第六章：PCB设计工具的选择 - 从原理图到Gerber文件

任何一个工具都大同小异，基本原理、流程和技能是一致的

6.1 选用原则

  • 功能和成本之间进行取舍
  • 直观、好用、资料丰富、用户群大
  • 比较成熟，风险较低，制板长广泛接受
  • 库比较丰富且稳定，可以方便用于多个项目
  • 器件管理功能 - 降低元器件管理和采购的成本，养成好的习惯
  • 初始使用可以选择 - 有免费版本、全功能试用期、有限制功能免费版

6.2 常用的PCB设计工具

6.2.1 Altium Designer

Altium Designer：在中国最流行的PCB设计工具，资源非常丰富，已经到了AD19版本，提供一个月的免费全功能试用，目前只有Windows版本，最近几年该公司加大盗版打击力度，很多小企业不得不寻找替代的方案。

6.2.2 OrCAD

OrCad是一款历史很悠久的经典PCB设计工具，可有全功能的免费版本做体验，都是Cadence旗下的工具，应该跟PSpice能够高度整合，也跟Allegro进行了深度整合。

  • 官方网站：www.orcad.com
  • 免费体验下载链接：https://www.orcad.com/free-trial
  • 跟Arrow的融合 - 免费的基于云服务的CAD设计工具：https://orcad.arrow.com
  • 名字来源于Oregon + CAD
  • 集成了仿真（PSpice）和分析工具、CIS（元器件信息系统）
  • 可以输出HDL格式的Netlist
  • 支持脚本、支持MarketPlace
  • 有免费试用版

另外Cadence公司旗下还有一款在中国电子行业非常有名PCB设计工具Allegro，由于目前它和OrCad是一家的产品，它们之间进行了深度融合，Allegro的官方网站：https://www.cadence.com/content/cadence-www/global/en_US/home/tools/pcb-design-and-analysis/pcb-layout/allegro-pcb-designer.html

6.2.3 PADS

PADS - 在中国的企业用户很多，属于Mentor Graphics旗下非常专业的PCB设计工具

Boardstation、Xpedition、ViewDraw也都是Mentor旗下的PCB设计工具，考虑到在中国的用户相对少，在此不在赘述。

6.2.4 Eagle - Easily Applicable Graphical Layout Editor

EAGLE 是一款可编写脚本的电子设计自动化（EDA）应用程序，具有原理图捕获、印刷电路板（PCB）布局、自动布线和计算机辅助制造（CAM）功能。 EAGLE的名称来自于Easily Applicable Graphical Layout Editor（易于应用的图形布局编辑器）的缩写，由德国的CadSoft Computer GmbH开发。 该公司于2016年被Autodesk Inc.收购。Eagle可以运行在Windows、Mac OS、Linux三种主流平台下。它的收费模式是按月收费，免费版本限制了电路图只能两个页面，PCB只能两层而且尺寸最大为80平方厘米，高校的用户可以免费使用全功能的版本，其实全功能的付费使用也不贵，其库资源非常丰富，被知名的开源硬件提供商Sparkfun、Adafuit、Arduino、Seeed Studio（中国深圳的公司，旗下拥有柴火空间）等采用，在这些公司的网站或Github上都能够下载到Eagle格式的设计源文件及库。

6.2.4.1 主要功能

EAGLE包含一个原理图编辑器，用于设计电路图, 原理图存储在扩展名为.SCH的文件中，元器件在扩展名为.LBR的设备库中定义。元器件可放置在多张纸上，并通过端口连接在一起。

PCB布局编辑器存储扩展名为.BRD的电路板文件。它允许对原理图进行反向注释，并自动布线以根据原理图中定义的连接自动连接走线。

EAGLE保存了Gerber和PostScript布局文件以及Excellon和Sieb＆Meyer钻孔文件，这些是PCB制造厂商接受的标准文件格式，但鉴于EAGLE的小型设计公司和业余爱好者的典型用户群，许多PCB制造商和装配车间也直接接受EAGLE板文件（扩展名为.BRD）以导出优化的生产文件和选择 - 和数据本身。

EAGLE提供了一个多窗口图形用户界面和菜单系统，用于编辑、项目管理以及自定义界面和设计参数。可以通过鼠标、键盘热键或通过在嵌入式命令行输入特定命令来控制系统。多个重复命令可以组合成脚本文件（文件扩展名为.SCR）。还可以使用EAGLE特定的面向对象编程语言（扩展名为.ULP）来探索设计文件。

