====== Intro in das Elektronik Labor ====== ===== 1. Stunde ===== ==== 1.1 Themen ==== - Vorstellung: - Ralf - https://wiki.mexle.org/doku.php?do=export_revealjs&id=elektrotechnik_1:einfuehrung_zu_elektrotechnik_1&theme=dokuwiki&fade=convex&controls=true&show_progress_bar=1&build_all_lists=1&show_image_borders=0&horizontal_slide_level=2&enlarge_vertical_slide_headers=0&size=1024x768#/1 - Stundenplan - warum 3 Blöcke? --> Semester Blockweise eingeteilt, Details kommen gleich - Beispiele für MEXLE System und Anwendung - https://wiki.mexle.org/doku.php?id=mexle2020:start - Elektronische Systeme im SoSe - ILIAS: - nicht viel: nur Gruppeneinteilung, - Einführung in die Wikiseite - Projekte im WiSe 2023 --> Übersicht des allgemeinen Verlaufs - Schritte in der Prozessentwicklung - Redmine Hausaufgabe: - unbedingt die Hilfsmittel (kiCAD, Tina) installieren und Rechner mitbringen! - Rechner ist für morgen auch schon sinnvoll ==== 1.2 Hausarbeit ==== - Arbeiten Sie die Kapitel [[elektronik_labor:0_hilfsmittel]] und [[elektronik_labor:1_gruppen-_und_themenfindung]] durch und melden Sie sich insbesondere bei Redmine an. ===== 2. Stunde ===== ==== 2.1 Themen ==== - Warum soll modularisiert werden? - Testbarkeit - Systematisierung (z.B. nach EVA) - EMV - Komponentensuche - Google - [[https://wiki.mexle.org/elektronik_labor/hardware_fuer_schaltungserstellung#elektronische_bauteile|Distributoren]]: z.B. Mouser, Digikey - Beispiel: "Motoransteuerung" --> Filter - Beispiel: DRV8825 --> Gehäuse - Datasheet DRV8825 (Aufbau) - 1.-4. Zusammenfassung - 6. Pin Config - 6. Pin Functions --> Description: anzuschließende Komponenten (z.B. Bypass Capacitor) - 10. Sprung zu Typical Application: Wie müssen Komponenten verschalten werden - 12. Recommented Layout: Empfohlenes Platinenlayout - 9. Innerer Aufbau (9.4.1.2) H-Brücke - Wichtig für die Auslegung: 7. Absolute Maximum Ratings - Wichtig für **alle** schaltenden ICs (Treiber, OPV, uCs): verwenden Sie [[http://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html?cct=$+1+3.125e-9+0.7389056098930651+50+5+50%0AR+-256+144+-256+80+0+0+40000+0+5+0+0.5%0Ar+624+160+624+192+0+0.1%0Aw+624+144+624+160+0%0Aw+624+144+672+144+0%0Ag+672+208+672+224+0%0Ap+672+144+672+208+1+0%0Ap+-256+144+-256+208+1+0%0Ag+-256+208+-256+224+0%0Ar+176+144+224+144+0+0.02%0Al+112+144+176+144+0+3.0000000000000004e-7+0.0012646053584079516%0Aw+224+144+288+144+0%0Aw+-256+144+-208+144+0%0Al+-160+144+-96+144+0+0.000003+0.001714943880265035%0Ar+-96+144+-48+144+0+0.2%0Af+576+224+624+224+33+1.5+0.02%0Aw+624+192+624+208+0%0Ag+624+240+624+272+0%0AR+576+224+560+224+5+5+10000000+2.5+2.5+0+0.5%0Ar+288+272+288+208+0+0.01%0Al+288+208+288+144+0+1e-8+-3.95516952522712e-14%0Aw+336+144+288+144+0%0Aw+-160+144+-208+144+0%0Aw+624+144+560+144+0%0Ab+-192+96+-35+301+0%0Ax+-180+65+-54+68+4+18+Ersatzschaltbild%0Ac+-96+144+-96+208+0+1e-10+5.6099395909659755%0Ag+-96+208+-96+224+0%0Ax+-188+87+-34+90+4+18+5..50cm%5CsLeiterbahn%0Ax+83+87+242+90+4+18+0.5..5cm%5CsLeiterbahn%0Ax+91+65+217+68+4+18+Ersatzschaltbild%0Ag+176+208+176+224+0%0Ac+176+144+176+208+0+1e-10+5.828890665512928%0Ab