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elektronik_labor:4_entwickeln_des_platinenlayouts [2021/01/04 05:05] tfischer |
elektronik_labor:4_entwickeln_des_platinenlayouts [2024/05/17 00:26] mexleadmin [Generelles] |
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- | ====== 4. Entwickeln des Platinenlayouts ====== | + | ====== 4 Entwickeln des Platinenlayouts ====== |
* Für die Laborleitung: | * Für die Laborleitung: | ||
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|IC1. Schaltplan vom Betreuer abgenommen| ::: |OC1. Files abgelegt| | |IC1. Schaltplan vom Betreuer abgenommen| ::: |OC1. Files abgelegt| | ||
|[[: | |[[: | ||
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- | ====== Generelles ====== | ||
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- | * Drucken Sie sicherheitshalber vor dem Bestellen der Boards dieses 1:1 aus und vergleichen Sie die Dimensionen der Bauteile. Nichts ist schlimmer, als eine Woche Zeitverzug wegen einer Neubestellung. | ||
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====== 101 - Layout zeichnen ====== | ====== 101 - Layout zeichnen ====== | ||
- | ===== Boardgröße ===== | + | ===== Boardgröße |
- | Beachten Sie, dass durch das Mexlesystem die Größe des Boards in verschiedenen Stufen vorgegeben ist (siehe <imgref BildNr1> | + | Beachten Sie, dass durch das Mexlesystem die Größe des Boards in verschiedenen Stufen vorgegeben ist (siehe <imgref BildNr1> |
- | Im Folgenden | + | |
<WRAP right> | <WRAP right> | ||
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~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ | ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ | ||
- | {{tablelayout? | ||
- | ^ Funktion | ||
- | ^ Anwendung | ||
- | ^ Abmaße \\ / Form | Rechteckige Form mit abgerundeten Ecken (Radius $R=100 mil$). | ||
- | ^ Eckjumper \\ $SPx$ | - Verbindet das Board mechanisch mit dem Modulträger. \\ - Eckjumper sind mit den Eckjumpern der benachbarten Boards elektrisch verbunden | ||
- | ^ Modul- \\ versorgung \\ $JP1$ | - Der zweireihige Jumper $JP1$ dient zur Stromversorgung und Datenkommunikation mit dem Modulträger. \\ - Er ist optional. \\ - Eine Datenkommunikation über I2C sowie die Stromversorgung sollten aber aus Kompatibilitätsgründen darüber geleitet werden.\\ - Ist nur eine Stromversorgung notwendig, so kann ein einreihiger Jumper genutzt werden. | ||
- | ^ Buchsen $K1$ \\ und $K2$ | - Die Buchsen $K1$ und $K2$ dienen des Anschlusses von Hookup-Boards. \\ - Falls Hookups ermöglicht werden sollten, so sind für die mechanische Stabilität beide Buchsen vorzusehen. | ||
- | Details zur Belegung von $K1$, $K2$, und $JP1$ sind unter [[: | + | ^ Funktion |
+ | ^ Anwendung | ||
+ | ^ Abmaße \\ / Form | ||
+ | ^ Eckjumper \\ $\rm SPx$ | - Verbindet das Board mechanisch mit dem Modulträger. \\ - Eckjumper sind mit den Eckjumpern der benachbarten Boards elektrisch verbunden | ||
+ | ^ Modul- \\ versorgung \\ $\rm JP1$ | - Der zweireihige Jumper $\rm JP1$ dient zur Stromversorgung und Datenkommunikation mit dem Modulträger. \\ - Er ist optional. \\ - Eine Datenkommunikation über I2C sowie die Stromversorgung sollten aber aus Kompatibilitätsgründen darüber geleitet werden.\\ - Ist nur eine Stromversorgung notwendig, so kann ein einreihiger Jumper genutzt werden. | ||
