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elektronik_labor:4_entwickeln_des_platinenlayouts [2021/01/04 05:15]
tfischer [Tabelle] |
elektronik_labor:4_entwickeln_des_platinenlayouts [2024/06/11 23:41] (aktuell)
mexleadmin [Zum Abschluss] |
| ====== 4. Entwickeln des Platinenlayouts ====== | ====== 4 Entwickeln des Platinenlayouts ====== |
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| * Für die Laborleitung: [[:elektronik_labor:erstellen_des_nutzens|Erstellen des Nutzens]] | * Für die Laborleitung: [[:elektronik_labor:erstellen_des_nutzens|Erstellen des Nutzens]] |
| |IC1. Schaltplan vom Betreuer abgenommen| ::: |OC1. Files abgelegt| | |IC1. Schaltplan vom Betreuer abgenommen| ::: |OC1. Files abgelegt| |
| |[[:elektronik_labor:checkliste_fuer_das_layout|]] ||| | |[[:elektronik_labor:checkliste_fuer_das_layout|]] ||| |
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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 ====== |
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| ===== Boardgröße ===== | ===== Boardgröße und -typ ===== |
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| 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>). Eine Übersicht zum Mexle-Format ist unter der [[:mexle2020#etwas_mehr_details|Beschreibung des MEXLE-Systems]] zu finden. Im Folgenden sind die verschiedenen MEXLE-Board-Größen und -Typen beschrieben: |
| Im Folgenden sollen die Verschiedenen MEXLE-Board-Größen beschrieben werden: | |
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| <WRAP right> | <WRAP right> |
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| {{tablelayout?colwidth=",265px,295px,317px,415px"}} | |
| ^ Funktion ^ Zweck ^ Einzoll-Board / Standard-Board ^ Viertelzoll-Board ^ Mehrzoll-Board ^ Hookup-Board ^ | |
| ^ Anwendung | | kleine Sensor/Aktor- oder Microcontroller-Boards | Diskrete Elemente, die auf die Eckjumper zurückgreifen. | größere Sensor/Aktor- oder Microcontroller-Boards | Sensor/Aktor-Boards | | |
| ^ Abmaße \\ / Form | Rechteckige Form mit abgerundeten Ecken (Radius $R=100 mil$). | $1000 mil \cdot 1000 mil$. \\ Da zwischen zwei Standardboards auf dem Modulträger $100 mil$ liegen, sind ausnahmsweise auch Maße zu $1100 mil$ zulässig. | $1000 mil \cdot 250 mil$ | $1100 mil \cdot (n-1) + 1000 mil$ mit $n=\{1 ... 3 \}$ zu berechnen. \\ $n$ ist dabei die Anzahl der Module, welche überdeckt werden. \\ Ein Mehrzoll-Board überstreckt sich über mehrere Module des Modulträgers. | $1000 mil \cdot 1000 mil$. \\ Da zwischen zwei Standardboards auf dem Modulträger $100 mil$ liegen, sind ausnahmsweise auch Maße zu $1100 mil$ zulässig. | | |
| ^ Eckjumper \\ $SPx$ | - Verbindet das Board mechanisch mit dem Modulträger. \\ - Eckjumper sind mit den Eckjumpern der benachbarten Boards elektrisch verbunden | Jumper ($SP1... SP4$). Im Notfall sind die oberen beiden und der Jumper $JP1$ zur mechanischen Fixierung ausreichend. | Jumper ($SP1$ und $SP2$). | Von den Eckjumpern sind nicht alle notwendig. Es wird empfohlen nur die äußersten vier Eckjumper zu nutzen. | Nicht notwendig, da für ein Hookupboard i.d.R. keine Notwendigkeit für ein aufstecken auf das Basisboard besteht. | | |
| ^ 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. | Der Jumper $JP1$ sollte wie auf der [[:mexle2020:mmc_1x1_328pb]]-Platine zu sehen positioniert werden | Der Jumper $JP1$ liegt (wie die beiden Eckjumper) auf der Symmetrieachse | Auch hier sind wieder mehrere Positionen für $JP1$ möglich. Es kann eine der möglichen (auf dem Raster des Modulträgers liegende) Positionen genutzt werden | Nicht notwendig, da für ein Hookupboard i.d.R. keine Notwendigkeit für ein aufstecken auf das Basisboard besteht. | | |