+80+96+237+301+0%0Aw+80+144+112+144+0%0Ab+248+96+341+413+0%0Ax+232+444+358+447+4+18+Ersatzschaltbild%0Ax+231+470+337+473+4+18+100nF%5CsKerKo%0Aw+560+144+496+144+0%0Ax+555+87+673+90+4+18+Mikrocontroller%0Ax+552+65+678+68+4+18+Ersatzschaltbild%0Ab+521+96+726+301+0%0Aw+352+144+384+144+0%0Ab+352+96+509+301+0%0Ac+448+144+448+208+0+1e-11+5.8885188471740335%0Ag+448+208+448+224+0%0Ax+341+87+525+90+4+18+0.05..0.5cm%5CsLeiterbahn%0Al+384+144+448+144+0+3.0000000000000004e-8+0.0009675223894950857%0Ar+448+144+496+144+0+0.002%0Ax+-41+470+65+473+4+18+100nF%5CsKerKo%0Ax+-40+444+86+447+4+18+Ersatzschaltbild%0Ab+-24+96+69+413+0%0Aw+64+144+16+144+0%0Al+16+208+16+144+0+1e-8+1.5154544286133387e-13%0Ar+16+272+16+208+0+0.01%0Aw+-48+144+16+144+0%0Aw+64+144+80+144+0%0Ax+366+65+492+68+4+18+Ersatzschaltbild%0Aw+336+144+352+144+0%0Ax+186+352+225+355+4+32+S2%0As+288+320+288+352+0+1+false%0Ag+288+352+288+384+0%0Ac+288+272+288+320+2+1.0000000000000001e-7+5.013963438724142%0Ac+16+272+16+320+2+1.0000000000000001e-7+4.9684040165331345%0Ag+16+352+16+384+0%0As+16+320+16+352+0+1+false%0Ax+-79+352+-40+355+4+32+S1%0Ax+201+493+406+496+4+18+%22nahe%5Csam%5CsMikrocontroller%22%0Ao+6+8+0+4106+24.87604116742552+0.0001+0+2+5+0%0A|Entkoppelkondensatoren]] - Beschreibung der Bewertung: - Vorgaben der zu Projektideen wurden umgesetzt - Schaltung und Layout sind in ausreichendem Zustand (siehe Checkliste Kapitel 3. und 4.) ===== 3. Stunde ===== ==== 3.1 Themen ==== - KiCAD starten === kurzer Blick in den Project Manager === - links: Shortcuts - Buttons: Neues Projekt / Projekt öffnen --> wie unter dem Menü Datei - Button unten: Projekt-Ordner im Explorer öffnen - Button Aktualisieren, falls im Projekt-Ordner eine neue Datei eingefügt wurde - Oben: Menu - Datei, Bearbeiten, Ansicht, Werkzeuge: nicht ganz so neue Dinge - Einstellungen: - Einstellungen: Texteditor, Mauseinstellung, Raster und Fadenkreuz bei den Editoren - Sprache einstellen - Hilfe - Hilfe, Erste Schritte --> geht noch auf die KiCAD Seite - Tastaturbefehle --> gutes Nachschlagewerk und zum anpassen, wenn ähnliche Handgriffe mehrmals ausgeführt werden müssen - Editoren beschreiben - Vorhandenes Demo-Projekt öffnen: ''Datei>>Demoprojekt öffnen'' und dann ''Demos>>interf_u'' - kicad_pcb - --> Platine, aber "etwas bunt" - hier kommen Details später, aber Ansicht > 3D Betrachter für "reellere Ansicht" - kicad_sch - --> Schaltung, hier viele ICs und wenig andere Komponenten - Entkoppelkondensatoren! - tux.kicad_sym - --> doppelklick: nix drin ?? - Ne, links ist Explorer. Hier nach dem Namen der Datei suchen, also tux - --> Ein Bild als Umrandung einer Fläche - interf_u_schlib.kicad_sym -> selbst analysieren (beinhaltet untypische Projekt Symbole) - wks Datei --> Rahmen - rechter-Maus-Klick auf eine Datei --> Texteditor --> Alle Dateien sind "menschenlesbar" - etwas näher dran Demo-Projekt ''Demos>>pic_prgrammer'' - schematic öffnen --> was sind das für Komponenten? (Datenblätter suchen) - keine Opamps (nur ein Eingang)! sondern Buffer - Schottky Dioden --> ESD - was ist unten links? --> Linearwandler - rechts unten LT1373 --> Schaltregler - oben Rechts Platine im Platineneditor öffnen - viele THT Komponenten --> bei uns nicht! === tieferer Blick in den Schaltplan Editor === - Neues Projekt anlegen: - Button links - Ordner anlegen - Doppelklick auf *.kicad_sch oder rechts auf das Schaltplaneditor-Icon - "Wichtigster" Shortcut: - W --> wire - ein paar wires malen - ESC beschreiben - Doppelklick -> (fast) immer Eigenschaften. hier bitte alle Eigenschaften so lassen - Unterschied: Auswahl von links / Auswahl von rechts - Verbindung mit junction --> Shortcut ''J'' - Leiste Links: - Raster - umstellen mil <-> mm (was ist mil?) - nur 90° Winkel im Schaltplan nutzen! - Annotation zunächst nicht relevant - Leiste Rechts - Highlighting --> für Fehlersuche: was ist auf dem gleichen Potential? - Symbole einfügen (Shortcut A) - z.B. Widerstand einfügen mit ''R'' - mit Taste ''einfg'' wiederholt einfügen - beim Einfügen ''r'' für Rotate - Gleich mal OpAmp einfügen - TL07x - "Klassiker" - Unterschied TL071, TL072, TL074 - Wir wählen TL072 - Was, wenn Teile nicht eingefügt wurden? --> Wenn eins fehlt: einfach nochmal nur die fehlende Unit einfügen - Achtung: hier können Komponenten doppelt eingefügt werden - Gleich auch mal die Platine ansehen: - nix drauf - --> ok. muss übertrgen werden: Icon Änderungen übertragen oder Shortcut ''F8'' - es kommen Fehler ''kein Footprint zugewiesen'' - Wichtig: Es wird empfohlen beim Einfügen der Komponenten gleich den Footprint auszuwählen - Wir brauchen das Datasheet! --> suchen bis "PACKAGE OUTLINE" --> SOT-23-8 - Doppelklick oder ''E'' - Footprint-Bib Browser - Packages betrachten (Unterschiede) - SMD vs THT -> SMD: Lötofen vs. Handlöten - hier: SOT-23-8 - Selbst suchen: für einzelnen Widerstand SMD 0603 (nicht Handsolder) - Widerstand kopieren --> dann passt gleich der Footprint! - Selbst mal Kondensator einfügen incl. Package - --> Shortcut ''O'' ordnet Bezeichner und Kürzel optimal an - Am besten hier Elemente kopieren --> Supply löschen, Referenz und Einheit ändern - (Unterschied zwischen M.. Move und D... Drag) - Versorgung fehlt: - Zunächst nachsehen: ist der Opamp unipolar oder bipolar? --> datenblatt! wenn so nicht beschrieben: Supply suchen. Hier: plusminus x --> bipolar - Potentiale einfügen, siehe rechts: Ground oder 5V oder andere feste Potentiale - Hier +5V, -5V - GND an nicht inv Eingang - Scheinen fertig zu sein - Mal überprüfen lassen--> ERC --> 4 Errors: Power nicht richtig Pins nicht angeschlossen --> Anschlüsse am PCB fehlen - Connector für den Anschluss nutzen. --> im Elementebrowser (Shortcut ''A'') nach ''Connector'' suchen - wieviele Pins brauchen wir? --> 5 (V-, V+, GND, AIn, AOut) - könnte man z.B. 1x5 oder 2x3 nutzen --> Suche ''Connector 2 x 3'' - Durchzählen erklären - hier z.B. ''Conn_02x03_Odd_Even'' - Footprint: Connector und ''2x03'' >> ''PinSocket_2x03_P2.00mm_Vertical'' - Connector verbinden - bitte jetzt nicht direkt verbinden! --> Kabelsalat - erstmal Sortierung überlegen, hier z.B. eine Seite 5V, GND, -5V; andere Seite Ain, Aout - Was tun statt sortierung? - --> Power Symbole nutzen (5V, GND, -5V) - --> Netzbezeichner