自幹世界線變動率探測儀（Nixie Tube Clock）：電路板實作

下面就真的要開始用 easyEDA 畫 Layout 了。
EasyEDA 能做簡單的模擬，不過基本上功能非常的弱，只能模擬一些節點的電壓，大部分的元件也沒有模型可供模擬，所以請放棄在 easyEDA 模擬的念頭。

第一步：畫 schematic，調整 footprint

是在 easyEDA 上面畫 schematic ，如前幾篇文章出現的高壓電路的 schematic；在畫 schematic 的時候，就可以想想 Layout 大概要用什麼元件，簡單的元件如電阻、電容、電感、二極體等等會出現在左邊的選單裡，並且可以選擇所要的型號，像電阻就有 0201, 0402等平面元件跟插件 Axial 0.3-1.2 等 16 種可選。
比較複雜的元件可以從上面的選單 Place -> Component，打入關鍵字，插入找到的元件，通常同一個元件都能搜尋到 SMD 跟 DIP 兩種版本，記得要插入正確的；插入元件之後要取一個好的名字，方便在 Layout 跟焊接的時候，能夠快速知道是哪一個元件。

編輯中也能在上面的選單找到 Footprint Manager，裡面可以編輯每一個元件對應的 footprint，還有元件符號跟 footprint 腳位的對應，來跟真實元件對應；例如不知道為什麼，我買到一批 5050 RGB LED，腳位跟預設的腳位就是不一樣，因此用 footprint manager 調整過；另外像是0603的電阻因為預設的 footprint 有一個 silk 框，我想畫得密集一點就換了個沒有 silk 的 footprint。

建議上每畫一個區塊的 schematic ，就定時按一下 Update to PCB，讓 easyEDA 把 schematic 上的元件放到 PCB 上，然後安排一下 layout footprint 的位置；因為如果等畫完再一次轉換，會造成所有的 footprint 都擠在一起，讓你分不出誰是誰，一次轉一些安排位置，或至少分個群，之後在 layout 會方便很多。

第二步：擺放 footprint 

在 Layout Editor 上面畫 PCB，進到 Layout Editor 之後，首先先設定 Design Rule 跟網格等資料。
網格可以用 mm 或是 mil 當單位（用 inch 當單位是有一點太大了），easyEDA 預設是用 mil 當單位，如果要用 mm 當單位的話記得一定要把 grid size / snap size 從 0.254 mm 換成比較好看的數字，如 0.1mm
Design Rule 請參考廠商給的資料，例如下面是我選用的 JetPCB 的製程資料；easyEDA 畢竟是免費軟體，提供的規則檢查只有線寬、線距、鑽孔大小、線長；不像 kicad 除了這些，還能做更多的像是各層獨立規則。
只截取 DRC 部分的規範：

• 線寬 0.25 mm
• 線距 0.25 mm
• Via 直徑 0.5mm
• Via 鑽孔直徑 0.3mm

畫好 schematic 之後，Layout Editor 上面應該已經有所有元件的 footprint，先做好放好位置、調整方位等，如果看到有 footprint 不是自己想要的，也可以隨時回 schematic 修改然後再 update。
個人經驗是，因為 easyEDA 功能不全的關係，一但畫了走線之後如果又修改 footprint 的腳位對應，要再改走線就非常費工，所以畫走線之前，一定要確認好 footprint 腳位跟 schematic 都已經是正確的。

第三步：畫 Layout 走線

放好位置之後就能開始畫走線，雖然 easyEDA 有提供 auto router，但我個人不建議使用，它只會儘量畫最短路徑畫，反而沒什麼規則，例如我的輝光管部分，因為輝光管的陰極同數字是全部接在一起的，它就真的給我照最短路徑畫得亂七八糟。
不過 auto router 也可以當一個指標，如果你的 layout 開了 auto router 跑不到 90% 以上，表示你的 layout 還不夠簡單，可以看看 auto router 都是哪裡繞不出來一直在重試；簡而言之：easyEDA 的 AutoRouter 只會繞出一堆垃圾，請還是乖乖用手畫。

在 easyEDA 裡面用 track 畫走線，照著 ratlines 用走線連起來就行了，在輝光管部分的畫線要點在於分開上下板，我是下板走垂直線、上板走水平線，這樣子上下板的線就不會打架，如下圖所示：

