Обзор бесплатных систем проектирования печатных плат

Выбор программного обеспечения

Наиболее важным элементом в электронных схемах и оборудовании является печатная плата. Возможно построить электронную схему с макетными и нулевыми платами, но этот метод является низкоуровневым и менее эффективным, поскольку схема проектирования будет подвержена повреждениям, а результат может быть плачевным, поскольку проектирование включает в себя сложный процесс размещения компонентов схемы. Сегодня в интернете предлагают множество программ для производства печатных плат.

Требования к выбору ПО:

Функциональность должна соответствует стилю работы дизайнера. Многие разработчики начинают со схемы и переносят результаты в дизайн макета ПП. Если рассматриваемое ПО не поддерживает это направление, вероятно, лучше выбрать другую программу. Гибкость. Создание отличного макета — это одно, но если он выполняется малофункциональной программой, это не принесет большую ценность изделию. ПО верстки должно соответствовать проектам, как для жестких, так и для гибких плат, согласно выбору дизайнера

Поддержка ПО — поставщик обязан обеспечить эффективную поддержку, особенно важно для дизайнеров, плохо знакомых с инструментами САПР. Обновления — минимальная частота обновления программы поставщиком 1 раз в полгода

Компоновка и дизайн ПП постоянно развиваются вместе с технологиями. Программное обеспечение, которое не меняется со временем, будет бесполезным в относительно короткий период.

Внедрение программного обеспечения макета в процессе проектирования печатной платы повысит эффективность размещения компонентов и уменьшит количество проблем, возникающих при переходе плат к этапам создания прототипа и окончательного изготовления. Чем раньше в процессе обнаруживаются проблемы, тем дешевле их устранение. Это становится еще более важным, поскольку перед инженерами стоит задача разрабатывать более сложные, многослойные и тонкие ПП для современной электроники и миниатюрных устройств. Смартфоны и умные телевизоры с плоским экраном — это лишь некоторые примеры приложений для все более сложных макетов ПП.

Многие разработчики советую использовать для печатных плат Sprint-Layout — это программный инструмент, применяемый для изготовления макетов односторонних, двусторонних и даже многослойных ПП. С ним можно быстро и легко проектировать плату, так как инструмент не имеет ограничений относительно того, как нужно проектировать свою печатную плату.

DesignSpark PCB

(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. DesignSpark PCB позволяет рисовать электрические схемы, разрабатывать конструкцию печатной платы и ее трассировку, а также предлагает готовые модели электронных компонентов, представленные компанией RS Components.

Рисунок 7.	DesignSpark PCB — мощная, удобная и доступная проектная система для профессионального создания схем и печатных плат.

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 PCBWeb от компании Aspen Labs, полная версия которого стала платной.

Индивидуальные печатные платы

Печатная плата (ПП) механически поддерживает и электрически соединяет электронные компоненты, используя проводящие дорожки, соединения и другие элементы, вытравленные из медных листов, ламинированных на непроводящей подложке. Она имеет предварительно разработанную конструкцию и дизайн медных дорожек на проводящем листе. Таким образом, разработка печатной платы уменьшает возможность появления неисправностей, возникающих из-за слабых соединений, при этом сборка компонентов проста — радиолюбителю остается только разместить компоненты и припаять их.

Многие разработчики используют индивидуальные ПП вместо готового изделия из-за того, что пользовательский дизайн делает их более компактными, более удобными в использовании, так как радиолюбитель сам принимает решение, где разместить детали. И наконец, плата гораздо прочнее, в отличие от готовых изделий, которые пронизаны множеством отверстий, делающих изделия слабыми.

Технология изготовления печатных плат довольно простая:

1. Разработка макета.
2. Распечатка схемы.
3. Перенос схемы термическим способом на медную пластину.
4. Травление ПП в специальном растворе хлорного железа с последующей промывкой ее водой, чтобы удалить остатки реактивов.
5. Удаляют оставшиеся чернила с помощью растворителя для раскрытия неокрашенной медной части.
6. После удаления чернил понадобятся отверстия для пайки компонентов на плате.
7. По выполненной схеме припаивают компоненты.

