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Gua Rapida EAGLE.

Extrado de Receta de Eagle de Juan Lanzagorta Ibarra, ITESO.

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EAGLE es un programa que sirve para dibujar las lneas de cobre para fabricar circuitos impresos (Printed Circuit Boards PCBs).

Ya en el programa de Eagle, selecciona File > New > Board, como se muestra en la figura 1a. Al abrir una nueva a tarjeta (new board), aparece una ventana como en la figura 1b la cual usaremos para dibujar los componentes y las pistas de cobre que los van a unir.

Es importante guardar el archivo que acabamos de empezar en una carpeta nueva porque se va a requerir al final del diseo para poder comunicarnos con la mquina que hace el circuito impreso. Dentro del administrador de archivos Archivo > Nuevo > Carpeta y denle el nombre que gusten. En Eagle denle file -> save as ahora denle un nombre a su trabajo y gurdenlo en la carpeta nueve recin hecha. El nuevo archivo se guardar con la extensin .brd.

Figura 1. a) Proceso para entrar a EAGLE; b) rea de trabajo.

Eagle usa el color rojo para indicar las lneas de cobre por arriba (del lado de los componentes) y el color azul para el lado de la soldadura (bottom). El ejemplo que vamos a hacer como prctica necesita una tarjeta con cobre por un solo lado y de 1.5 pulgadas de lado.

Para facilitar el dibujo de los componentes en el rea de trabajo haremos que aparezca en el fondo una cuadrcula. Hagan click en Grid figura 2a. El icono est en la parte superior izquierda de la pantalla. Aparecer un cuadro (figura 2b) en el cual tienes que poner el Display en On, y las unidades de Size y Alt las puedes dejar en pulgadas o escoger milsimas de pulgada. Presiona OK. En la parte superior de la pantalla (figura 2a) aparecen las coordenadas de la posicin del cursor dentro del rea de trabajo.

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Figura 2. a) Proceso para que aparezca la cuadrcula; b) Cuadro para seleccionar las unidades.

Si deseas cambiar el color del fondo de la pantalla puedes hacerlo en Options -> User interface (figura 3a) y sale una ventana como se muestra en la figura 3b. Figura 3. a) Proceso para entrar a User Interface b) Ventana para cambiar el color de fondo.

En esta ventana podemos modificar algunas opciones de visualizacin y zoom. A la derecha arriba se pueden cambiar los colores del fondo de la pantalla. Layout se refiere a la pantalla donde se hace el dibujo del circuito impreso (lneas de cobre y orificios), con el que vamos a trabajar ahora. Schematic se refiere a la pantalla donde se hace el dibujo del circuito elctrico (el diagrama con resistencias, transistores, etc.), El dibujo del diagrama elctrico ser tratado en otro escrito.

Toca ahora indicar el tamao del circuito impreso que se va a dibujar. En nuestro ejemplo vamos a usar una tableta cuadrada de 1.5 pulgadas de lado. Selecciona Wire (figura 4), y en el recuadro que hay a un lado de Grid selecciona la lnea 20 Dimension la cual sirve para marcar los lmites donde puede haber partes del impreso y en el proceso de fabricacin, una vez que termine de quitar el cobre y hacer los orificios servir de gua para hacer el corte final. En el

Grid Posicin

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mismo rengln hay un recuadro llamado Width. Como estndar, escoge un ancho de 16 milsimas.