  • 原理图编辑：
    • SPICE仿真器 - 使用一整套SPICE仿真方法快速测试您的想法并验证电路性能。
    • 模块化设计模块 - 在项目之间拖放可重复使用的设计模块，完成同步原理图和PCB电路。
    • 电子规则检查 - 通过一整套电子规则检查验证您的原理图设计，以便您的原理图可以保持正常运行。
    • 实时设计同步 - 所有更改都会在原理图和布局之间自动保持同步，因此您可以专注于创作过程。
  • PCB布局布线
    • 推送和推送布线 - 在自适应交互式路由器推动和推动PCB走线时，遵守所有设计规则。
    • 直观的对齐工具 - 使用一套完整的对齐工具精确排列和订购PCB设计对象。
    • 避障路由 - 在您的设计周围布置复杂的PCB布局和机动，以便轻松跟踪目的地。
    • 新的路由引擎 - 快速创建漂亮的PCB布局。 在路线时探索用于环路移除，转弯和通过放置的工具。
  • PCB元器件库管理
    • 管理的在线库 - 无需图书馆就可以为您的下一个设计做好准备。 查找和放置动态链接到我们不断增长的目录的零件
    • 3D PCB模型 - 不要靠运气将电路板安装在机箱中。 精确的3D模型使PCB能够第一次贴合。
    • 完整组件 - 开箱即用的组件库包括符号，封装，3D模型和参数。
    • 可制造的部件 - 组件库直接链接到制造商，因此您可以避免在最后一分钟争抢找到替代品。


6.2.4.2 授权使用模式

自EAGLE 8.0.0版以来，有Premium，Standard，Free和Student＆educator版本，标准版和高级版每月或每年订阅销售，需要至少每14天进行一次在线重新激活（自9.0版起30天））。

各种可用版本的功能比较：

版本 原理图页数PCB层数PCB大小 用户 成本/月 成本/年
高级 999 16 无限制任何人 65美元 520美元
学生和教学 999 16 4m² 只针对学生和教学用 免费免费
标准994160cm² 任何人 15美元 100美元
免费2280cm² 对于个人、非商业应用免费免费

Eagle的收费使用模式


6.2.4.3 丰富的资源

在网上可以找到大量的针对初学者设计自己PCB的文字和视频教程。

DIY电子网站SparkFun使用EAGLE并发布内部设计的EAGLE文件。 SparkFun Electronics是一家由于Make杂志和其他人所展示的业余爱好者市场而成长的公司，其中许多公司都提供EAGLE元器件库，它们定义了原理图形状、引脚分布和元器件尺寸，以便在PCB布局编辑器中进行正确的布局。

其它受欢迎的库包括Adafruit、Arduino、SnapEDA、Dangerous Prototypes、Element14（Farnell的子公司，CadSoft的前所有者）也有一些库可以从他们的网站上获得。

使用ULP将EAGLE .BRD文件转换为与Specctra兼容的设计文件（文件扩展名为.DSN），可以将设计导出与高级外部自动装置一起使用，如KONEKT ELECTRA，Eremex TopoR 或Alfons Wirtz的FreeRouting。为了进一步修改，会话格式的完成设计可以通过.SES到.SCR脚本文件转换器导回到EAGLE。

6.2.4.4 Eagle的相关资源网址
  1. Eagle的官方网站
  2. Eagle官方的学习中心，视频教程 - 快速入门、原理图、库、PCB布局布线、符合IPC规范的封装库的构建向导
  3. Eagle的在线研讨会
  4. Eagle的官方论坛
6.2.4.5 Eagle的下载、安装

Eagle软件目前比较成熟的版本是5.0.1，可以从下面的URL链接地址进行免费版本的下载安装：

6.2.4.6 库资源及库文件的下载

元器件的库非常重要，创建一个新的元器件的库费时费力，而且容易出错，因此如果有可信的现成的元器件库，对于工程师来讲会是很大的帮助，我们收集整理了几个可以下载库的网站，用户可以放心从这些地方下载。这些库一般都包含了原理图符号库、PCB封装库以及3D模型库三个部分。对于不同的操作系统，库的安装和配置方式可能不同，用户可以阅读Eagle提供的使用说明。这些网站会不断更新他们的库，不断添加原厂新推出来的器件。

很多器件的库文件（原理图符号、封装、3D模型）都可以从UltraLibrarian网站以及SnapEDA网站上找到并可以下载，利用好这些网站创建的成熟的库文件，可以节省自己创建库的时间，并保证了正确性。

6.2.4.7 中文教程和资料

在网上找到的中文文章都是2016年前的，使用的Eagle版本是AutoDesk接手之前的，因此界面会有所不同。

  1. 使用EAGLE画电路板布局图
  2. 全球知名的PCB设计工具 Cadsoft EAGLE
  3. EAGLE PCB设计软件介绍
6.2.4.8 英文版教程