für Ain und Aout einfügen, Shortcut ''L'' - nochmal überprüfen --> immernoch 4 Fehler , aber jetzt etwas anders - Powerflag, um dem kiCAD mitzuteilen, welche Verbindungen die Spannungsversorgung(en) sind - je ein Powerflag am Connector bei 5V, GND, -5V --> Spannungssymbole einfügen ''P'' --> flag suchen - nochmal überprüfen --> nur noch 1 Fehler --> ein Pin ungenutzt --> keine Verbindung Markierung, schortcut ''Q'' FERTIG! Was gibt's noch? - Bus - einfügen eines Busses (mehrere funktional-zusammenhängende Verbindungen "bündeln") - "ein-/ausleiten" von Leitungen in Bussen - Hierarchien - Seite hinzufügen - Pin für Hierarchie - Pin in anderer Seite einfügen - Zeichenobjekte hinzufügen --> Linien zur Abtrennung sinnvoll - Suchen: ''+F'' === tieferer Blick in den Layout Editor === - mil vs mm - Verbindungen routen: ''X'' - Objekte verschieben: ''M'' manchmal ''D'' - Ursprung umpositionieren: - unter ''Einstellungen >> Einstellungen... >> Ursprünge und Achsen'' die Option ''Ansichtsursprung >> Drill/Place-Datei-Ursprung'' wählen - rechts Icon "Koordinatensystem mit BMW-Logo" auswählen und Punkt oben links auswählen - Rand der Platine - rechts Edge-Cuts anklicken - Rechteck zeichnen - Alternativ auch mit Linien, Kreisbogen, Kreis, Polygon - Falls die Enden nicht genau verbunden werden können: Ursprung mittels Shortcut ''S'' auf das Ende legen - Ratsnest (Massefüllfläche) erstellen - F.Cu oder B.Cu anwählen - Shortcut: ''++Z'' - erste Ecke anklicken - äußerste Lagen auswählen - als Netz GND auswählen - ''Bearbeiten >>alle Zonen füllen '' oder als Shortcut ''B'' - nacheinander die Ecken des Polygons anklicken (am beste ) - ''Datei >> Platinenkonfiguration'' - Lagenaufbau > techn. Lagenaufbau > 2-Lagig / 4-Lagig \\ Siehe auch https://docs.kicad.org/5.1/en/pcbnew/pcbnew.html#layer_description - Designregeln > z.B. Kupfer zu Rand-Freiraum - Design rules * Design rules from [[https://github.com/sethhillbrand/kicad_templates|JLC PCB]] * Import via ''File'' >> ''Board Setup'' >> ''Import Settings from Another Board'' * PCB thickness for the 2-layered board does not fit... --> core should be $1.6 ~\rm mm$ - Eigenschaftsverwaltung ein/ausblenden (Werkzeug links unten) - Bauteile bewegen - --> bei Auswahlfilter (rechts unten): Text demarkieren --> weniger probleme bei der Auswahl - Leitungen erstellen: - Verschieben mit Shortcut ''D'' === tieferer Blick in den Layout Editor === - Template nutzen - aus ILIAS herunterladen, entpacken und in Ordner einfügen - Neue Datei aus Template erstellen - Alte schematic Komponenten kopieren und einfügen - Anpassungen in der Schematic - Schnittstellen in Datenblatt suchen (z.B. ADC, OCx etc) - Zeichengröße kann beibehalten werden - +3.3V mit +3V3 ersetzen - ERC sollte leer sein! - Wechsel in pcb Ansicht - PCB Ansicht - Platine aus Schaltplan aktualisieren (hierzu bei den Studiprojekten die Packages in Den Datenblättern nachsehen..) - Lagenansicht auf vordere Lagen stellen - Ursprung verschieben ("BMW" Logo) {{drawio>elektronik_labor:PCB_Example_01.svg}} \\ \\ \\ \\ ====== Alt Intro in das Elektronik Labor (eagle) ====== - Neues Projekt --> Rechtskl. --> Schließen - Dateien häufig unabh. von einem Projekt - vor dem eigenen Dateien: Projekte > examples > arduino - sch datei öffnen (Schaltplan oder Schematic) - erste leiste: Zoom in, zoom out, Stop - Mal interessante Bauteile suchen - Inspector ausprobieren - origins von Komponenten erklären - Suche Y2 (sh Y2 versus sh Y2 @) - Kontraständerung über Optionen > Einstellungen > High Contrast - Hinweis auf unsaubere Beschriftung, nicht 90° Winkel Verbindungen (bei Y2), fehlender Rahmen, origin - Ebenen / Layer --> "Kringel ausstellen" > wohin am Icon klicken > was kann man ein/ausschalten? - was macht der button "Raster"? - Filter? - SCH - BRD Wechsel - mal Brd über "fenster schließen knopf" schließen --> F/B Annotation wurde unterbrochen --> Problem! - --> wichtig: jeweils ein SCH / BRD für jede Platine! Wenn zwei Platinen, dann zwei SCH's - Seiten (z.B. neue Seite anlegen) --> bei uns / bei kleinen Projekten: nur auf einer Seite arbeiten. - BOM über Datei > Export > BOM. was ist die BOM? was ändert sich bei unterschiedlicher Auswahl? - BOM über "run" bzw run bom bzw Button ulp - Erklärung ULP im Control Panel (Scripts ähnlich) Kap 2 - erster eigener Schaltplan - Datei --> Neu --> Schaltplan (Schematic) - Add --> Frame (Häckchen prüfen!) - auf Origin ausrichten - ESC! oder Stop Button - Versuchen zu verschieben (Maus auswahl, Ctrl+A, zwei Teile ) - Rahmen (ohne Dokumentenfeld) löschen - wieder her holen (Ctrl+Z, Ctrl+Y) --> klick auf origin des Docfelds --> Invoke (heraufbeschwören) - Autornamen einfügen -> Text -> Namen einfügen -> hinklicken -> "Farbe" und Größe passt noch nicht --> Inspector - Erste Komponente: 2 OPVs (TL71? oder doch TL74 oder TL72?) für Stereo-Tiefpass - SMD vs THD (kein BGA!!) - mal 3 TL72 einfügen und auf BRD schauen. Warum 2 ICs? --> auf BRD löschen? - Komponenten auswählen (z.B. Lasso + rechte maustaste oder Origin) ===== 4. Stunde ===== ==== 4.1 Themen ==== Wiederholung und Lückenfüllen: - Control Panel - Wiki anschauen! 1+2 - Diesmal von 328BP aus dem Wiki abzweigen - SCHematic: - erste leiste: Zoom in, zoom out, Stop - nur SCH auf (BRD zu): alles herauslöschen --> Inkonsistenz! - Bauteile einfügen über add Kap 2 - erster eigener Schaltplan --> Fortsetzung! - TL072 wieder einfügen - was fehlt? Widerstand, Kondensator, Sp.versorung - bei suche nach resistor und capa nicht nach *r* oder *c* nicht suchen ! Zu viele Ergebnisse und dauert zu lange - Widerstände z.B. über *resist* - ideal: immer RCL nehmen! - 0603 erklären - Mil vs mm - in rcl Kondensatoren wählen - C-EU für Euro nicht US wählen - 0603 oder 0603k ok --> aber bitte konsistent! - Bauteil drehen mit rechter Maustaste - Versorgungsspannung im Datenblatt nachschauen! TL70xx ist ein kombiniertes Datenblatt - wie sucht man im Datenblatt? Aufteilung - Hier suche nach supply / absolute maximum vs operational - Suche nach physikalischer Einheit hilft häufig ===== 5. Stunde ===== ==== 5.1 Themen ==== - Komponenten verbinden: - net - ESC --> Ende - Komponenten kopieren --> nahe aneinander, erzeugt Verbindung unmittelbar, bitte