+ | ^ Buchsen $\rm K1$ \\ und $\rm K2$ | - Die Buchsen $\rm K1$ und $\rm K2$ dienen des Anschlusses von Hookup-Boards. \\ - Er ist optional. \\ - Falls Hookups ermöglicht werden sollten, so sind für die mechanische Stabilität beide Buchsen vorzusehen. \\ - Ggf. kann die Buchse durch eine SMD-Buchse ersetzt werden | ||
+ | ^ Pin-Belegung | ||
+ | ^ eagle-Vorlage | ||
~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ | ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ | ||
- | <WRAP right column 20%> <fs 70%> {{ : | ||
===== Bauteilpositionierung ===== | ===== Bauteilpositionierung ===== | ||
+ | |||
+ | <WRAP right column 20%> | ||
+ | < | ||
+ | {{elektronik_labor: | ||
+ | </ | ||
+ | < | ||
+ | {{ laborausstattung: | ||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | < | ||
+ | {{ laborausstattung: | ||
+ | |||
+ | < | ||
+ | {{ elektronik_labor: | ||
+ | </ | ||
+ | |||
* Positionieren Sie immer als **erstes die Bauteile**. | * Positionieren Sie immer als **erstes die Bauteile**. | ||
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* Komponenten die aufgrund der Größe oder Anwendung auch auf die Rückseite passen (z.B. nicht große Spulen, Schalter, LEDs) | * Komponenten die aufgrund der Größe oder Anwendung auch auf die Rückseite passen (z.B. nicht große Spulen, Schalter, LEDs) | ||
* Positionieren Sie die Bauteile so auf dem Raster, dass Ein- und Ausgänge auf dem Raster liegen. Hierfür kann ein grobes Raster gewählt werden (z.B. 50mil). | * Positionieren Sie die Bauteile so auf dem Raster, dass Ein- und Ausgänge auf dem Raster liegen. Hierfür kann ein grobes Raster gewählt werden (z.B. 50mil). | ||
- | * Wir nutzen eine aufgedruckte **Beschriftung**. Beschriften Sie also die Bauteile mit dem korrekten Namen (R1, C1, etc.) und setzen Sie die Beschriftung in die Nähe des Bauteils. Die Beschriftung darf nicht über blankem Kupfer (Pads) laufen und sollte nach Möglichkeit auch bei bestückter Platine sichtbar sein. Als Font type soll " | + | * Wir nutzen eine aufgedruckte **Beschriftung**. |
+ | * Beschriften Sie also die Bauteile mit dem korrekten Namen (R1, C1, etc.) und setzen Sie die Beschriftung in die Nähe des Bauteils. | ||
+ | * Die Beschriftung darf nicht über blankem Kupfer (Pads) laufen und sollte nach Möglichkeit auch bei bestückter Platine sichtbar sein. | ||
+ | * Vergessen Sie nicht eine aussagekräftige Beschreibung für das Board zu nehmen (Autor, Projekt, Datum, etc). | ||
+ | * Die Beschriftung ist in KiCAD z.B. über die 3D Ansicht ('' | ||
* Positionieren Sie **Quarze und Oszillatoren** unmittelbar in der Nähe der zu taktenden Komponente. Die Kondensatoren des Quarze sollten wiederum unmittelbar in der nähe der Quarz liegen (siehe Bild). Für den Abstand über die Leitung gilt Ähnliches wie bei den Bypass-Kondensatoren. Zusätzlich sollten keine Signale unter dem Quarz verlaufen. | * Positionieren Sie **Quarze und Oszillatoren** unmittelbar in der Nähe der zu taktenden Komponente. Die Kondensatoren des Quarze sollten wiederum unmittelbar in der nähe der Quarz liegen (siehe Bild). Für den Abstand über die Leitung gilt Ähnliches wie bei den Bypass-Kondensatoren. Zusätzlich sollten keine Signale unter dem Quarz verlaufen. | ||