| ^ Buchsen $K1$ \\ und $K2$ | - Die Buchsen $K1$ und $K2$ 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 | | | Sollen bei Mehrzoll-Boards eine Hookup-Möglichkeit zur Verfügung gestellt werden, so sind für die mechanische Stabilität zwei Buchsen ($K1$ und $K2$) vorzusehen, die $800 mil$ auseinander liegen. Eine Position wie beim Standardboard wird empfohlen. | | | |
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| Details zur Belegung von $K1$, $K2$, und $JP1$ sind unter [[:mexle2020:mmc_1x1_328pb]] beschrieben. Die dortige Belegung sollte aus Kompatibilitätsgründen eingehalten werden. | ^ Funktion ^ Zweck ^ Einzoll-Board / Standard-Board ^ Viertelzoll-Board ^ Mehrzoll-Board ^ Hookup-Board ^ |
| | ^ Anwendung | | kleine Sensor/Aktor- oder Microcontroller-Boards | Diskrete Elemente, die auf die Eckjumper zurückgreifen. | größere Sensor/Aktor- oder Microcontroller-Boards | Sensor/Aktor-Boards | |
| | ^ Abmaße \\ / Form | | - Quadratischer Form mit abgerundeten Ecken (Radius $R=100 ~\rm mil$) \\ - $1000 ~\rm mil \cdot 1000 ~\rm mil$. \\ - Da zwischen zwei Standardboards auf dem Modulträger $100 ~\rm mil$ liegen, sind ausnahmsweise auch Maße zu $1100 ~\rm mil$ zulässig. | - Rechteckige Form ohne abgerundeten Ecken (geritzte Platine). \\ - $1000 ~\rm mil \cdot 250 ~\rm mil$ | - Rechteckige Form mit abgerundeten Ecken (Radius $R=100 ~\rm mil$). \\ - $1100 ~\rm mil \cdot (n-1) + 1000 ~\rm mil$ mit $n=\{1 ... 3 \}$ \\ - $n$ ist dabei die Anzahl der Module, welche überdeckt werden. \\ - Ein Mehrzoll-Board überstreckt sich über mehrere Module des Modulträgers. | - Rechteckige Form mit abgerundeten Ecken (Radius $R=100 ~\rm mil$). \\ - $1000 ~\rm mil \cdot 1000 ~\rm mil$. \\ - Da zwischen zwei Standardboards auf dem Modulträger $100 ~\rm mil$ liegen, sind ausnahmsweise auch Maße zu $1100 ~\rm mil$ zulässig. | |
| | ^ Eckjumper \\ $\rm SPx$ | - Verbindet das Board mechanisch mit dem Modulträger. \\ - Eckjumper sind mit den Eckjumpern der benachbarten Boards elektrisch verbunden | Jumper ($\rm SP1... SP4$). Im Notfall sind die oberen beiden und der Jumper $\rm JP1$ zur mechanischen Fixierung ausreichend. | Jumper ($\rm SP1$ und $\rm SP2$). | Von den Eckjumpern sind nicht alle notwendig. Es wird empfohlen nur die äußersten vier Eckjumper zu nutzen. | Nicht notwendig, da für ein Hookupboard i.d.R. keine Notwendigkeit für ein aufstecken auf das Basisboard besteht. | |
| | ^ 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. | Der Jumper $\rm JP1$ sollte wie auf der [[:mexle2020:mmc_1x1_328pb]]-Platine zu sehen positioniert werden | Der Jumper $\rm JP1$ liegt (wie die beiden Eckjumper) auf der Symmetrieachse | Auch hier sind wieder mehrere Positionen für $\rm JP1$ möglich. Es kann eine der möglichen (auf dem Raster des Modulträgers liegende) Positionen genutzt werden | Nicht notwendig, da für ein Hookupboard i.d.R. keine Notwendigkeit für ein aufstecken auf das Basisboard besteht. | |
| | ^ 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 | | | Sollen bei Mehrzoll-Boards eine Hookup-Möglichkeit zur Verfügung gestellt werden, so sind für die mechanische Stabilität zwei Buchsen ($\rm K1$ und $\rm K2$) vorzusehen, die $800 ~\rm mil$ auseinander liegen. Eine Position wie beim Standardboard wird empfohlen. | | |
| | ^ Pin-Belegung | Details zur Belegung von $\rm K1$, $\rm K2$, und $\rm JP1$ sind unter [[:mexle2020:mmc_1x1_328pb]] beschrieben. Die dortige Belegung sollte aus Kompatibilitätsgründen eingehalten werden. |||| | |
| | ^ eagle-Vorlage | Siehe [[3_entwickeln_des_schaltplans#anlegen_der_dateien| 3. Entwickeln des Schaltplans]] |||| | |
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| <WRAP right column 20%> <fs 70%> {{ :schlechtesairwiring.jpg?200|schlechtesairwiring.jpg}} \\ schlechtes Airwiring {{ :gutesairwiring.jpg?200|gutesairwiring.jpg}} \\ besseres Airwiring {{ :quarzbaugruppe.jpg?200|quarzbaugruppe.jpg}} \\ Beispiel: Bauteilgruppe Quarz </fs> </WRAP> | |