另外有一些其他 layout 的注意事項：

• 為了燒錄，要把 5V, GND, TX, RX, Reset 拉出來
• 用個 jumper 隔離外接 5V 跟 78M05 的輸出，這樣可以單獨測試所有控制電路的功能。
• 這個是我做的時候沒想到的，在通往 LED 的 5V 電源線上加上 jumper ，這樣覺得 LED 太亮的時候，可以用硬體的方式關掉 LED。
• 電阻、電容、LED 可以的話儘量選 0603 省空間，我覺得 0603 是覺得可以輕鬆焊的極限，0402 或更小就很抖了。
• 在 MC34063 那邊的限流電阻，因為在最大電流下，功率可能會升到 100 多 mW，所以我是用 1206 的電阻；我也是現在才知道原來電阻的尺寸是跟它能承受的功率有關。
• 高壓電路的地方，依這個論壇所言，讓電感與二極體還有MOS位置最短。
• 所有的晶片，在 VCC 的接點前都保留一個 0603 約 100n 的電容做為穩壓。
• 依照晶體振盪器 datasheet 的建議，在振盪器周圍一個範圍要鋪地，避免信號線出現，以免影響時脈的準度。

JetPCB 也有提供一些參考規範，我大致整理一下這次畫 Layout 的規則：

• 電源線寬為︰1 mm - 1.2 mm，如果有更大電流的應用，請參考線寬計算機。
• 信號線寬建議為︰0.2-0.3 mm，我是用 0.4 mm；其實 PCB 承受電流的能力很大，1oz 的銅、0.25 mm 差不多就能走 1A 了，所以畫細一點是沒差的。
• Via 有兩種，外徑/內徑為 1mm/0.5mm 跟 1.6mm/1mm ，分別用在訊號線跟電源線的 via。
• 鋪銅間距：因為我們的電路板會走高壓電，在網路上找到一款間距計算機，我們最高的電壓應該是200 伏特，算出來的安全間距是0.4 mm ，因此我是用 0.6 mm 作為鋪銅間距。

第四步：鋪銅與 DRC, LVS 與他

Layout Editor 左邊的 Design Manager 打開，裡面有三個選項：Components，Nets 跟 DRC Errors
Component 方便你找元件用，比較沒這麼重要；Nets 跟 DRC Errors 分別是 LVS 跟 DRC；完成走線的時候， Nets 裡面應該只有 GND 是錯誤的，因為我們還沒有鋪銅，把整個地連起來。
鋪銅選擇工具的 Copper Area，把要鋪銅的部分框起來，easyEDA 就會自動完成鋪鋼，正反兩面都需要鋪銅，鋪完之後再從工具列選 Copper Area Manager 去調整鋪銅間距。
鋪完銅的時候，LVS 就要可以通過了；DRC 的話在鋪銅前跟鋪銅後都要跑過一次，第一次是要修掉走線的錯誤，第二次的是要確認整個 layout 沒有問題，畫完大概會像這樣：

上板走線：

下板走線：

上下板走線：

基本上我是畫的超寬鬆的，寬度因為受限於輝光管比較難縮，高度其實可以再縮一點，元件排更密一點，我覺得縮 1-2 cm 不是問題，不過第一次畫 layout 自然是小心為上。
個人經驗是不要讓焊點間的距離小於 0.7 mm 左右，再小第一個焊的時候容易短路，烙鐵也可能不小心戳到不該戳的地方。

第五步：收尾下單

做完這些，就可以匯出 layout 成 Gerber 檔下單製造了，最後還有一些，像是留下未來打銅柱的鑽孔，留一些文字等等。
在真正下單之前一定要再次檢查，把 Top Layer 跟 Bottom Layer 匯出成 pdf，用印表機 1:1 分別印出，對照有沒有哪裡有問題，手邊買好的元件是否能正確的對到印出來的穿孔，畢竟板子做了就是做了，做壞要用暴力修的難度也很高，多檢查幾次不吃虧，我就有對照的時候發現 schematic 的地方有畫錯，差點整塊板子變廢物，Board is dead, mismatch。
洗板選用戀戀科技 Marten 大大推薦的 JetPCB，好到連日本人都來用？（雖然說他們的問答版上，有一個回答就是不服務台灣以外的顧客owo），不過他們的網站需要先註冊為會員才能下線。

easyEDA 下載好的 gerber 檔，裡面的 PasteMask 可以直接刪掉沒關係，其他的打包送給 JetPCB，工程人員會再次幫你檢查電路板，看看有沒有太大的問題，我是選三天到貨的方案， 電路板尺寸 264 mm X 104 mm，總價是 4200 NTD。
可…可惡，早知道當年在學校的時候就該來做 nixie clock，在學校就能用學校的洗板機免費自己洗驗證板了，現在都要花大錢去外面洗板子，畫錯錢就直接噴飛QQQQ。

總之電路板最後終於成功下線，之後就是靜待三天，等電路板寄到就可以開始焊電路啦。