aber ein Stück net sichtbar lassen - Schrift drehen - Funktion Drehen ist noch aktiv --> kann überall „genutzt“ werden --> ESC hilft um es zurück zu nehmen - Rotate auch einggebbar: rotate r90 - Junction können verschieben / gelöscht werden - --> bitte nicht absichtlich tun (außer dieses eine Mal) - Effekt: Verbindung ist gelöst  nets sind nicht mehr zusammen, siehe Inspector - Beheben mit „junction“ - Aber: junction auch auf „normaler Linie“ möglich --> nachträgliches Verschieben verbindet dann nicht! - Dann Problem in BRD-Ansicht (dort nicht net sondern wire) - ERC - Pinheader für Ein- / Ausgang (Stecker oder Buchse egal) - Split Funktion - „net Stummel“ - Funktion Name - Auch unter inspector - Abblockkondensatoren! Dateien: - B## und S## Dateien erklärt - Probleme bei nicht geöffneter BRD Datei erklärt Board: - Manufacturing Ansicht, um Übersicht zu erhalten - Top / Bottom - Stecker / Buchse gleichen Footprint - Markieren aller Komponenten, - um diese auf Platine zu verschieben - beachten: auch geometrische Ränder können markiert und verschoben werden! - Optional - Rahmen anpassen --> Mexleformat beachten - Grid anpassen (1100mil) --> Platine vergrößern ===== 5. Stunde ===== ==== 5.1 Themen ==== Board: - Manufacturing Ansicht: - nur Kupferflächen, bisher keine bzw falsche Verbindungen - Grün = Lötstopplack - Ripup - All --> zuviel, da auch Bohrungen weg bei MEXLE Vorlage :-( - Connected copper - Beschriftung und Text eher nicht auf Kupferfläche! --> Inspector. - --> positionieren und routing! - IC bevorzugt in die Mitte - Modularisieren - Kondensatoren und Widerstände nahe an der Komponente (nicht nur geometrisch!) - Passiv-Komps gleichmäßig / systematisch anordnen - Rotate --> auch 45° möglich - Befehl Route - Hübsch ist: - Mittig an der Kante - Bei Ecken 2x 45° statt 1x 90°  wegen Reflexionen bei HF - Für Polygon: Keine Winkel kleiner 90° - Via: auch mit Layerwechsel möglich - Raster - Beispiele für Gut/Schlechtes Routing im Wiki \\ Kurze Leitungen --> geringerer Widerstand und weniger EMV Probleme - Masse für bessere EMV (bessere Abschirmung) - --> polygon - --> unterschiedliche GNDs - Ratsnest - Thermals bei GND an Vias erklären - Bei aktivem ratsnest ist Routing möglich, aber Bild wird nicht automatisch aktualisiert - rip @; um Polygone zu entfernen - Rückstrom vom IC erklären - --> bei gepulstem Signal bildet sich ein Kondensator zwischen Signal und umgebenen konstanten Spannungen - Diese Kondensatoren werden beim Pulsen geladen - -->besser Masse möglichst nahe ran  Alles mit Masse füllen - Abblockkond. Nahe, aber nicht zu nahe! (sonst Probleme beim Löten) - Optimal: alle SMD Komponenten auf einer Seite - DRC - Airwires? Overlap? - Welche Regeln wollen wir? (Design Rules: C:\eagle\examples\design rules\examples\multi_CB\..standard\..2L ) - Beispiel 328 Schaltung: - TP Filter bei AVCC - Schalter mit 2x Ein/Ausgang - Pullup am Reset / Bootloader - Micromatch  welches Interface? Stecker polarisiert - Beispiel Beispiel_Micro --> schöne / nicht so schönes Routing und Schematic - Komponenten sind änderbar! - Tnames für MEXLE Logo…