Localiza abajo a la izquierda de la pantalla la cruz que indica la posicin (0.00, 0.00). Coloca el cursor encima de ella y da un clic. Sube el cursor a la posicin (0, 1500) y dale otro clic. Muvelo a la derecha hasta (1500, 0) y termina en (0,0) con un doble clic. Ahora, en la pantalla, hay un cuadro de 1.5 de lado. Si en algn momento de tu proyecto necesitas borrar o eliminar algn componente,

debes utilizar la funcin Delete , con un clic encima del componente que quieres eliminar, se borra. Al eliminar o mover los componentes quedan sombras en el

dibujo, para quitarlas usa a la funcin Redraw o F2. Para deshacer lo hecho se usa Alt+Backspace y para rehacer Alt+shift+Backspace o Edit > Undo o Edit > Redo o los conos de Undo y Redo. Ahora presiona la opcin Fit para ajustar la pantalla a tu rea de trabajo. Figura 4. Localizacin de algunas herramientas para hacer el dibujo del circuito impreso. En esta prctica haremos el circuito impreso para el circuito de la figura 5.

Wire

Fit

Add

Dimension

Redraw

Delete

Undo y Redo

8

4 2

3 1 VO +

R1 R2

V

V-

V

V-

Figura 5. a) Diagrama elctrico con un amplificador operacional para el que se requiere hacer un circuito impreso. Para las entradas de voltaje V+ y V- se necesita un conector y para la salida VO un orificio donde se le soldar un cable.

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Para empezar a colocar componentes en el espacio de trabajo se requiere de unos dibujos que EAGLE tiene en unos archivos llamados bibliotecas (Libraries).

Noten que para hacer un circuito impreso de una cara como el que pretendemos hacer (la tarjeta de material aislante tiene cobre en un solo lado), se requiere de dos elementos primordiales: Uno es el agujero donde se va a introducir por un lado de la tableta, una de las terminales de un componente, para ser soldado en el otro lado. El otro elemento indispensable es la pista de cobre que va a unir la terminal de un componente con la de otro.

Para facilitar el diseo, Eagle nos proporciona una grandsima cantidad de dibujos que corresponde a otro tanto de componentes que hay en el mercado. Por

ejemplo, seleccionen la opcin Add (figura 4), un momento despus aparecer una ventana con una lista de las bibliotecas (libraries) donde se encuentran los dibujos de los componentes que se van a necesitar (agranden el recuadro para que se vea bien el dibujo de la derecha). Busquen la biblioteca rcI y denle click en el + (Resistors, Capacitors Inductors). En la primera lnea est el cdigo 085CS_1AR que corresponde a un: Aluminum Electrolytic Capacitors Reflow Soldering y a un lado est un dibujo que a algunos de ustedes ya les ha de ser familiar. Los cuadros rojos son para indicar que ah hay cobre y es donde se deben colocar las terminales del condensador electroltico de montaje superficial (Surface Mounting Technology SMT) cuando se vaya a soldar.

Figura 6. a) Dibujo del cobre que necesita haber en un circuito impreso para poder soldar un condensador electroltico de montaje superficial y b) dibujo del cobre que necesita haber en un circuito impreso para poder soldar una resistencia con terminales a los lados para introducirlas por arriba (top) en el circuito impreso y ser soldadas por abajo (Bottom).

Con la flecha del teclado vayan hacia abajo recorriendo cada lnea y observen como va cambiando la figura de la derecha. Dependiendo de la forma como es construido el componente necesitar ms o menos cobre para ser soldado. Al llegar a 0204/5 dice RESISTOR y en este caso el dibujo que tena unos cuadritos rojos ahora

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tiene unas donas verdes. Los cuadritos rojos del condensador son para montaje superficial (SMT) y las donas verdes son para indicar que ah habr cobre y un agujero en medio por donde pasar una broca. El rojo indica cobre del lado de los componentes (top) el verde indica cobre de los dos lados (top y bottom) El azul indica cobre en el lado de la soldadura (bottom).

Sigan bajando otras lneas y escojan el componente 0309/12. Denle OK y con un click se pega el dibujo en el rea de trabajo. Terminen con ESCape y ahora escojan el componente: 0309/20. OK, otro click y dos veces escape. Observarn que la diferencia entre uno y otro es la separacin donde se deben doblar las terminales de la resistencia para pasarlas por los agujeros. Es la misma resistencia pero tienen diferente separacin. Figura 7.

