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elektronik_labor:4_entwickeln_des_platinenlayouts [2024/06/02 18:22]
mexleadmin [Weitergabe der Platine zur Fertigung / Durchsicht] 		elektronik_labor:4_entwickeln_des_platinenlayouts [2024/09/17 23:39] (aktuell)
mexleadmin [Bauteilpositionierung]
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 +===== Erste Schritte im Leiterplatteneditor =====
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 +Es kann sein, dass Sei beim Öffnen des Leiterplatteneditors folgende Fehlermeldung erhalten: 
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 +''Fehler traten beim Laden der Footprints auf:''\\
 +''Footprint library 'C:\Program Files\KiCad\8.0\share\kicad\footprints\/Connector_HDMI.pretty' not found.''
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 +Dies ist leicht durch folgende Schritte lösbar.
 +  - Gehen Sie zu ''Einstellungen'' >> ''Footprintbibliotheken verwalten ...''
 +  - Suchen Sie dort die angegebenen Ordner (in oben genannten Beispiel: "''Connector_HDMI.pretty''" ) und deaktivieren Sie diesen Eintrag über den Haken in der Spalte "''aktiv''"
  
 ===== Bauteilpositionierung ===== ===== Bauteilpositionierung =====
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     * Vergessen Sie nicht eine aussagekräftige Beschreibung für das Board zu nehmen (Autor, Projekt, Datum, etc).      * 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.     * Die Beschriftung ist in KiCAD z.B. über die 3D Ansicht (''Ansicht >> 3D-Betrachter'') überprüfbar.
 +    * Die Beschriftung sollte mindestens $0.8~\rm mm$ Breite und Höhe haben. Falls Sie die Schriftgröße global verändern wollen, so nutzen Sie am besten folgende Schritte: \\ ''Bearbeiten'' >> ''Text- und Grafikeigenschaften bearbeiten'' >> ''Anwendungsbereich: Referenzbezeichner'' und Anpassen der Textbreite und -höhe \\ {{drawio>elektronik_labor:globalesAendernDerSchriftgroesse.svg}}
   * 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.
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       * 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.       * 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.
-  * 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. Damit können sich die Werte von Kondensatoren, Widerständen und weiteren Komponenten ändern. Eine Tabelle der Temperaturänderungen finden Sie z.B. bei [[https://www.multi-circuit-boards.eu/leiterplatten-design-hilfe/oberflaeche/leiterbahn-strombelastbarkeit.html|Multi-CB]]. Temperaturen unter $70~\rm °C$ sind akzeptabel. Daraus ergeben sich bei einer Raumtemperatur von bis zu $30~\rm °C$ einen maximalen Temperaturhub von $40~\rm °C$.+  * 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 $40~\rm °C$**.
   * 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''   * 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''
   * 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.   * 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.
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     * ''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: 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: 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'':      * ''Warnung: Leiterbahn hat unverbundenes Ende'': 
       * Alle Airwires sind zu verbinden.        * Alle Airwires sind zu verbinden. 
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     * ''Warnung: Bestückungsdruck von Platine abgeschnitten'':      * ''Warnung: Bestückungsdruck von Platine abgeschnitten'': 
       * Der Bestückungsdruck sollte gänzlich auf der Platine liegen - der Text ist also vollständig auf die Platine zu schieben.        * 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. \\ \\  +      * 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. \\ \\ +      * Sofern die Warnung beim Text von K1 und K2 erscheint, so kann dieser wiefolgt verschoben werden:  \\ {{drawio>elektronik_labor:gesperrtenTextverschieben.svg}}  \\ \\  
 +    * ''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: 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 \\ \\ 
 +    * ''Warnung: Isolierte Kupferfüllung'': \\ Diese Warnung erscheint, wenn es durch eine Kupferzone kleine Kupferinseln gibt, welche nicht mit der Kupferzone verbunden verbunden ist. Häufig ist dies beim Groundlayer der Fall. Als Lösung sollte die Kupferzonen-Eigenschaften geändert werden: die Option ''Inseln entfernen'' sollte auf ''Immer'' oder ''Unterhalb der Flächengrenze'' gesetzt werden. Alternativ hilft es über ein Via zum rückseitigen Groundlayer die Fläche zu füllen. \\ \\ {{drawio>elektronik_labor:isoKupferfuellung.svg}} \\ \\ 
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 +Zu beachten ist auch:
 +  * Versorgung mit +3V3 
 +    * 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}}
  
 Weiterhin ist zu prüfen:  Weiterhin ist zu prüfen: 
-  * Polygon-Füllung:  +  * Polygonfüllung der Freiflächen mit Ground  
-    * ''Bearbeiten'' >> ''Alle Zonen füllen'' (oder ''B'') +    * Füllen Sie die Polygone, seigen Sie diese an und und prüfen Sie nach ungefüllten Flächen:  
-    * ''Ansicht'' >> ''Zeichnungsmodus'' >> ''Zonen-Füllungen zeichnen''  \\ {{drawio>elektronik_labor:ZonenFuellungklein.svg}} \\ \\ +      * 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   * 3D-Ansicht prüfen: Bestückungsdruck und Kupferflächen überprüfen