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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Saubere Leitungsführung


Autor: Björn (Gast)
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Hi,

ich als Anfänger lese immer wieder was von einer sauberen 
Leitungsführung, eine gescheiten Versuchsaufbau etc. Aber was soll man 
da genau beachten? Ich verbinde die Schaltung wie es der Plan vorgibt - 
gibt es irgendwo allgemeine Tipps, was man grundsätzlich beachten 
sollte?

Autor: dsgfsdfgsdfg (Gast)
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z.B. bei Schaltreglern kann das sehr wichtig
werden wenn Du Dein Netz nicht versauen
möchtest oder EMV-Tests bestehen willst.
Auch digitale hochfrequente Signale
neben Leitungen zum ADC können interessante
Effekte haben.
Ich hatte mal nen Fall bei ner OP-Schaltung,
die von selbts geschwungen hat im Bereich
von 16kHz. Hab ewig gesucht, Lösung war
die Leiterbahn vom Ausgang kurz nach dem
OP zu unterbrechen und die Verdrahtung
direkt aufzulöten, zwischen den Leiterbahnen
kam es zur kapazitiven Einkopplung ... n prima
Oszillator.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Björn,

> ich als Anfänger lese immer wieder was von einer sauberen
> Leitungsführung, eine gescheiten Versuchsaufbau etc. Aber was soll man
> da genau beachten? Ich verbinde die Schaltung wie es der Plan vorgibt -
> gibt es irgendwo allgemeine Tipps, was man grundsätzlich beachten
> sollte?

leider keine ganz einfachen für alle Fälle ausreichenden. Wenn Du aber 
die Spannungsversorgung und die Massefläche in Ordnung hast, bekommst Du 
in den meisten Fällen schon sehr brauchbare Ergebnisse.

- Massefläche verwenden und nicht benötigte Platinenfläche damit 
ausfüllen
- Massefläche möglichst wenig unterbrechen (vermindert deren 
Induktivität)
- Leiter und Rückleiter (=Massefläche) müssen in der Nähe zueinander
  verlaufen
- Spannungsversorgung mit Linearregler realisieren (Entstören mit
  100µF/100nF eingangsseitig und 100µF/100nF ausgangsseitig;
  100µF sind Elkos, 100nF sind SMD-Bauteile im Gehäuse 0805 oder 0603)
- Spannungsversorgung bei jedem Bauelement zusätzlich mit 100nF 
entstören
- Hochfrequente Leitungen nicht nebeneinander legen, sondern Masse
  dazwischenlegen
- Evtl. Analog- und Digitalteil trennen. Analogmasse und Digitalmasse 
nur
  an einer Stelle verbinden. Spannungsversorgungen für Analog- und
  Digitalteil mit Ferritperlen gegeneinander abkoppeln.

Spezielle Dinge sind bei steilen (und damit hochfrequenten) Taktflanken 
und bei hochfrequenten Analogsignalen (ab ca. 50...100 MHz) zu beachten. 
Da wird dann so langsam der Wellenwiderstand wichtig.

Eine fundierte und weit darüber hinaus gehende Anleitung (z. B. wie Du 
Audio und Digitalteil zusammen auf einem Board verwendest, was Du bei 
mehrlagigen Leiterplatten beachten mußt, wie die Kabel anzuschließen 
sind) findest Du hier:
http://www.amazon.de/gp/product/0780353765


Gruß,
  Michael

Autor: crazy horse (Gast)
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Das wichtigste ist die Masseführung, direkt gefolgt von Vcc.
Beim Strippenziehen immer Überlegen - wo fliessen welche Ströme. Jeder 
Stromfluss erzeugt Spannungsabfälle, und wenn die in andere 
Schaltungsteile als Eingangssignale einkoppeln, hast du bei 
empfindlichen Schaltungen verloren.
Nicht umsonst ist inzwischen die 4-Lagenplatine für Gerätschaften, die 
einen EMV-Test bestehen müssen, fast unumgäglich. Je eine komplette Lage 
für Gnd und Vcc. Aber auch da nicht einfach alles per Via anschliessen, 
auch das muss bedacht sein und die Masselage ggf. in einzelne Sträge 
aufteilen.

Autor: Björn (Gast)
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Hi,

also ich wollte eine Lochrasterplatine verwenden. Aber trotzdem danke 
für die Tipps, werd sie mir für später merken und hab nun mal einen 
Überblick bekommen, was man da so damit meint.