Figura 7. a) Dibujo de dos resistencias del mismo tamao con diferente separacin de los orificios donde van a ser soldadas. b) Dibujo de los componentes que vamos a usar.

Toca ahora colocar en el rea de trabajo las partes del diagrama elctrico de la figura 5. Para las resistencias vamos a usar el componente 0309/12 de la biblioteca rcl; para el circuito integrado, el DIL8 de la biblioteca microchip; para el potencimetro, el LI10 de la biblioteca pot; para las entradas de la fuente de voltaje el componente JP2Y de la biblioteca jumper y para el orificio donde se va a soldar un alambre para VO vamos a usar el 2,8-pad de la biblioteca Holes. En la figura 7b tenemos los componentes seleccionados para costruir el circuito elctrico de la figura 5.

Para mover los componentes ya pegados en el rea de trabajo se utiliza la funcin Move y para girarlos, se seleccionan y se da clic en el botn derecho del

ratn (figura 8). Recuerden que para borrar se usa Delete , Ahora hay que seleccionar cada componente y usar la funcin Name para colocar su nombre y con la funcin Value (a la derecha de name) se le pude escribir el valor

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o un identificador del componente. La figura 9 es como estaba y la figura 10 es como qued.

Toca ahora dibujar las pistas. Nuestro trabajo consiste en unir los componentes sin importarnos si se cruzan o no las lneas. Eagle tiene un comando que se encarga automticamente de hacer el dibujo para que no haya cruces.

Ahora unamos cada parte de acuerdo al diagrama elctrico usando la funcin

Signal . Las pistas de cobre pueden ser de varios anchos. Lo que sigue es el procedimiento que debes usar para tener en el dibujo varios anchos de pistas.

Figura 8. Seleccin de los componentes que se requieren para el circuito.

Usa Edit->Net clases y aparecer una ventana como la de la figura 9a. Toca escribir un mnemnico para cada ancho de pista que se vaya a dibujar y el valor en milsimas de pulgada de cada una como en la figura 9b. Por ejemplo, cuando escojamos la pista 2 (Nr=2) Medio, Eagle dibujar una pista de 32 milsimas de pulgada.

La primera columna Nr nos indica el nmero de configuracin y cual es la que tenemos activa. La segunda Name muestra el nombre de la configuracin para ubicarla de una manera sencilla. La tercera Width muestra el ancho de la pista. La cuarta y la quinta no es necesario configurarlas. Al terminar le damos clic en Ok,

Name & value

Signal

Auto

Move

Terminal 1

Terminal 8

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Cuando utilicemos la funcin Signal aparecer una barra en la parte

superior, la cual tiene un men desplegable llamado Net class (figura 9c) en la cual aparecern los tipos de seal que acabamos de configurar. Elijamos la configuracin 2 Medio y comencemos a conectar los componentes. El ancho de este tipo de seal es de 32 milsimas de pulgada, la cual es una pista que recomendamos para hacer los circuitos. Hay que tener en cuenta que entre ms corriente pase por nuestra pista ms ancha debe de ser.

Empecemos colocando una lnea entre el centro del restato P1 y la terminal 3 del circuito integrado U1 (Figura 10). Signal debe estar seleccionado (la terminal 1 es la que est a la izquierda de la marca y se cuenta contra las manecillas del reloj, ver figura 9).

Ahora, tracemos otra lnea de la terminal 8 de U1 a un extremo de P1 y de ah a V+ del conector V + GND V-. Hagamos lo propio con la terminal 4 de U1 con el otro extremo de P1 y V- del conector. Las lneas que hemos dibujado son amarillas y las llamaremos seales o lneas de seal.

Una vez que estn trazadas todas las lneas que unen todos los componentes del circuito (las de seal) hay que hacer lo necesario para que queden del grosor que se necesita y que no se crucen. Con la funcin Auto el programa de Eagle har los clculos necesarios para dibujar las pistas que se necesitan sin que se crucen.