* **Eingangsfilter für Signale** (z.B. bei Analogeingängen) empfiehlt sich auch möglichst nahe am IC zu positionieren. Ansonsten kann die Filterwirkung durch Übersprechen und die Leitungsimpedanz gestört werden. | * **Eingangsfilter für Signale** (z.B. bei Analogeingängen) empfiehlt sich auch möglichst nahe am IC zu positionieren. Ansonsten kann die Filterwirkung durch Übersprechen und die Leitungsimpedanz gestört werden. | ||
- | * **Ich will in eagle mehrere Objekte markieren, die aber nicht direkt zusammenstehen. ** Verwenden Sie dazu das " | ||
- | * **Ich will/soll mein Platine drehen, damit es besser auf gefräst werden kann. Geht das in eagle? ** oder ** ich will eine Gruppe von Komponenten drehen. Geht das in eagle? | ||
- | * (1) Auswählen der Komponenten | ||
- | * (2) Move-Tool auswählen | ||
- | * (3) __rechtsklick__ | ||
- | * (4) "Move: Gruppe" | ||
- | * (5) in der Menuleiste bei Winkel den gewünschten Winkel eintragen | ||
- | * (6) Bauteil positionieren. | ||
- | * Die Position an dem bei Punkt (3) geklickt wurde, ist der Mittelpunkt für die Drehung. | ||
- | * **Eagle sagt: " | ||
- | * **Der Mauszeiger bei eagle ist im Layouteditor nicht wirklich sichtbar**. Der Mauszeiger kann in Positionslinien umgewandelt werden: Option/User Interface/ | ||
- | * **Ich habe eine Bemaßung (Dimension) - z.B. auf top oder bottom Layer - welche ich nicht löschen kann**: Hier hilft ein Tipp aus [[https:// | ||
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===== Routing ===== | ===== Routing ===== | ||
- | <WRAP right column 20%> <fs 70%> {{ : | + | <WRAP right column 20%> |
+ | <imgcaption BildNr20 | Beispiel: schlecht verlegte Masseleitung (starke Wärmeableitung über blau markierte Verbindung) | ||
+ | {{ | ||
+ | {{ | ||
+ | </ | ||
+ | < | ||
+ | {{ | ||
+ | {{ | ||
+ | </ | ||
- | * Um das Routing zu vereinfachen, | + | * Um das Routing zu vereinfachen, |
- | * **der richtige Winkel**: Allgemein sind spitze Winkel bei der Verbindungsführung zu vermeiden, da es dort zu Fertigungsproblemen kommen kann. Wenn von einem Pin mehrere Abgänge ausgehen, so ist folgendes zu unterscheiden: | + | * **der richtige Winkel**: Allgemein sind spitze Winkel bei der Verbindungsführung zu vermeiden, da es dort zu Fertigungsproblemen kommen kann. Wenn von einem Pin mehrere Abgänge ausgehen, so ist folgendes zu unterscheiden: |
* Es ist folgende Reihenfolge für das Routing empfohlen: | * Es ist folgende Reihenfolge für das Routing empfohlen: | ||
* Verbinden Sie zunächst alle Bypass-Kondensatoren an die jeweiligen Pins. Achten Sie dabei darauf, dass die Länge der Leitung minimal sein soll. | * Verbinden Sie zunächst alle Bypass-Kondensatoren an die jeweiligen Pins. Achten Sie dabei darauf, dass die Länge der Leitung minimal sein soll. | ||
- | * Am zweitwichtigsten sind die Clockleitungen von Quarz und Schnittstelle. Vermeiden Sie dabei (viele) Vias und versuchen Sie kurze Verbindungen zu setzen. Die Verbindungen sollten möglichst auf der Seite der entsprechenden Pins verlaufen. | + | * Am zweitwichtigsten sind die Anbindung an Oszillator |
* Ziehen Sie als nächstes die Leitungen für die analoge und digitale Datenübertragung. Auch hier auf wenig (bis keine) Vias, kurze Verbindungen und gleiche Seite wie die ausgehenden Pins achten. | * Ziehen Sie als nächstes die Leitungen für die analoge und digitale Datenübertragung. Auch hier auf wenig (bis keine) Vias, kurze Verbindungen und gleiche Seite wie die ausgehenden Pins achten. | ||