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| ===== Bauteilpositionierung ===== | ===== Bauteilpositionierung ===== |
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| | <WRAP right column 20%> |
| | <imgcaption BildNr10 | Beispiel für schlechte Anordnung für ein seitlich-bedienbare Taster > |
| | {{elektronik_labor:schlechteanordnungseitlichertaster.jpg?200}} |
| | </imgcaption> |
| | <imgcaption BildNr11 | Beispiel für schlechtes Airwiring> |
| | {{ laborausstattung:schlechtesairwiring.jpg?200|schlechtesairwiring.jpg}} |
| | </imgcaption> |
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| | <imgcaption BildNr12 | Beispiel für besseres Airwiring> |
| | {{ laborausstattung:gutesairwiring.jpg?200|gutesairwiring.jpg}}</imgcaption> |
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| | <imgcaption BildNr13 | Beispiel für Bauteilgruppe Quarz> |
| | {{ elektronik_labor:quarzbaugruppe.jpg?200|quarzbaugruppe.jpg}}</imgcaption> |
| | </WRAP> |
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| * Positionieren Sie immer als **erstes die Bauteile**. | * Positionieren Sie immer als **erstes die Bauteile**. |
| * 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 "vector" angegeben werden. Vergessen Sie nicht eine aussagekräftige Beschreibung für das Board zu nehmen (Autor, Projekt, Datum, etc). Die Beschriftung ist in EAGLE über den vertikalen Reiter "MANUFACTURING" an der rechten Seite überprüfbar. | * 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 (''Ansicht >> 3D-Betrachter'') überprüfbar. |
| * 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 "Group"-Tool, um das erste Bauteil (mit linksklick) auszuwählen. Anschließend klicken Sie wieder auf das "Group"-Icon. Dann können Sie mit gedrückter <Strg>+Taste weitere Bauteile (mit linksklick) auswählen. | |
| * **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?** Ja, mehre Komponenten lassen sich folgendermaßen drehen: | |
| * (1) Auswählen der Komponenten | |
| * (2) Move-Tool auswählen | |
| * (3) __rechtsklick__ in die Zeichnung an einen Punkt | |
| * (4) "Move: Gruppe" anwählen | |
| * (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: "Einige Objekte stehen über die Boardfläche hinaus"**. Die Eagle free Version hat mehrere Limitierungen: die Boardgröße muss kleiner gleich 160mm x 100mm sein __und__ es darf kein Bauteil links bzw. unterhalb des Ursprungs positioniert werden. Meist liegt die Fehlermeldung aber daran, dass ein Bauteil links bzw. unterhalb des Ursprungs herausragt. Falls dies der Fall ist, können Sie versuchen alle Komponenten nach rechts oben zu verschieben. | |
| * **Der Mauszeiger bei eagle ist im Layouteditor nicht wirklich sichtbar**. Der Mauszeiger kann in Positionslinien umgewandelt werden: Option/User Interface/Layout:LARGE bzw. Benutzeroberfläche/Layout/Mauszeiger: groß. | |
| * **Ich habe eine Bemaßung (Dimension) - z.B. auf top oder bottom Layer - welche ich nicht löschen kann**: Hier hilft ein Tipp aus [[https://electronics.stackexchange.com/questions/283191/trouble-deleting-dimension-in-eagle|Stack Exchange]]. | |
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| ===== Routing ===== | ===== Routing ===== |
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| <WRAP right column 20%> <fs 70%> {{ :gnd-schlechteverbindung.jpg?200|gnd-schlechteverbindung.jpg}}{{ :gnd-schlechteverbindungratsnest.jpg?200|gnd-schlechteverbindungratsnest.jpg}} \\ Beispiel: schlecht verlegte Masseleitung (starke Wärmeableitung über blau markierte Verbindung) {{ :gnd-guteverbindung.jpg?200|gnd-guteverbindung.jpg}}{{ :gnd-guteverbindungratsnest.jpg?200|gnd-guteverbindungratsnest.jpg}} \\ gut verlegte Masseleitung </fs> </WRAP> | <WRAP right column 20%> |