Figura 9a, b y c. Ventana de Net classes donde establecemos en ancho de cada Signal y recuadro donde se puede elegir el ancho de cada pista sin tener que recurrir a la ventana de Net Classes

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Al seleccionar Auto se muestra una pantalla donde hay que especificar que no

habr pistas por el lado de los componentes. En la pestaa de General en el recuadro de 1 Top hay que seleccionar N/A. Si el circuito impreso tuviese cobre por los dos lados habra que hacer otra seleccin. Al oprimir OK Eagle mostrar un dibujo como el de la figura 12.

La funcin Auto se encarga de buscar la ruta ms conveniente para que las pistas no se crucen entre si, pero no toma en cuenta algunas consideraciones que se deben tener presente para un buen diseo de impreso. Al usar el icono de auto el circuito de la figura 10 lo dibuja como en la figura 11b.

8

4 2

3 1 VO +

-

R1 R2

V+

V-

V+

V-

Figura 10. Diagrama elctrico que se debe pasar a un circuito impreso.

Figura 11. Alambres (lneas amarillas) que unen los componentes segn el diagrama elctrico de la de la figura 9.

Figura 12. a) Pantalla para seleccionar que debe haber cobre por un solo lado. b) Dibujo de las pistas de cobre hecho automticamente por Eagle.

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Una de las consideraciones para disear un buen circuito impreso es que hay

que evitar las esquinas (los ngulos rectos). Esto se logra con Miter . Para probar, selecciona Miter y arriba, en la misma lnea de la cuadrcula (Gris) selecciona el smbolo de la derecha Straight Coloca el cursor en la esquina a modificar y jlala o empjala para que se quite el ngulo recto y quede un trazo a 45 Hay que practicar con este comando alternndolo con el de Move para modificar la posicin de las lneas.

Otra de las consideraciones para lograr un buen circuito impreso es que hay que evitar que las pistas pasen a menos de 100 milsimas de pulgada de los lugares donde va a haber soldadura y por ahora, es bueno que no haya pistas entre las terminales de un circuito integrado.

Es posible que la nica manera para que no se crucen dos lneas sea pasarlas entre dos terminales separadas 0.1 entonces habr que decidir si se deja ah con el riesgo de hacer cortos al soldar o quiz sea preferible colocar un jumper para evitar el cruce. La mquina que quita el cobre del impreso puede hacer lneas lo suficientemente delgadas como para hacer pasar una entre dos terminales separadas 0.1 pero evtenlas por ahora y practiquen cambiando el camino y haciendo que no haya esquinas.

Para modificar la solucin que ofrece Eagle al ejecutar Auto se usa la funcin

Ripup que transforma la pista (azul = cobre por el lado de los componentes) a seal (lnea delgada amarilla). Solo se necesita un clic en la pista azul para ir regresando cada parte de la pista a seal. Si en el momento despus de dar clic en

Ripup seleccionamos la opcin de GO todas las pistas del circuito se convertirn a seal.

Para regresar a la pista de cobre (lnea azul) se usa Route . Con este comando se puede dibujar la pista por el camino que se requiera dando clics con el botn izquierdo del mouse. En la parte de arriba de la pantalla, en misma lnea donde est Grid, aparecen varios iconos para seleccionar lo que har cada clic del ratn. Con Width se puede cambiar el grosor de la lnea. La mejor comprensin de este comando se logra al usarlo.

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Figura 13. Elctricamente hablando, este dibujo es igual a la figura 11a. Se modificaron los ngulos rectos y se separaron las pistas a 0.1.

Para hacer las pistas ms gruesas se puede usar la funcin Change al darle clic se desplegar un pequeo men en donde se escoge la opcin Width y el ancho de pista est en milsimas de pulgada. Dale clic en una de las pistas para que cambie su ancho. Ten cuidado de que al hacer ms anchas las pistas no se hagan cortos circuitos.