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.

Сбор новостей

Практичный дизайн с DesignSpark PCB

DesignSpark PCB — это инструмент проектирования печатных плат RS Components. Он является частью набора приложений, предназначенных для поддержки быстрого создания прототипов посредством механического и электронного проектирования и был выпущен на рынок в 2010 году.

Компания RS Components разработала онлайновое сообщество, которое активно развивает проект, что неудивительно, поскольку RS — всемирно известная и уважаемая организация, публикующая свои решения для электронного дизайна. Инструмент предоставляется бесплатно, но есть вариант для коммерческого использования.

Несмотря на свою бесплатность, это полная и профессиональная программа, которая позволяет создавать несколько страниц схематических моделей, не имеет ограничений по размеру печатной платы и выдает стандартные файлы окончательного формата.

Различные способы изготовления

Радиолюбителю легко сделать печатные платы дома. Это сэкономит много времени на процессах отладки и двойной проверки соединений на макете. Можно сделать собственный Arduino.

Существует три основных способа изготовления:

1. Утюг на глянцевой бумаге методом нагрева.
2. Схема от руки на ПП.
3. Лазерное травление. Поскольку лазерный метод является промышленным методом изготовления плат, домашние умельцы используют первые два.

Дизайн печатной платы:

1. Проектирование ПП обычно выполняется путем преобразования принципиальной схемы в макет с использованием программного обеспечения.
2. Существует множество классных программных пакетов с открытым исходным кодом для создания и дизайна макетов ПП.

Многие разработчики электронных устройств в домашних условиях рекомендуют те, что дают наибольшее преимущество:

• Cadsoft Eagle;
• PCBWizard.

Платные программы для черчения электросхем

Платных графических редакторов для создания схем много, но не все они нужны для «домашнего» использования или для работы, но не связанной напрямую с проектированием. Платить немалые деньги за ненужные функции — не самое разумное решение. В этом разделе соберем те продукты, которые получили много хороших отзывов.

DipTrace — для разработки печатных плат

Для опытных радиолюбителей или тех, чья работа связана с проектированием радиотехнических изделий, полезна будет программа DipTrace. Разрабатывалась она в России, потому полностью на русском.

Есть в ней очень полезная функция — она может по готовой схеме разработать печатную плату, причем ее можно будет увидеть не только в двухмерном, но и в объемном изображении с расположением всех элементов. Есть возможность редактировать положение элементов на плате, разработать и корректировать корпус устройства.  То есть, ее можно использовать и для проектирования проводки в квартире или доме, и для разработки каких-то устройств.

В DipTrace можно посмотреть как будет выглядеть готовое изделие в формате 3D

Кроме самой программы для рисования схем надо будет скачать еще библиотеку с элементной базой. Особенность в том, что сделать это можно при помощи специального приложения —  Schematic DT.

Интерфейс программы для рисования схем и создания печатных плат DipTrace удобный. Процесс создания схемы стандартный — перетаскиваем из библиотеки нужные элементы на поле, разворачиваем их в требуемом направлении и устанавливаем на места. Элемент, с которым работают в данный момент подсвечивается, что делает работу более комфортной.

По мере создания схемы, программа автоматически проверяет правильность и допустимость соединений, совпадение размеров, соблюдение зазоров и расстояний. То есть, все правки и корректировки вносятся сразу, на стадии создания. Созданную схему можно прогнать на встроенном симуляторе, но он не самый сложный, потому есть возможность протестировать продукт на любых внешних симуляторах. Есть возможность импортировать схему для работы в других приложениях или принять (экспортировать) уже созданную для дальнейшей ее проработки. Так что программа для рисования схем DipTrase — действительно неплохой выбор.