| | <imgcaption BildNr20 | Beispiel: schlecht verlegte Masseleitung (starke Wärmeableitung über blau markierte Verbindung) > |
| | {{ laborausstattung:gnd-schlechteverbindung.jpg?200|gnd-schlechteverbindung.jpg}} |
| | {{ laborausstattung:gnd-schlechteverbindungratsnest.jpg?200|gnd-schlechteverbindungratsnest.jpg}} |
| | </imgcaption> |
| | <imgcaption BildNr21 | gut verlegte Masseleitung> |
| | {{ laborausstattung:gnd-guteverbindung.jpg?200|gnd-guteverbindung.jpg}} |
| | {{ laborausstattung:gnd-guteverbindungratsnest.jpg?200|gnd-guteverbindungratsnest.jpg}}</imgcaption> |
| | </WRAP> |
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| * Um das Routing zu vereinfachen, sollten auf Top bevorzugt die horizontale Verbindungen, auf Bottom die vertikale Verbindungen gelegt werden - oder umgekehrt. Diese Methode wird als Manhattan-Routing bezeichnet. Wenigstens sollten Sie die Verbindungen auf **Top und Bottom senkrecht aufeinander** stehen. | * Um das Routing zu vereinfachen, sollten auf Top bevorzugt die horizontale Verbindungen, auf Bottom die vertikale Verbindungen gelegt werden - oder umgekehrt. Diese Methode wird als [[https://resources.pcb.cadence.com/blog/2020-pcb-manhattan-routing-techniques|Manhattan-Routing]] bezeichnet. Wenigstens sollten Sie die Verbindungen auf **Top und Bottom senkrecht aufeinander** stehen. |
| * **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: bei Masseanschlüsse sollen die Abgänge im 90° Winkel liegen (siehe Bild rechts). Alle anderen Winkel __auf einer Ebene__ sollen in einem möglichst großen Winkel erfolgen, also 135°. Bei Vias mit jeweils einem Abgang dürfen beliebige Winkel genutzt werden. | * **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: bei Masseanschlüsse sollen die Abgänge im 90° Winkel liegen (siehe Bild rechts). Alle anderen Winkel __auf einer Ebene__ sollen in einem möglichst großen Winkel erfolgen, also 135°. Bei Vias mit jeweils einem Abgang dürfen beliebige Winkel genutzt werden. |
| * 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 und Quarz, sowie deren Kondensatoren. Vermeiden Sie dabei (viele) Vias und versuchen Sie kurze Verbindungen zu setzen. Die Verbindungen sollten möglichst auf der Seite der entsprechenden Pins verlaufen. |
| * 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 Leitung (z.B. 10 mil) genutzt werden. | * Danach ist die Spannungsversorgung zu verbinden. Hier sollte - soweit möglich - eine breitere Leitung (z.B. $10~\rm mil$ bzw. $0.25~\rm mm$ oder größer) genutzt werden. |
| * Schließen Sie dann** alle GND per Verbindungen** an den Masseanschluss an. Achten Sie darauf, Versorgungsmassen (GND) von der Masse für Analogeingänge (AGND) zu trennen. | * 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** und benennen Sie es "GND". Dann können Sie mit Ratsnest die Freiflächen mit Masse ausfüllen. Damit reduziert sich Störausstrahlung, induktive Verluste und Widerstand zu Masse. Gibt es neben GND auch AGND, so bietet sich auch ein separate AGND-Fläche an. | * Für die Leiterbahnen sollte $0.2~\rm mm$ ($6~\rm mil$ oder $8~\rm mil$) als Standardbreite genutzt werden. Wenn Platz vorhanden ist, schadet eine breitere Leitung bis $0.25~\rm mm$ ($10~\rm mil$) nicht. Beachten Sie ab Strömen von ca. $1~\rm A$ die Strombelastbarkeit von Leiterbahnen. Bei größeren Strömen erwärmen sich die Leitbahnen unter Umständen stark. Mit steigender Temperatur können sich die Werte von Kondensatoren, Widerständen und weiteren Komponenten ändern. Eine Berechnung der der Temperaturänderungen finden Sie in kiCAD im Projektfenster unter ''Berechnungswerkzeuge'' >> ''Leiterbahnbreite''. Temperaturen unter $70~\rm °C$ sind akzeptabel. Daraus ergeben sich bei einer Raumtemperatur von bis zu $30~\rm °C$ einen maximalen **Temperaturanstieg von $40~\rm °C$**. |