A veces se requiere cambiar un componente por otro. Por ejemplo, supongamos que queremos cambiar R1 por otra que tenga ms abertura entre las terminales. Primero, para averiguar el cdigo de la parte que est en el dibujo usamos Show

, seleccionamos la parte (se coloca el cursor en la cruz del centro de la parte) y abajo de la pantalla a la izquierda aparece el cdigo, en este caso: Element: R1, 0309/15, rci. Para remplazar R1 con 0309/20 usamos Replace Sale en pantalla la lista de partes y buscamos con el procedimiento establecido 0309/20 y se da OK. Si se posiciona el cursor en cualquier componente y se le da clic con el botn derecho, la componente que estaba se cambia siempre y cuando sea del mismo tipo (no se puede cambiar un circuito integrado por una resistencia). Para practicar cambien las dos resistencias por la 0309/10.

Miter

Straight

Route Ripup

Change

Show

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Generar archivos Gerber

Para que la mquina quite el cobre y quede el circuito impreso que queremos se

requieren generar los archivos apropiados. El estndar industrial que usan muchas mquinas comerciales tiene un formato llamado Gerber. Para generarlos selecciona

CAM y aparecer una ventana (figura 14), entra a File Open - Job, escoge el archivo gerb274x.cam.

En este proceso se van a generar muchos archivos los cuales deben estar todos en una misma carpeta, junto con el dibujo recin hecho como se indic en el cuarto prrafo de este manual.

Notaras que en la ventana aparecern una serie de pestaas, (figura 15). Por cada una de ellas se genera un archivo los cuales contienen las coordenadas de los elementos que se encuentran en las diferentes capas del circuito.

Figura 14. Ventana de para generar los archivos Gerber.

Figura 15. Ventana con la configuracin GerbR274x y cambios que debemos hacer.

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En la primera de Commponent side se guarda todo lo que hayamos puesto en la parte superior del circuito (Top, color rojo en el dibujo). La segunda es Solder side en esta se guarda todo lo que hayamos puesto en la parte inferior del circuito (Botton, color azul en el dibujo). La tercera es Sillk screen CMP en la cual se guardan todo lo que pusimos en Dimmension(color blanco en el dibujo) y los iconos de cada componente (color gris en el dibujo). Las ultimas dos pestaas no las necesitaremos, pero guardan lo necesario para generar la mascara protectora de los PCBs para cuando se usa la soldadura de ola no se llene de soldadura todo el circuito, esta es normalmente de color verde, que es el tpico cuando vemos un circuito impreso de alta calidad.

Para generar los archivos que vamos a necesitar en la maquina, requerimos hacer unos pequeos cambios en las configuraciones. La primera es en la pestaa de Solder Side (figura 15) desactiva la opcin mirror (lo que hace esta opcin es generar el archivo como si lo viramos a travs de un espejo, ya que a la hora de imprimirla es necesario que la parte inferior de la tarjeta quede al revs, si no las capas superiores y las inferiores no concordaran entre si, no es necesario porque el programa de la maquina CircuitCAM lo voltea despus). La segunda es en la pestaa de Sillk screen CMP (figura 16) desactiva las capas de tPlace y tNames para que slo este activada la de Dimmension, esto nos permitir despus cortar el circuito a la medida, desde la maquina. Por ultimo presiona Proces Job, y aparecern unas pequeas ventanas por unos instantes, esto significa que se estn generando los archivos.

Si sale una pantalla preguntando si guarda el trabajo modificado escoge No Esto es por si realizaste algn cambio equivocado no se altere la configuracin original para generar los archivos. Ahora repite el procedimiento File Open - Job, escoge el archivo excellon.cam y luego Process Job. Con estos archivos se generan las coordenadas de los orificios que sern necesarios en la tarjeta.

Figura 16. Modificaciones en Sillk screen CMP.