- | * Danach ist die Spannungsversorgung zu verbinden. Hier kann - soweit möglich - eine dickere | + | * Danach ist die Spannungsversorgung zu verbinden. Hier sollte |
- | * Schließen Sie dann** alle GND per Verbindungen** | + | * Schließen Sie dann **alle GND per Verbindungen** an den Masseanschluss an. Achten Sie darauf, Versorgungsmassen (GND) von der Masse für Analogeingänge (AGND) zu trennen. |
- | * Legen Sie abschließend auf jede genutzte Ebene ein **geschlossenes Polygon** | + | * Für die Leiterbahnen sollte 6mil oder 8mil als Standardbreite genutzt werden. Wenn Platz vorhanden ist, schadet eine breitere Leitung bis 10mil nicht. Beachten Sie ab Strömen von ca. $1~\rm A$ die Strombelastbarkeit von Leiterbahnen. Bei größeren Strömen erwärmen sich die Leitbahnen unter Umständen stark. Damit können sich die Werte von Kondensatoren, |
- | * Suchen sie in den **Dokumenten der Komponenten** | + | * Für Vias können bis zu einem Drill von $7.87402~\rm mil$ ($=0.2~\rm mm$) genutzt werden. Für geringe Stückzahlen sind diese nicht teurer. Wichtig auch hier: wenn viel Strom ($\gtrapprox 0.5~\rm A$) über ein Vias transportiert werden soll, sind größere Vias und/oder mehrere Vias besser. |
+ | * Legen Sie abschließend auf jede genutzte Ebene ein **geschlossenes Polygon** und benennen Sie es " | ||
+ | * Suchen sie in den **Dokumenten der Komponenten** (" | ||
* Deaktivieren Sie unter Thermals " | * Deaktivieren Sie unter Thermals " | ||
* Falls Sie differentielle, | * Falls Sie differentielle, | ||
- | * **Kann ich auch Vias in Pads setzen?** Es kommt darauf an: Verwenden Sie eine Pick-and-Place System mit Lötpaste, dann sollten __keine Vias in Pads__ | + | * **Kann ich auch Vias in Pads setzen?** Es kommt darauf an: Verwenden Sie eine Pick-and-Place System mit Lötpaste, dann sollten __keine |
* **Ich habe zu viele Verbindungen und kann in der Schaltung nichts mehr finden**. Zeichnen Sie statt Verbindungen gelabelte Linien mit dem " | * **Ich habe zu viele Verbindungen und kann in der Schaltung nichts mehr finden**. Zeichnen Sie statt Verbindungen gelabelte Linien mit dem " | ||
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+ | ===== weitere Routing Iteration ===== | ||
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+ | Es bietet sich - wie bei der Software-Entwicklung - an nach der ersten " | ||
+ | Dies betrifft bei der Platine insbesondere die folgenden Punkte. | ||
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+ | ==== unnötig lange Leitungen ==== | ||
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+ | Vermeiden Sie lange Leitungen, insbesondere wenn diese eine große Fläche umschließen. Damit entstehen unter Umständen Empfänger für eine induktive Kopplung. \\ | ||
+ | Häufig hilft auch bei langen Leitungen zu überlegen, ob ein Verschieben und Drehen von Komponenten die Wege verkürzt. | ||
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+ | < | ||
+ | |{{elektronik_labor: | ||
+ | {{elektronik_labor: | ||
+ | </ | ||
+ | < | ||
+ | dummy | ||
+ | |{{elektronik_labor: | ||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | ==== unnötige Vias ==== | ||
+ | |||
+ | Bei Vias sollte geprüft werden, ob diese tatsächlich notwendig ist. Auch bei der Anwendung von Manhattan-Routing hilft eine abschließender Check ob der Layer-Wechsel notwendig ist. | ||