| * Suchen sie in den **Dokumenten der Komponenten** ("application notes" oder "data sheet") nach "Layout", "Layout Guidelines" oder "Layout Examples". Falls Sie dort keine Beispiele finden, lohnt sich ein nachdenklicher Blick auf Platinenhersteller. Bei Open Source Herstellern wie Adafruit oder Sparkfun können dazu meist Erklärungen zur Schaltung gefunden werden (z.B. für [[https://learn.sparkfun.com/tutorials/serial-controlled-motor-driver-hookup-guide/all|Motortreiber]]). Diese Vorarbeit erleichtert nicht nur das Layout, sondern reduziert auch die Wahrscheinlichkeit von Problemen! | * Für Vias können bis zu einem Drill von $=0.2~\rm mm$ ($7.87402~\rm mil$) genutzt werden. Für geringe Stückzahlen sind diese nicht teurer. \\ Wichtig auch hier: wenn viel Strom ($\gtrapprox 1...2~\rm A$) über ein Vias transportiert werden soll, sind größere Vias und/oder mehrere Vias besser. Für Details hat kiCAD im Projektfenster einen "Werkzeug-Koffer" an: ''Berechnungswerkzeuge'' >> ''Via-Größe'' |
| * Deaktivieren Sie unter Thermals "Thermals for Vias". Damit ergeben sich keine Aussparungen bei Vias, welche sowieso noch notwendig sind. | * Legen Sie abschließend auf jede genutzte Ebene ein **gefüllte Zone** (''<Strg>+<Umschalt>+Z'', auch Polygon genannt) und benennen Sie es "GND". Dann können Sie mit Ratsnest die Freiflächen mit Masse ausfüllen. Damit reduziert sich Störausstrahlung, induktive Verluste und Widerstand zu Masse. Gibt es neben GND auch AGND, so bietet sich auch ein separate AGND-Fläche an. |
| | * Suchen sie in den **Dokumenten der Komponenten** ("application notes" oder "data sheet") nach "Layout", "Layout Guidelines" oder "Layout Examples". Falls Sie dort keine Beispiele finden, lohnt sich ein nachdenklicher Blick auf Platinenhersteller. Bei Open Source Herstellern wie Adafruit oder Sparkfun können dazu meist Erklärungen zur Schaltung gefunden werden (z.B. für [[https://learn.sparkfun.com/tutorials/serial-controlled-motor-driver-hookup-guide/all|Motortreiber]]). Diese Vorarbeit erleichtert nicht nur das Layout, sondern reduziert auch die Wahrscheinlichkeit von Problemen! |
| * Falls Sie differentielle, digitale Signale (z.B. D+ und D- bei USB) routen, beachten Sie, dass die Verbindungen so gut wie möglich gleich lang sein sollten. Gleiches gilt für differentielle, analoge Signale mit hochfrequentem Nutzanteil. Weitere Tipps und Tricks finden Sie im Video [[https://www.youtube.com/watch?v=9dlsYV08BoU|differential Pairs]] und in der Anleitung [[https://www.autodesk.com/products/eagle/blog/route-differential-pairs/|How to route differential pairs]]. | * Falls Sie differentielle, digitale Signale (z.B. D+ und D- bei USB) routen, beachten Sie, dass die Verbindungen so gut wie möglich gleich lang sein sollten. Gleiches gilt für differentielle, analoge Signale mit hochfrequentem Nutzanteil. Weitere Tipps und Tricks finden Sie im Video [[https://www.youtube.com/watch?v=9dlsYV08BoU|differential Pairs]] und in der Anleitung [[https://www.autodesk.com/products/eagle/blog/route-differential-pairs/|How to route differential pairs]]. |
| * **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__ gesetzt werden. Ansonsten wird im Reflowofen das Lot durch das Via fließen, womit zu wenig Lot zum Verbinden des Bauteils vorhanden ist. Wenn Sie händisch Löten, dann ist dies möglich. Generell sollte darauf geachtet werden, keine Vias in Pads zu setzen. | * **Kann ich auch Vias in Pads setzen?** Es kommt darauf an: Verwenden Sie eine Pick-and-Place System mit Lötpaste, dann sollten __keine (großen) Vias in Pads__ gesetzt werden. Ansonsten wird im Reflow-Ofen das Lot durch das Via fließen, womit zu wenig Lot zum Verbinden des Bauteils vorhanden ist. Wenn Sie als Via Drill $≤0.3~\rm mm$ ($= 11.811 ~\rm mil$) verwenden, dann kann dies weniger problematisch, da der „suck down“ aufgrund der Oberflächenspannung des Lötzinns merklich geringer ausfällt. Auch beim händischem Löten tritt das Problem weniger auf. \\ Generell sollten Vias in Pads in der Elektronik vermieden werden. |