Если нужна печатная плата — находим в меню соответствующую функцию, если нет — схему можно сохранить (можно будет корректировать) и/или вывести на печать. Программа для рисования схем DipTrace платная (имеются разные тарифы), но есть бесплатная 30-дневная версия.

SPlan

Пожалуй, самая популярная программа для рисования схем это SPlan. Она имеет хорошо продуманный интерфейс, обширные, хорошо структурированные библиотеки. Есть возможность добавлять собственные элементы, если их в библиотеке не оказалось. В результате работать легко, осваивается программа за несколько часов (если есть опыт работы с подобным софтом).

Недостаток — нет официальной русифицированной версии, но можно найти частично переведенную умельцами (справка все равно на английском). Есть также портативные версии (SPlan Portable) которые не требуют установки.

Одна из наиболее «легких» версий — SPlan Portable

После скачивания и установки программу надо настроить. Это занимает несколько минут, при последующих запусках настройки сохраняются. Создание схем стандартное — находим нужный элемент в окошке слева от рабочего поля, перетаскиваем его на место. Нумерация элементов может проставляться в автоматическом или ручном режиме (выбирается в настройках). Что приятно, что можно легко менять масштаб — прокруткой колеса мышки.

После окончания работы можно сохранить файл в виде изображения, которое можно вывести на печать, причем могут создаваться большие схемы размером А4. Основной фал можно впоследствии редактировать.

Есть платная (40 евро) и бесплатная версия. В бесплатной отключено сохранение (плохо) и вывод на печать (обойти можно при помощи создания скриншотов). В общем, по многочисленным отзывам — стоящий продукт, с которым легко работать.

Красное кресло

Царское кресло обычно выглядит богато и необычно. Отличается оно не только материалом, но и формой, цветовой окраской. Попробуем разобрать поэтапно, как нарисовать кресло известного человека. Начинаем с боковых элементов. Это будут такие же перевернутые верх клюшки, но с закрученным концом.

Соединяем их снизу ровной линией, такую же рисуем посередине, и немного ниже уровня закрученного валика делаем верхушку в виде небольшой дуги. Теперь вытягиваем кресло вглубь. Для этого валики с крайней части удлиняем прямой вглубь и на заднем плане заворачиваем в середину. Соединяем заднюю часть прямой. Под боковыми валиками рисуем две ножки и разворачиваем их в разные стороны.

Добавляем спинку. Для этого нарисуем прямоугольник за сидением, а верхушку завернем мягким изгибом.

Закрашиваем кресло красным цветом. Чтобы придать ему особого оттенка, следует правильно расставить блики и затенить другие части. Светлый располагаем в центре спинки и сидения, на боковых поверхностях и ножках. Затемняем все части, которые находятся вдалеке от блика.

https://youtube.com/watch?v=4YgqyOD3o2c

Советы умельцев

Простая схема может быть разработана после нескольких часов обучения. Более сложные проекты, использующие сложное ПО, требуют большей самоотдачи и терпения, поэтому лучше воспользоваться советами профессионалов.

Советы начинающим:

1. Загружают и устанавливают ПО для печатной платы по выбору.
2. Запускают конструктор схемы ПП. В Eagle это можно сделать, перейдя в «Файл», «Новый» и «Схема».
3. Добавляют все необходимые детали из библиотеки на плату схемы и соединяют их вместе в соответствии с дизайном. Если деталь недоступна в библиотеке, придется ее создать. Для этого следуют инструкциям в разделе справки о том, как добавить новую часть в библиотеку.
4. Проверяют наличие ошибок подключения, нажав «Инструменты», затем «ERC». Если есть ошибки, исправляют их, прежде чем переходить к следующему шагу.
5. Поручают программе создать макет непосредственно из схемы.
6. С помощью мыши переносят все компоненты в то место, где нужно, чтобы они располагались на печатной плате. При этом рекомендуется следовать схеме и не беспокоиться о линиях, соединяющих компоненты.
7. С этого момента ПП в разных программах обрабатываются по-разному, например, в Eagle нажимают «Rasnest» в левой строке меню, чтобы очистить соединительные воздушные провода, в других программах можно обратиться к файлам справки.
8. Нужно найти режим «Авто» в строке меню, чтобы ПО могло автоматически выполнять трассировку. Эта функция никогда не работает идеально, поэтому должны быть оставлены некоторые колодки для подключения.
9. Изменяют размер панели, перемещая границы в соответствии с потребностями. Хорошая практика — оставить примерно 1/2 дюйма места с каждой стороны прямоугольной доски.
10. Если используется Sprint Layout 6 и нужно создать заземление, используют команду «polygon gnd», нажимают «Enter» и с помощью мыши создают выбранную область. Выбирают «Авто» в левом меню, чтобы автоматически настроить полигон для трансов, площадок и переходов. В принципе, все, после этого макет ПП готов.

Таким образом, можно подвести итог, что проектирование печатной платы не требует специальных навыков и большого терпения. Для этого необязательно проходить специальную подготовку, поскольку большинство программ для разметки поставляется с учебными пособиями и пошаговыми примерами, которые успешно используются для изучения основ.

EasyEDA

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.

Рисунок 1.	Рабочая область онлайн системы EasyEDA.

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.

Рисунок 2.	Поиск в библиотеках элементов в среде EasyEDA.

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.

Травление и восстановление платы

Существуют различные варианты травильного раствора, но наиболее распространенным является хлорное железо, которое применяют при изготовлении печатной платы своими руками. Используют реагент в пластиковом контейнере и никогда — в металлической посуде. Заливают реагент в емкость, оставляют плату на 30-45 минут, затем вынимают ее из контейнера. Вытравливают защищенную чернилами область и удаляют ее по окончании.

Технология изготовления печатных плат:

1. Промывают печатную плату водопроводной водой после травления в растворе, при чистке обязательно надевают перчатки и очки. Также рекомендуется использовать пластиковый пинцет и не применять металлические инструменты.
2. Очищают оставшиеся чернила с мылом для стирки после травления, чтобы обнажить медную часть платы, можно почистить ее небольшим кусочком мелкой шлифовальной бумаги, придавая ей блеск.
3. Далее просверливают отверстия мини-сверлом по схеме и снова ополаскивают водой. Сверление выполняют на медной стороне, так как так там размещена схема, которая послужит руководством.

Эффективное размещение следов на печатной плате является сложным навыком и требует большого терпения. Эта задача значительно упростилась благодаря появлению легкодоступного бесплатного программного обеспечения Diptrace на русском (версия 2.0.1.7) для проектирования макетов, которое можно загрузить с официального сайта.

TinyCAD

Бесплатная система проектирования профессиональных электронных схем TinyCAD 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.

Рисунок 3.	TinyCAD — система проектирования электронных схем.

Недорогое программное обеспечение для разработки печатных плат

Upverter

Инструменты PCB от Upper имеют несколько разных уровней цен, начиная с бесплатного пакета Starter. На этом уровне вы получаете ряд основных функций, таких как создание пользовательских деталей и личная библиотека. Тем не менее, он также позволяет вам только два частных проекта. Для неограниченных проектов вам нужна профессиональная версия, которая также включает в себя более широкий выбор компонентов, а также 3D-превью и API/Scripting. Всеобъемлющая версия Upper Professional является всеобъемлющим и целесообразным вариантом. С другой стороны, когда речь заходит о недорогих инструментах для печатных плат, это также один из самых дорогих из них — 125 долларов США в месяц. Вы можете снизить стоимость до 100 долларов в месяц, если вы платите за весь год вперед.