6.2.5 KiCad

KiCad是一种免费、开源的PCB设计工具，它提供了几乎满足任何项目所需的功能。它最初由法国人Jean-Pierre Charras开发，此工具提供了一个用于原理图输入和PCB布局布线的集成化开发环境，在这个工具中还有用于产生BOM、Gerber文件、对PCB及其上元器件进行3D查看的功能。2013年CERN（欧洲核子研究组织）的BE-CO-HT部门开始贡献一些资源支持其成为开源硬件领域与商用的EDA工具相当的工具软件。

KiCad（官网KiCad-pcb.org,非商业运营的团体的网站用org的比较多）于2015年12月发布了4.0.0版本，是第一个拥有很多由CERN开发者开发的高级工具的版本，CERN也希望通过捐款的方式支持更多的开发者完善这个软件，最新可以稳定使用的版本是5.0.1。

  • KiCad是一种全功能的PCB设计工具
  • 免费、开源，非常适合中小企业尤其是初学者
  • 支持多平台，可在Windows、Mac OS和Linux上运行
  • 应用套件包括：原理图绘制Eeschema、PCB布局布线Pcbnew、Gerber文件查看、3D实体模型查看等等
  • Python脚本支持电路板和封装库自动化
  • 有大量符号、封装和3D模型库可供下载
  • 应用和文档已翻译成多种语言

下面的图就是从其官网首页上截取的关于其三大重点功能的介绍 - 原理图绘制、PCB布局布线、3D查看。 KiCad工具套装包括5个重要的部分：

  • KiCad – 工程管理.
  • Eeschema – 原理图绘制编辑器.
  • Pcbnew – PCB布局布线，它包含了3D查看的功能.
  • GerbView – 查看Gerber文件.
  • Bitmap2Component – 将图像文件转变成PCB的封装库。

打开KiCad工程管理文件，可以看到下面的菜单，包含了主要的几个功能 - 原理图/原理图库、PCB布局布线/PCB库制作、Gerber查看、图片转换、计算器、以及页面设置功能

6.2.5.1 KiCad的相关资源网址
  1. KiCad的官方网站
  2. KiCad在Launchpad的开发者网站
  3. KiCad官方库
  4. KiCad的用户论坛
  5. KiCad用户群

##### 6.2.5.2 KiCad的下载、安装 KiCad软件目前比较成熟的版本是5.0.1，可以从下面的URL链接地址进行下载安装：

6.2.5.3 库资源及库文件的下载

元器件的库非常重要，创建一个新的元器件的库费时费力，而且容易出错，因此如果有可信的现成的元器件库，对于工程师来讲会是很大的帮助，我们收集整理了几个可以下载库的网站，用户可以放心从这些地方下载。这些库一般都包含了原理图符号库、PCB封装库以及3D模型库三个部分。对于不同的操作系统，库的安装和配置方式可能不同，用户可以阅读KiCad提供的使用说明。这些网站会不断更新他们的库，不断添加原厂新推出来的器件。

很多器件的库文件（原理图符号、封装、3D模型）都可以从UltraLibrarian网站以及SnapEDA网站上找到并可以下载，利用好这些网站创建的成熟的库文件，可以节省自己创建库的时间，并保证了正确性。

全球知名的元器件现货分销商Digikey强力支持KiCad，在其官网上提供了很多元器件的KiCad库文件供大家下载，如下是其网站的介绍：

  • 超过一千个有用的零件，并提供相关封装
  • 完全由 Digi-Key AE 构建
  • 手工专门构建并通过同行测试，在这里没有自动化
  • 与 KiCad 库一样的开源许可
  • 创建时带有所有参数和订购信息

在Digikey的中文官网上有Digikey针对KiCad的资源，可以点击Digikey针对KiCad的库文件进行下载

6.2.5.4 KiCad的中文教程
  1. KiCad简介
  2. KiCad设计流程
  3. KiCad原理图绘制
  4. KiCad原理图库构建
  5. KiCad电路板布局布线
  6. KiCad封装库构建
  7. CvPcb（中文版）
  8. GerbView（中文版）
6.2.5.5 微信公众号的文章
来自公众号“硬件设计技能”，作者苏老师
来自公众号“KiCad交流学习”，作者刘广
6.2.5.6 英文版教程

6.2.6 在线PCB设计工具

6.2.7 参考阅读

6.2.8 元器件库资源

  • 库的构成
    • 原理图符号Symbol，用于原理图设计
    • PCB footprint，用于PCB的布局布线种
    • 器件信息，用于对器件的名称、重要参数的描述
    • 3D模型，在PCB设计中用于查看其空间的位置
    • IBIS模型，模拟器件的接口管脚的参数信息
  • 库资源提供商