| * **Ich habe zu viele Verbindungen und kann in der Schaltung nichts mehr finden**. Zeichnen Sie statt Verbindungen gelabelte Linien mit dem "NAME" Befehl. Verwenden Sie XRef nur für Referenzen auf externe Verbindungen - also welche, die nicht auf der aktuellen Schaltung liegen. | * **Ich habe zu viele Verbindungen und kann in der Schaltung nichts mehr finden**. Öffnen Sie den Schaltplaneditor neben dem Leiterplatteneditor. Dann sind im Schaltplaneditor hervorgehobene Komponenten und Verbindungen auch im Leiterplatteneditor markiert. Weiterhin können Verbindungen mit auch unterschiedliche Farben markiert werden: rechts im Leiterplatteneditor ''Netze'' >> ''Netz-Anzeigeoptionen'' >> ''Netzfarben: Alle''. Nun können im oberen Bereich die Farben vergeben werden. |
| | ===== weitere Routing Iteration ===== |
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| | Es bietet sich - wie bei der Software-Entwicklung - an nach der ersten "fertigen Version" nochmals die Entwicklung zu betrachten und Korrekturen vorzunehmen. \\ |
| | 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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| | <imgcaption BildNr30 | Beispiel: unnötig lange Verbindungen (rechts: Verbesserung) > |
| | |{{elektronik_labor:unnoetigelangeleitungen1.jpg?200}}| |
| | {{elektronik_labor:unnoetigelangeleitungen2.jpg?170}}| |
| | </imgcaption> |
| | <imgcaption BildNr31 | Beispiel: unnötig lange Verbindungen (rechts: Verbesserung) > |
| | dummy |
| | |{{elektronik_labor:unnoetigelangeleitungen3.jpg?350}}|{{elektronik_labor:unnoetigelangeleitungen4.jpg?375}}| |
| | </imgcaption> |
| | |
| | ==== unnötige Vias ==== |
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| | 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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| | <imgcaption BildNr41 | zwei unnötige Vias: THD-Komponenten können von beiden Seiten angeschlossen werden. (rechts: Verbesserung)> |
| | |{{elektronik_labor:unnoetigevias3.jpg?200}}|{{elektronik_labor:unnoetigevias4.jpg?200}}| |
| | </imgcaption> |
| | <imgcaption BildNr40 | zwei unnötige Vias (rechts: Verbesserung)> |
| | |{{elektronik_labor:unnoetigevias1.jpg?200}}|{{elektronik_labor:unnoetigevias2.jpg?200}}| |
| | </imgcaption> |
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| | ==== leichte Bestückung ==== |
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| | Um die Bestückung zu vereinfachen, sollten die passiven Komponenten gleichartig angeordnet werden. Insbesondere gilbt das für Dioden - hier sollten immer die parallele Anordnung der antiparallelen bevorzugt werden. |
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| | <imgcaption BildNr50 | Beispiel: unsortierte Passivkomponenten (rechts: Verbesserung) > |
| | |{{elektronik_labor:unsortiertepassivekomponenten1.jpg?200}}|{{elektronik_labor:unsortiertepassivekomponenten2.jpg?163}}| |
| | </imgcaption> |
| | |
| | ==== 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. |
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| | <imgcaption BildNr60 | Beispiel: unsortierte Passivkomponenten (rechts: Verbesserung) > |
| | |{{elektronik_labor:viainpad1.jpg?120}}|{{elektronik_labor:viainpad2.jpg?130}}| |
| | </imgcaption> |
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| ===== 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 |
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| ===== Weitergabe der Platine zur Fertigung ===== | ===== Zum Abschluss ===== |