Eagle

Крупнейшим плюсом ПО для дизайна PCB Eagle является то, что они могут работать в Windows, Mac или Linux, поэтому вы можете использовать программное обеспечение независимо от того, какая ваша предпочтительная ОС. Еще один плюс в том, что инструменты Eagle оцениваются ежегодно, а не ежемесячно, что приводит к некоторым относительно недорогим вариантам использования. Пакеты начинаются от $ 69 за базовую версию «Business Lite». Оттуда он переходит к версиям Standard и Professional, цены на которые варьируются в зависимости от того, сколько у вас пользователей и какие типы редакторов вы хотите включить. Для одного пользователя, который использует только редактор Layout или Schematic, он составляет 315 долларов США за лицензию стандартной версии или 625 долларов для версии Professional. Однако, если вы хотите использовать сразу редакторы Schematic, Layout и Autorouter, цена выростет до 820 долларов и 1640 долларов соответственно. Различные редакторы имеют разные функции, поэтому, если вам нужна более низкая цена, вам нужно выбрать, какие из них наиболее важны для вас, а какими из них можно пожертвовать. Кроме того, нет неограниченной версии. Стандартная версия ограничивает вас 99 схематическими листами и 6 сигнальными слоями, в то время как версия Professional ограничивает вас 999 схематическими листами и 16 сигнальными слоями.

DipTrace

DipTrace — это самый дешевый инструмент для печатных плат в нашем списке, который предлагает бессрочную лицензию, а не ежемесячные или годовые платежи. Цены варьируются от 75 долларов США за пакет Starter, и до 1,195 долларов за полный пакет. Следует, однако, отметить, что если вы хотите неограниченное количество контактов или неограниченное количество слоев ПП, вам нужно будет выложить полные $ 1,195. Все остальные версии ограничены количеством. Кроме того, периодические обновления программного обеспечения стоят денег — примерно 25% от базовой стоимости пакета.

CircuitStudio

Это, безусловно, самый недорогой PCB-инструмент стоимостью 995 долларов за бессрочную лицензию. Он также имеет один из самых полных наборов функций. В составной библиотеке CircuitStudio входит более 350 000 компонентов, а также встроенное управление цепочками поставок в реальном времени, чтобы помочь вам отслеживать, какие радиодетали вам нужны и какие сейчас доступны. Он прост в использовании и дает вам то, что нужно для разработки качественных печатных плат.

Чтобы оценить предложение CircuitStudio можно загрузить бесплатную пробную версию с официального сайта программы.

Название	Стоимость	Совместимость	Ограничение на количество слоев	Ограничение на количество компонентов
KiCad	Бесплатно	Windows, OS X, Linux	Нет	Нет
DesignSpark	Бесплатно	Windows	Нет	Нет
CADSTAR Express	Бесплатно	Windows	Есть	Есть
EasyEDA	Бесплатно	Web Based, Windows, OS X, Linux	Нет	Нет
123D Circuits	Бесплатно	Web Based	Есть	Нет
Fritzing	Бесплатно	Windows, OS X, Linux	Есть	Нет
gEDA	Бесплатно	Windows совместимые, если использовать эмулятор OS X, Linux, Unix	Нет	Нет
Upverter	Бесплатно — 125 долларов США в месяц (1200 долларов США в год)	Windows, OS X, Linux	Нет	Нет
Eagle	Однократная лицензионная плата: Business Lite (до 2-х слоев): $ 69; Бизнес-стандарт (до 6 уровней): $ 315 — $ 820; Business Professional (до 16 уровней): $ 625 — $ 1640	Windows, OS X, Linux	Есть	Нет
DipTrace	Однократная лицензионная плата: 75 — 1195 долларов США	Windows	Нету только в дорогом пакете	Нету только в дорогом пакете
Quadcept	99 долл. США в месяц (1089 долл. США в год)	Web based, Windows	Нет	Нет
CircuitStudio	Однократная лицензионная плата: 995 долларов США	Windows	Нет	Нет

Достоинства