma linha é usado a opção NET, como mostrado na fig. 8.

Figura 8. Fazendo as conexões.

Fonte: Elaborado pelo Autor.

    A conexão é feita clicando com o botão esquerdo no terminal do primeiro componente e traçando a linha até o terminal do segundo componente como mostrado na fig. 9. Este processo deve ser repetido até o circuito ficar como mostrado o da figura 10.

Figura 9. Fazendo as conexões.

Fonte: Elaborado pelo Autor.

Figura 10. Circuito completo.

Fonte: Elaborado pelo Autor.

    O usuário pode conferir se as conexões estão bem executadas. Isto é necessário ser feito caso o grido configurado seja muito pequeno, dificultando a correta conexão. Um bom tamanho de grid para trabalho é o 0,05 inches. A configuração do grid é mostrada na figura 11.

Figura 11. Configuração de grid.

Fonte: Elaborado pelo Autor.

    Para se ter certeza de que as conexões foram feitas o usuário pode usar a ferramenta Show e selecionar um net para teste. Se o net estiver bem conectado aos terminais dos componentes, os mesmos ficam com a cor alterada como mostrado na figura 12.

Figura 12. Verificando as conexões.

Fonte: Elaborado pelo Autor.

    Esta verificação deve ser feita se o usuário não tiver certeza de que as conexões estão bem feitas. As conexões feitas no diagrama são usadas no processo de desenho da placa.

3.    Leiaute da placa

    A criação do arquivo da placa é feito selecionando a opção generate/switch to board, como mostra a fig. 13.

Figura 13. Criando a placa.

Fonte: Elaborado pelo Autor.

    Ao executar este comando o programa exibe uma caixa diálogo para que o usuário confirme a criação do arquivo. Após confirmar a criação do arquivo, o programa cria um arquivo com os componentes presentes do esquemático, com os seus respectivos encapsulamentos, como mostra a fig. 14.

Figura 14. Placa com os componentes.

Fonte: Elaborado pelo Autor.

    O programa também adiciona um retângulo representando os limites da placa. Estas dimensões podem ser alteradas normalmente, como será mostrado mais tarde. Aumentando o zoom sobre os componentes, como mostra a fig. 15, é possível notar linhas conectando alguns terminais. Estas conexões representam as ligações feitas durante a etapa de desenho do digrama esquemético. Por isso da importância das mesmas estarem corretamente feitas.

Figura 15. Componentes em detalhes.

Fonte: Elaborado pelo Autor.

    Cabe ao usuário dispor os componentes corretamente dentro da área definida pela placa. Primeiramente o usuário precisa definir as dimensões da placa. O usuário altera as dimenões movendo os cantos da placa para as dimensões desejadas usando a ferramenta move, como mostra a fig. 16.

Figura 16. Selecionando o Move.

Fonte: Elaborado pelo Autor.

    Com a opção Move selecionada o usuário precisa selecionar um canto ou um lado do retângulo da placa para começar a alterar as dimensões da placa como mostra a fig. 17. Este processo deve ser repetido para os quatro cantos até atingir as dimensões desejadas. É interessante, neste momento, o usuário alterar o grid para 'mm' a fim de facilitar as medidas da placa como mostrado no canto superior esquerdo da fig. 17.

Figura 17. Alterando as dimensões da placa.

Fonte: Elaborado pelo Autor.

    Novamente usando a ferramenta move o usuário deve distribuir os componentes adequamente, como mostrado na fig. 18. O último passo é traçar as trilhas para conectar os componentes. Neste exemplo é assumida uma placa com face simples, apenas uma camada de cobre, na parte inferior.

Figura 18. Distribuindo os componentes.

Fonte: Elaborado pelo Autor.

    Para dar início ao traçado das trilhas é necessário usar a opção route, como mostra a fig. 19. Em seguida, o usuário deve escolher uma das trilhas a serem roteadas, como mostrado na fig. 20 e unir as duas pontas. 

Figura 19. Selecionando a opção route.

Fonte: Elaborado pelo Autor.

    A fig. 20 também mostra as opções oferecidas pelo programa, localizada na barra superior, para alterar a camada, formato, largura etc. Por agora apenas as 3 opções citadas são comentadas.

Figura 20. Desenhando uma trilha.

Fonte: Elaborado pelo Autor.