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| | * **Design Rule Check** durchführen: ''Inspektion''>>''Designregeln überprüfen (DRC)'' \\ \\ Bitte achten Sie darauf, dass auch der Bestückungsdruck geprüft wird. \\ Dazu Folgendes prüfen: ''Datei'' >> ''Platinenkonfiguration'' >> ''Verstoß-Schweregrade'' >> ''Lesbarkeit'' >> ''Bestückungsdrucküberlappung --> als Warnung'' {{drawio>elektronik_labor:DRCklein.svg}} \\ Folgendes sind häufige Findings: \\ \\ |
| | * ''Fehler: Elemente, die zwei Netze kurzschließen (Netze X und Y)'': \\ Ein Pad hat Kontakt mit einer Leiterbahn, welche auf einem anderen Potential liegt (z.B. nach Verschieben von Komponenten). Komponente und/oder Leiterbahn ist zu verschieben. \\ \\ |
| | * ''Fehler: Leiterbahnkreuzung'': \\ Eine Leiterbahn hat Kontakt mit einer Leiterbahn, welche auf einem anderen Potential liegt (z.B. nach Verschieben von Komponenten). Leiterbahn(en) ist/sind zu verschieben. \\ \\ |
| | * ''Fehler: Abstandsflächenüberschneidung'': \\ Zwei Komponenten kommen such zu nahe, sodass es eine Überlappung ihrer 'Courtyards' gibt. Komponente(n) ist/sind zu verschieben. \\ \\ |
| | * ''Fehler: Vorderseitige Lötstoppöffnung über Elementen mit verschiedenen Netzen'' bzw ''Fehler: Rückseitige Lötstoppöffnung über Elementen mit verschiedenen Netzen'': \\ Zwei Komponenten kommen such zu nahe, sodass es eine Überlappung ihrer Lötstoppöffnungen (z.B. Pads) gibt. Komponente(n) ist/sind zu verschieben. \\ \\ |
| | * ''Fehler: Platinenkanten-Freiraum-Verstoß'': \\ Abstand eines Pads zum Rand ist zu kurz. Komponente verschieben. \\ \\ |
| | * ''Fehler: Freiraum-Verstoß (Netzklasse "Default" Freiraum X; tatsächlich Y)'': \\ Falls dieser Fehler zwischen zwei Komponenten liegt, ist mindestens eine der beiden zu verschieben. \\ Falls es innerhalb einer Komponente vorhanden ist, so liegt dies häufig an den "Benutzerdefinierten Regeln": Diese können Sie über ''Datei''>>''Platinenkonfiguration''>>''Designregeln''>>''Benutzerdefinierte Regeln'' finden. Hier sollten nichts in der Textbox stehen. Falls die Textbox nicht leer ist, ist diese zu leeren. \\ \\ |
| | * ''Fehler: Freiraum-Verstoß (Regel "class 0:0" Freiraum X; tatsächlich Y)'': \\ Falls dieser Fehler zwischen zwei Komponenten liegt, ist mindestens eine der beiden zu verschieben. \\ Falls es innerhalb einer Komponente vorhanden ist, so liegt dies häufig an den "Netzklassen": Diese können Sie über ''Datei''>>''Platinenkonfiguration''>>''Designregeln''>>''Netzklassen'' finden. Hier sollten die folgenden Werte auftauchen: \\ {{drawio>elektronik_labor:NetzklasseDefaultklein.svg}} \\ \\ |
| | * ''Fehler: Platinenkanten-Freiraum-Verstoß (Einschränkungen aus Platinenkonfiguration zum Rand Freiraum X; tatsächlich Y)'': \\ Dies liegt häufig an den "Einschränkungen": Diese können Sie über ''Datei''>>''Platinenkonfiguration''>>''Designregeln''>>''Einschränkungen'' finden. Hier sollten die folgenden Werte auftauchen: \\ {{drawio>elektronik_labor:EinschraenkungenDefaultklein.svg}} \\ \\ |
| | * ''Warnung: Leiterbahn hat unverbundenes Ende'': |
| | * Alle Airwires sind zu verbinden. |
| | * Bei Ground muss beachtet werden, dass alle einzelnen Groundflächen verbunden sind. Falls es dort "unauffindbare" Probleme gibt, bietet es sich an alle GND-Anschlüsse mit Routes zu verbinden |
| | * Speziell für die Versorgung mit +3V3 ist prinzipiell nur ein Pin der beiden Stecker K1 und K2 notwendig. Der nicht benötigte Anschluss sollte bei Nicht-Verwendung über eine „Keine-Verbindung-Kennzeichnung“ (Markierung mit X) abgeschlossen werden. \\ {{drawio>elektronik_labor:keine Verbindungkennzeichnungklein.svg}} \\ \\ |
| | * ''Warnung: Via ist nicht oder nur auf einer Lage verbunden'': \\ Ein Via ist nicht vollständig verbunden. Via verbinden.\\ \\ |
| | * ''Warnung: Bestückungsdruck von Platine abgeschnitten'': |
| | * Der Bestückungsdruck sollte gänzlich auf der Platine liegen - der Text ist also vollständig auf die Platine zu schieben. |
