Disegnare circuiti stampati con CIRCAD

CIRCAD è un software semplice e gratuito per il disegno dei circuiti stampati delle schede elettroniche.

Questo tutorial è destinato agli appassionati di elettronica che vogliono imparare a disegnare da se i propri circuiti stampati.
CIRCAD può fare tante cose, ma io mi limiterò a spiegare come usarlo per disegnare direttamente il CS. La maggior parte dei software per PCB eseguono lo sbroglio automatico delle piste, ma i risultati lasciano a desiderare, e serve sempre intervenire manualmente per posizionare le piste che non sono state inserite, o per correggere sbavature e giri “stupidi” delle piste.

Sono arrivato alla conclusione che conviene di gran lunga piazzare manualmente le piste. E’ l’unico modo per ottenere un CS ordinato, compatto, e senza ponticelli (o comunque pochi).

Chi è CIRCAD:

Scritto interamente in Assembler da Hardware Design Engineers. CIRCAD è estremamente veloce e si distingue per potenza e prestazioni rispetto ad ogni altro pacchetto CAD PCB sul mercato. Schematici, netlist, circuiti stampati, stampa, uscita gerber editor gerber disponibili a comando senza inutili complicazioni che finiscono con il diventare la naturale appendice dell’operatore nel computer così da fondere la genialità del primo con la velocità e precisione del secondo. CIRCAD ha funzioni che lo rendono capace di “reverse engineering” , la possibilità cioè di ricavare schematici partendo da immagini di schede PCB importate da scanner.

Procurarsi CIRCAD:

La versione che non contiene l’autorouter viene fornita gratuitamente. Ho preparato un archivio (2.3MB) che contiene la versione 4.20a, il manuale in vari formati e le librerie.

Download CIRCAD

Estraete il contenuto del file .zip in una cartella qualunque e lanciate il file CC98.exe. Non è necessaria l’installazione.

Introduzione:

La velocità d’uso di Circad aumenta utilizzando la tastiera insieme al mouse. Quindi quando vedrete cose del tipo PL, significa che dovrete premere prima P, e poi L, il che equivale a selezionare il menù “Place” e l’opzione “Line”.

In questo modo si evita di spostare il mouse, magari perdendo un punto di riferimento nel monitor.
In alcune situazioni è impossibile muovere il mouse per accedere ai menù, quindi bisogna utilizzare per forza la tastiera. Le combinazioni sono sempre di due tasti, e si imparano a memoria velocemente senza nemmeno accorgersene.

Nell’archivio che ho preparato c’è un file che riporta tutte queste scorciatoie. All’inizio è bene averlo vicino mentre si lavora.

Circad produce diversi tipi di file, i principali sono: *.PCB i circuiti stampati, *.SCH gli schemi, *.LIB le librerie.

1: Creare il file

Avviare il programma. Mano destra sempre e solo sul mouse e mano sinistra per la tastiera.FW.
Appare una finestra dove possiamo scegliere che tipo di file vogliamo creare (PCB, schema, o disegno).

Spuntiamo la casella “PCB Files – Size A” che è un foglio per disegnare CS grande come un A4. Premere “Confirm” oppure il tasto C. Ora viene chiesto di specificare la directory e il nome del file, che viene immediatamente salvato.

2: Muoversi all’interno del disegno

Spostarsi all’interno del foglio è una operazione che si esegue in continuazione. Basta fare click in un punto qualunque (quando non ci sono comandi attivi) con il tasto sinistro per zoom-in e con il destro per zoom-out.

Tenendo premuto il tasto sinistro e muovendo il mouse è possibile trascinare il foglio.

Quando c’è un comando attivo basta avvicinare il cursore al bordo dello schermo, e automaticamente il foglio si sposterà dalla parte opposta. Lo zoom si può anche utilizzare con la rotella del mouse.

Se vi doveste perdere all’interno del disegno, per riprendere la situazione in mano usare ZX, che riporta il posizionamento del foglio in modo tale che il disegno appaia interamente all’interno del monitor con la dimensione massima. Se vi perdete nell’uso dei comandi è sufficiente premere il tasto Esc.

3: Inserire i componenti

Con PC apparirà questa finestra:

R400P70 significa che la resistenza ha una distanza tra i reofori di 400 mils ed ha un ingombro
laterale di 70 mils.

Un mils è un millesimo di pollice, quindi 100 mils sono 2.54 mm. Per intenderci, la distanza fra i
piedi degli integrati più comuni è di 100 mils.

Scegliete il componente che volete inserire e premete Confirm.

Scegliete il punto dove volete mettere il componente e fate click (con il tasto sinistro). Il
comando Place Component è ancora attivo. Se desiderate piazzare
un’altro componente fate click (in un punto qualunque) e comparirà
dinuovo la finestra di scelta componente. Questo vale sempre, infatti
premere il tasto sinistro in un punto qualunque dello schermo equivale
ad attivare l’ultimo comando utilizzato. Per uscire dal comando fate
click due volte con il tasto destro in un punto qualunque.

