Richtiges Designen von Platinenlayouts

2012-11-09T15:03:37Z

Ottelo: /* Schlechtes Platinenlayout (Don'ts) */

Beim Erstellen von Platinenlayouts muss man vieles beachten. Dieser Artikel zählt auf, was man machen sollte (Dos), und was man keinesfalls machen sollte (Don'ts).

== Gutes Platinenlayout (Dos) ==

* Berechne vor dem Zeichnen, welche Ströme über die Leiterbahn fließen werden und bestimme anhand dessen ihre Breite. Faustformel: 0,35mm können mit einem Ampere belastet werden. Weiteres siehe unter [[Leiterbahnbreite]].
* Halte die Leiterplatte klein und kompakt. Jeder Leiterzug wirkt wie eine Antenne, welche Störungen aussendet oder empfängt. Je länger um so intensiver. Zumindest auf der Eingangsseite.
* Nutze die Flächen zwischen den Leiterzügen und verbinde sie mit Masse (Polygone). So kann man Strahlung von außen abschirmen und Abstrahlung minimieren. Vermeide aber freie Kupferflächen, die nicht an GND angeschlossen sind.
* Geize nicht mit Blockkondensatoren. Für jeden VCC-Pin o.ä. ist mindestens ein 100nF Kondensator, bei schnelleren Sachen evtl. ein kleinerer (z. B. 10nF) einzusetzen. Ausserdem kann es meist notwendig sein, pro IC noch zusätzlich einen 10µF Kondensator und eine Ferritperle (engl. bead) zur Entkopplung von Vcc zu spendieren.
* Digitale und analoge Signale getrennt routen und nur in einem Punkt verbinden. Und zwar idealerweise am [[AD-Wandler]], wenn dieser vorhanden ist, sonst in der Nähe des Spannungsreglers. Eine Massefläche für analoge und digitale Schaltungsteile sollte durchgängig sein, getrennte Masseflächen sind nur in sehr seltenen Fällen sinnvoll.
* Nutze die Anschlüsse der bedrahteten Bauelemente für Durchkontaktierungen.
* Wenn es sich nicht vermeiden lässt 230V (400V) Netzspannung auf die Platine zu führen, so trenne die Bereiche der Kleinspannung und Netzspannung deutlich voneinander und mit vieeel Platz. Dabei unterscheidet man zwischen Luft- und Kriechstrecken. Eine Kriechstrecke ist die Strecke auf der Oberfläche einer Leiterplatte oder eines Bauteils. Die Luftstrecke ist sozusagen die kürzeste Verbindung zwischen den beiden Potentialen. Die Luft- und Kriechstrecken betragen zwischen 3 und 8 mm. Der notwendige Abstand hängt von der Gefährdung ab, siehe auch [[Leiterbahnabstände]].
* Mögichst sternförmige Verbindungen für Masse und Versorgungsspannungen bei Schaltungen mit hohen Strömen und empfindliche Analogschaltungen

== Schlechtes Platinenlayout (Don'ts) ==

* Analoge und digitale Schaltungsteile direkt ohne Filter aus der gleichen Stromquelle versorgen.
* Digitale Signalleitungen in unmittelbarer Nachbarschaft analoger Signale.
* Zu wenig Abstand zwischen Leiterplattenrand und Leiterzügen.
* 90° oder spitze Winkel beim Routen von Leiterbahnen. Spitze Winkel wirken wie eine Antenne, HF-Signale werden dort begünstigt abgestrahlt. Mehr dazu im Artikel [[Wellenwiderstand#Leitungsf.C3.BChrung_und_Layout | Wellenwiderstand]].
* Durchkontaktierungen auf SMD-Pads. Beim maschinellen Löten läuft das Flussmittel bzw. das Lötzinn in die Bohrung. Die Fehlerhäufigkeit steigt.
* Durchkontaktierungen von beiden Seiten mit Stopplack verschließen. Es könnte Feuchtigkeit darin zurückbleiben und beim Löten der Stopplack abplatzen

== Vorgehen bei der Layouterstellung ==
* Umrisse festlegen
* Befestigungsbohrungen festlegen, dabei ausreichend Platz für Schraubenköpfe und Werkzeuge freihalten (Sperrflächen)
* Steckverbinder platzieren
* Bauteile platzieren, dabei möglichst zusammengehörige Bauteil nebeneinander platzieren. Die Verbindungen (Luftlinien, engl. air wires) möglichst kurz und kreuzungsarm halten.
* Stromversorgung der ICs layouten
* Kritische Signale layouten wie Takte, Sensoreingänge etc.
* Restliche Signale layouten
* Masseflächen füllen.
** Masseflächen können eine Schaltung deutlich verbessern, wenn sie richtig benutzt werden. Sie können aber auch genau das Gegenteil bewirken, wenn sie als automatisches Wundermittel betrachtet werden.
** Die Masserverbindung aller ICs muss zunächst direkt layoutet werden.
** Erst wenn die Masse komplett layoutet ist, kann man die Massefläche auffüllen. Damit verhindert man, dass vielleicht ein IC nur über eine sehr dünne Verbindung angeschlossen wird, welche man in der Masserfläche übersieht.
** Masseflächen sind nur dann wirklich wirksam, wenn sie möglichst durchgängig sind. Wenn sie durch viele Leitungen zerschnitten werden, sinkt ihre Wirksamkeit massiv und sie können sich zu einem EMV-Problem entwickeln (Abstrahung von Energie, Streifen- und Schlitzantennen)

== Siehe auch ==

*[http://www.mikrocontroller.net/forum/read-6-178710.html#254235 Forumsbeitrag]: Regeln beim Platinenentwurf
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/93602#804338 Forumsbeitrag]: Vorschlag für Lötpads bei Hobbyeinsteigerplatinen
* [[EMV]]
* [[Eagle im Hobbybereich]]

==Links==
* [http://www.ilfa.de/download/C/pb-id=wd7c584f8c9d73e6df32d52cabe12bcbbba8624a4eci8/453/Design-Optimierung.pdf Optimierung von Layouts]
*[http://www.ilfa.de/de/_design/index.html?a-Common_menu-n_Selected=6&button-CurrentMenuTree-setmenutree=&a-Common_storyOutput-n_SearchNodeId=6&button-Common_storyOutput-find_story=&uypb-id=wd7c584f8c9d73e6df32d52cabe12bcbbba8624a4eci8 Weitere Dokumente zum Thema professionelle Platinenherstellung]
* [http://www.analog.com/library/analogDialogue/Anniversary/12.html Grounding (Again)], Ask The Applications Engineer - 12, Fa. Analog Devices, (englisch)

* [http://www.sparkfun.com/commerce/tutorial_info.php?tutorials_id=115 Designing a Better PCB] von Sparkfun (engl.)
* [http://www.hottconsultants.com/tips.html Tech Tips] von Henry Ott (engl.)
* [http://www.ultracad.com/articles/90deg.pdf Messung] von verschiedenen Winkeln von Leiterbahnen mit 17ps TDR, keinerlei Unterschiede!

[[Category:Platinen]]
[[Kategorie:Schaltplaneditoren]]

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