| | * Bei randständigen Komponenten sind Ausnahmen möglich, d.h. es kann diese Warnung unkorrigiert stehen gelassen werden. \\ Bei den MEXLE Vorlagen liegen die Bestückungsdrucke von JP1 bzw K1 und K2 teilweise über dem Platinenrand. Diese können akzeptiert werden. \\ \\ |
| | * ''Warnung: Bestückungsdruck schneidet Lötstoppmaske'': \\ Ein Bestückungsdruck liegt auf einer offenen Kupferfläche (z.B. Pad). Auf Kupfer hält der Bestückungsdruck nicht. Der Text ist zu schieben. \\ Falls der Text in einem gesperrten Element liegt, hilft es manchmal beim Auswahlfilter ''gesperrte Elemente'' zu aktivieren \\ \\ |
| | * ''Warnung: Bestückungsdrucküberlappung'': \\ Überlappung von Text / Bestückungsdruck ist zu vermeiden. \\ \\ |
| | * ''Warnung: Footprint "X" nicht in Bibliothek "Library" gefunden'': \\ Der angegebene Footprint ist nicht im Projekt bekannt: \\ Dies lässt sich leicht lösen: |
| | * Rechtsklick auf betroffene Komponente und ''Im Footprinteditor öffnen'' |
| | * im Footprinteditor: ''Datei''>>''Neue Bibliothek...''>>''Projekt'', im Folgenden den Pfad der Projektdaten auswählen (den Ordner, in welchem diese Dateien abliegen)>> Name ''Library.pretty''>>''Ordner auswählen'' drücken |
| | * im Footprinteditor: ''Datei''>>''Speichern unter...''>>''Library'' auswählen und Footprinteditor schließen |
| | * ''Einstellungen''>>''Footprintbibliotheken verwalten...''>>''Projektspezifische Bibliotheken'' >> falls hier nicht die Bibliothek "Library" zu finden ist, so ist diese mit über das ''Ordnersymbol'' {{fa>folder}} einzufügen \\ \\ |
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| * Überprüfen Sie, dass alles was oben auf der Platine gedruckt werden soll auf den "Top" Layern tName bzw. tPlace zu finden ist. tPlace ist dabei frei verschiebbar - tName ist an das Bauteil gekoppelt. Mit Smash lassen sich diese tNames entkoppeln und löschen. | Zu beachten ist auch: |
| * Prüfen Sie, dass keine Schrift über Lötpads verläuft. Ein Abstand von 6..10 mil ist einzuhalten | * Versorgung mit +3V3 |
| * Führen Sie einen Design Rule Check aus (DRC) | * Diese kann sowohl über den Stecker K1 als auch über K2 oder über beide gleichzeitig geschehen. |
| | * Wird die Versorgung nur von einem Stecker genutzt (z.B. K1), so sollte in der Schaltung beim anderen Stecker (im Beispiel K2) die Versorgung auf eine ''keine-Verbindung-Kennzeichnung'' erhalten. Dann ergibt sich kein Fehler. |
| | * Wird die Versorgung nur von von beiden Steckern genutzt, muss keine Verbindung dazwischen vorgesehen werden. \\ In diesem Fall ergibt sich der Verstoß ''Fehler: Fehlende Verbindung zwischen Elementen'', welcher mit rechtsklick ausgeschlossen werden kann \\ {{drawio>elektronik_labor:VersorgungNichtVerbinden.svg}} |
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| | Weiterhin ist zu prüfen: |
| | * Polygonfüllung der Freiflächen mit Ground |
| | * Füllen Sie die Polygone, seigen Sie diese an und und prüfen Sie nach ungefüllten Flächen: |
| | * Füllen: ''Bearbeiten'' >> ''Alle Zonen füllen'' (oder ''B'') |
| | * Anzeigen: ''Ansicht'' >> ''Zeichnungsmodus'' >> ''Zonen-Füllungen zeichnen'' \\ {{drawio>elektronik_labor:ZonenFuellungklein.svg}} \\ \\ |
| | * Keine Polygonfüllung sichtbar? |
| | * Erstellen: ''Hinzufügen'' >> ''Gefüllte Zone hinzufügen'' (oder ''<Strg>+<Umschalt>+Z'' oder folgendes Icon) \\ {{drawio>elektronik_labor:ZonenFuellungHinzufuegenklein.svg}} \\ |
| | * Nach dem ersten Klick außerhalb der Platinenrandflächen: \\ Einstellen der Kupferzonen-Eigenschaften \\ {{drawio>elektronik_labor:ZonenEigenschaften.svg}} \\ |
| | * Zeichnen für horizontale und vertikale Linien, welche zum Schluss am exakt gleichen Punkt enden, an dem begonnen wurde. \\ \\ |
| | * 3D-Ansicht prüfen: Bestückungsdruck und Kupferflächen überprüfen |
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