Nota: Con circad si disegna come se si stesse guardando la scheda dall’alto, dal lato componenti. Il
lato “Top” è quello dei componenti e delle serigrafie, mentre il lato “Bottom” è quello dove c’è il rame e le saldature.

4: Cancellare e spostare i componenti

Occorre posizionare il cursore sopra al componente da cancellare e digitare DC.

Se il cursore non è sopra un componente e viene usato DC, occorre fare click per attivare la croce di
selezione e poi fare click sui componenti che si desidera cancellare.

Per spostare un componente digitare GC. Se il cursore è già su un componente, verrà acchiappato
quello, altrimenti apparirà una finestrella dove dovrete premere Escape
per attivare la croce di selezione.

Il componente da spostare viene selezionato cliccandolo in un punto qualunque. Una volta
acchiappato il cursore si posiziona nel punto di riferimento (reference
point), che è una caratteristica di ogni componente. Per lasciarlo
basta fare dinuovo click.

5: I layers

Immaginate di disegnare su dei fogli di carta lucida, ciascuno dei quali può contenere solo un
colore, o come in questo caso, un solo tipo di oggetto. Il disegno completo è la sovrapposizione di questi fogli. I layer (chiamati anche livelli) principali sono:

• Pad Master: contiene le piazzole
• Top Silk: contiene le scritte (serigrafie)
• Bottom Copper: contiene le piste lato rame
• Top Copper: contiene le piste lato componenti, nel caso di CS doppia faccia.

Per configurare i layer premere SL.

Per cambiare il colore bisogna fare click sul rettangolo colorato a sinistra.

Per scegliere se mostrare o meno il layer fare doppio click sul rettangolo di destra, che apparirà sbarrato quando il layer è “congelato” (non si vede, ma c’è).

Durante il disegno, può essere comodo impostare un ordine diverso dei layers,
per esempio è comodo avere il livello con le scritte più in alto di
quello con le piste. Quindi occorrerà cambiare l’ordine mettendo in
alto (numero piccolo) il layer con le scritte, e sotto quello con le
piste.
In questo caso, per esempio,
se così non fosse, non si leggerebbe il valore della resistenza da 10k.

6: Tracciare le piste e le linee, i cerchi…

Tutte le linee si gestiscono allo stesso modo, che siano piste (copper)o linee da serigrafare (silk).

Utilizzare PL e scegliere che tipo di linea usare e lo spessore.

Una volta premuto “confirm” si fa click nei punti dove si vuole
attaccare la linea. Per interrompere la linea fare click con il tasto
destro. Facendo nuovamente click con il tasto sinistro si incomincia una
nuova linea, mentre facendo click con il destro, si esce dal comando
Place-line e il cursore ridiventa la classica freccetta. Per i cerchi il
procedimento è affine. Nel manuale è spiegato dettagliatamente ogni
comando.

7: Inserire e modificare le piazzole

Il comando è PP. Una volta inserita la piazzola (pad) è possibile modificarne le dimensioni posizionandoci sopra la freccetta e premendo EP.

Le dimensioni delle piazzole che io trovo comode per saldare sono:

8: Creare i componenti

Una caratteristica molto comoda di circad è che si possono modificare i componenti direttamente nel disegno del PCB, senza dover creare un componente nuovo.

Per fare questo bisogna prima di tutto selezionare il componente con GC, poi esploderlo con EK.

Adesso si modifica a piacimento il componente, e poi con BI si fa un rettangolo che lo circonda. Ora  bisogna fare BB e attribuire il nome al nuovo componente. Nulla di più semplice.

Durante il disegno potrebbe servire inserire un componente che è stato già modificato; per questo
nella finestra di Place-component, l’ultima voce nella lista delle librerie è una libreria “custom” che contiene i componenti già presenti nel disegno.

Per copiare componenti da da un file a un’altro bisogna definire il riquadro con
BG (block rectangle) e con il click successivo il “punto di riferimento” (es. il centro di un
pad). Questo ti resta in “memoria” sino a che non lo si rilascia con BE (block release).
Ora basta andare dove bisogna copiarlo e si effettua l’ operazione di copia con BC.

Per spostarsi da un file all’altro si può usare FN e FV (file next e file prev).

9: Stampare il master

Utilizzare FP. Per la spiegazione dettagliata dell’uso dei comandi, fare riferimento al manuale.

Alternativa moderna a CIRCAD: Kicad

Con il tempo son passato a un software piú potente, Kicad. Ci vuole un pó di tempo per abituarsi alla nuova interfaccia, ma c’é un buon manuale (sia in italiano che in inglese) e tanti video su youtube. Si impara a usarlo tutto in una settimana.

Il vantaggio di Kicad (e altri, come Designspark PCB e EasyEDA) é che si disegna prima lo schema, e poi si trasferisce sul PCB. Il programma esegue il controllo della corrispondenza fra le piste disegnate e lo schema, quindi si evitano errori di layout. Kicad usa librerie dei componenti che sono molto fornite, comunque creare componenti nuovi é semplice, e con il tempo mi sono disegnato i footprint esattamente come li voglio per i componenti che uso di solito.