    A opção de alterar camada, mostrada na fig. 21, permite ao usuário desenhar trilhas na camada superior de cobre de uma placa de face dupla, a aparência da trilha fica como mostrada na fig. 21.

Figura 21. Alterando a camada.

Fonte: Elaborado pelo Autor.

    Na fig. 22, é mostrada uma trilha desenhada na camada top. 

Figura 22. Exemplo com trilha na camada superior (top).

Fonte: Elaborado pelo Autor.

    O formato da trilha pode ser alterada durante o traço, clicando o botão direito. O formato é alterado para facilitar o desenho da trilha conforme é necessário desviar algum obstáculo ou evitar cantos com ângulos ortogonais (teorema das pontas).

    A espessura da trilha pode ser alterada no campo witdh, onde o usuário informa o valor para a espessura. esta configuração é importante em projetos que apresentam taxas de circulação de corrente diferentes ao longo do circuito.

    A fig. 23 mostra o circuito com todas as trilhas desenhadas.

   Figura 23. Placa totalmente roteada.

Fonte: Elaborado pelo Autor.

3. Criando componentes

    Não é incomum a inexistência de algum componente necessário ao projeto. Tanto na etapa do desenho do esquema quanto no da placa. É possível adicionar componentes às bibliotecas do programa como criar novas bibliotecas. No exemplo a seguir é mostrado as etapas de criação de uma nova biblioteca e a adição de um novo componente.

    O usuário pode criar uma nova biblioteca (library) no menu File->New->library, do painel de controle do Eagle. Ao fazê-lo, o programa abrirá o editor Library para iniciar a adição de novos componentes. A adição de um novo componente consiste de algumas etapas: criar o componente, desenhar o símbolo, desenhar o encapsulamento, definir as conexões do pinos e definir as variáveis do componente. 

    3.1.    Criando um novo componente

    O primeiro passo é adicionar um símbolo na biblioteca. Acessando o menu Library->Symbol, o usuário pode inserir um nome ao símbolo e iniciar a edição do mesmo. O exemplo a seguir mostra a edição de um símbolo para representar um amplificador operacional e o nome dado é ampop. A fig. 24 mostra a janela do editor, na parte superior temos a área de edição, à esquerda a barra de ferramentas e na parte inferior a descrição do componente.

    Figura 24. Editor de componentes.

Fonte: Elaborado pelo Autor.

    O Eagle organiza os diversos objetos visíveis em um componente, símbolo ou placa em camadas. Esta organização permite ao usuário esconder ou exibir os objetos com o objetivo de organizar melhor o trabalho e evitar a poluição visual ou para escolher o que vai ou não ser impresso na placa durante o processo de fabricação dela. Também é possível adicionar quaisquer elementos, círculos, textos, retas etc em quaisquer camadas.

    Os símbolos dos componentes são normalmente desenhados na camada 94 (Symbols). O usuário pode começar a edição do símbolo para o ampop selecionando a opção wire, disponível na barra de ferramentas. A fig. 25 mostra o símbolo desenhado, os caracteres de "+" e "-" podem ser desenhados ou inseridos como texto através da opção "T", ao lado da opção wire.

Figura 25. Editando o símbolo.

Fonte: Elaborado pelo Autor.

    O próximo passo é a adição dos pinos do componente. Os pinos são adicionados selecionando a opção Pin, como mostra a fig. 26. Ao selecionar a opção PIn, o programa exibe as opções disponíveis para um pino na barra superior do programa. Estas opções são: 

• Orientação - Define o ângulo de rotação do pino: sem rotação, 90º, 180° e 270°;

• Função - Adiciona um símbolo adicional ao pino que representa: nada a adicionar, inversor, sensível à borda de subida ou borda de descida;

• Comprimento - altera o comprimento do pino: tamanho muito curto, curto, normal e longo;

• Exibição de informações - seleciona as informações a serem exibidas no pino: nenhuma, somente a numeração, somente o nome ou ambos;

• Direção - define a função do pino no componentes: NC (não conectado), IN (entrada), out (saída), IO (entrada/saída), OC (coletor aberto), pwr (força), pas (passivo), hiz (alta impedância), sup (fonte de alimentação).

    As opções acima ajudam o programa na etapa de verificação de erros no momento da elaboração do leiaute da placa usando a opção DRC (Desing Rule Check).

Figura 26. Adicionando os pinos.

Fonte: Elaborado pelo Autor.

Continua....