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+ | < | ||
+ | |{{elektronik_labor: | ||
+ | </ | ||
+ | < | ||
+ | |{{elektronik_labor: | ||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | ==== leichte Bestückung ==== | ||
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+ | Um die Bestückung zu vereinfachen, | ||
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+ | < | ||
+ | |{{elektronik_labor: | ||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | ==== Via in Pads ==== | ||
+ | |||
+ | Vias in Pads sollten vermieden werden. Hierdurch wird das Lötzinn auf die andere Seite gezogen. Damit kann die Verbindung zum Pad schlechter werden. | ||
+ | |||
+ | < | ||
+ | |{{elektronik_labor: | ||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | |||
===== Bauteil-Erstellung ===== | ===== Bauteil-Erstellung ===== | ||
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* die Komponente muss auch nicht exakt übereinstimmen. So kann auch die Suche nach einer Komponente mit gleichem Footprint oder direkt nach der Bezeichnung des Footprints weiterhelfen | * die Komponente muss auch nicht exakt übereinstimmen. So kann auch die Suche nach einer Komponente mit gleichem Footprint oder direkt nach der Bezeichnung des Footprints weiterhelfen | ||
- | ===== Weitergabe der Platine zur Fertigung ===== | + | ===== Weitergabe der Platine zur Fertigung |
* Überprüfen Sie, dass alles was oben auf der Platine gedruckt werden soll auf den " | * Überprüfen Sie, dass alles was oben auf der Platine gedruckt werden soll auf den " | ||
* Prüfen Sie, dass keine Schrift über Lötpads verläuft. Ein Abstand von 6..10 mil ist einzuhalten | * Prüfen Sie, dass keine Schrift über Lötpads verläuft. Ein Abstand von 6..10 mil ist einzuhalten | ||
- | * Führen Sie einen Design Rule Check aus (DRC) | + | * Führen Sie einen Design Rule Check aus |
- | + | * **Auswahl des DRC**: | |
+ | * Der DRC wird durch Eingabe oder Auswahl von DRC ausgeführt. Es sollte sich dann ein Fenster öffnen, welches im Reiter " | ||
+ | * Falls eine vierlagige Platine bei JLC PCB bestellt werden soll, muss die folgende DRU-Datei genutzt werden: {{elektronik_labor: | ||
+ | * Mit Klick auf " | ||
+ | * Folgende Fehler __müssen__ durch eine Korrektur des Designs entfernt werden: | ||
+ | * Airwire: Leitungen / Kupferflächen sind nicht verbunden. (Auch Masse sollte über eine Leitung verbunden sein) | ||
+ | * Clearance: Der Abstand zwischen zwei Leitungen / Kupferflächen ist so klein, dass sich in der Fertigung ein Kurzschluss ergeben könnte. \\ **wichtiger Tipp**: Falls bei " | ||
+ | * Dimension: Der Abstand zwischen einer Leitung / Kupferfläche und dem Rand ist so klein, dass sich in der Fertigung ein offene Leitung ergeben könnte. | ||
+ | * Overlap: Zwei Leitungen / Kupferflächen unterschiedlichem Potential berühren sich. | ||
+ | * Width: Eine Leitung / Kupferfläche ist so dünn, dass sich in der Fertigung ein offene Leitung ergeben könnte. | ||
+ | * Folgende Fehler sollte behoben werden: | ||
+ | * Keepout: Bei verschiedenen Komponenten ist ein umgebender Bereich definiert, in dem keine weiteren Komponenten verbaut werden dürfen. // Für eine Handbestückung (wie im Labor) ist dies weniger wichtig. |