Also, danke Leute
Björn

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Björn,

> also ich wollte eine Lochrasterplatine verwenden. Aber trotzdem danke
> für die Tipps, werd sie mir für später merken und hab nun mal einen
> Überblick bekommen, was man da so damit meint.
Lochratsterplatinen sind allenfalls zum Austesten einer Schaltung gut.

Auch hier kommt es auf eine gute Masseführung an:
Masse sternförmig von einem Ausgangspunkt führen (ohne Schleifen) und 
hochfrequente Signalleitungen zusammen mit sehr nahe daneben 
verlaufender Masseleitung verlegen. Das ist ähnlich wie in einem 
Flachbandkabel, in dem sich Signalleitung und Masseleitung (bei 
massebezogenen Signalen) bzw. Hin- und Rückleiter (bei differentiellen 
Signalen) abwechseln.

Bei Streifenrastern kommt es umso mehr auf eine gute Versorgungsspannung 
an. Diese nach Möglichkeit an jedem Bauelement mit 100nF (SMD!) gegen 
Masse entstören. Das geht auch bei Streifenrasterplatinen.


Gruß,
  Michael

Autor: Björn (Gast)
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Hi,

wieso sollen die 100nF SMD sein?
Hab halt nur einen schlechten Lötkolben mit relativ großer Spitze... und 
der könnte auch zu heiss werden

Autor: Kevin K. (nemon) Benutzerseite
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müssen sie nicht, aber smdbauteile haben kürzere anschlüsse, daher kann 
man die eigentliche kapazitiv wirkende schicht näher an das bauteil 
bringen

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Björn,

> wieso sollen die 100nF SMD sein?

Kondensatoren sind keine idealen Kapazitäten, sondern im einfachsten 
nichtidealen Modell Serienschwingkreise aus L und C:

o-----||-------||||||||-------o
      C           L


Bis zur Resonanzfrequenz

f = 1/(2*pi*sqrt{LC})

wirken Kondensatoren kapazitiv. Ihr Widerstand sinkt dann mit der 
Frequenz. Ab der Resonanzfrequenz werden sie immer hochohmiger und 
filtern Störungen nicht mehr ordentlich heraus.

Die üblichen 100nF SMD-Kondensatoren in der Bauform 0603 bzw. 0805 haben 
(ohne Berücksichtigung der Zuleitungen) Resonanzfrequenzen um die 20 
MHz, wobei der Widerstand über einen weiten Bereich (etwa 2MHz ... 
100MHz) im Bereich <1 Ohm bleibt.

http://www.avx.com/docs/techinfo/parasitc.pdf

Das macht sie für die allermeisten "Selbstbastelschaltungen" zu den 
idealen Entstörkondensatoren.

Machst Du bei einem Keramikkondensator die Beinchen länger 
(Durchsteckbauelemente), erhöhst Du dessen Induktivität L um etwa 1nH 
pro mm. Damit sinkt die Resonanzfrequenz, und die hochfrequenten 
Störungen werden nicht mehr ordentlich herausgefiltert.

--> Deshalb SMD

Über Elkos brauchst Du bei hochfrequenten Störungen gar nicht 
nachzudenken. Elkos haben zusätzlich einen Widerstand in Serie zu L und 
C, sowie einen parallelen Leitwert an C. Sie sind bei hochfrequenten 
Störungen (schon im kHz-Bereich) sehr hochohmig und filtern die 
Störungen nicht heraus.


> Hab halt nur einen schlechten Lötkolben mit relativ großer Spitze... und
> der könnte auch zu heiss werden
Das geht schon. Der Trick ist, daß Du das SMD-Bauteil nicht mit der 
Lötspitze berührst, sondern mit einem Tropfen Lötzinn, das Du am 
Lötkolben herunterhängen läßt.
(Es gibt sogar spezielle SMD-Lötkolben mit einem Lötkelch; genau für 
diese Aufgabe.)



Gruß,
  Michael

Autor: Michael (Gast)
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SMD ist schön und gut aber einem Anfänger würde ich immer die 
Beinchen-Variante empfehlen. Das ist doch um Längen einfacher für einen 
Anfänger als an den SMD-Geschichten (auch wenns nur ein Kondensator ist) 
rumzulöten. In mehr als 99% aller Anfängerschaltungen genügen 
"herkömmliche Kerkos" zur Entstörung.

Autor: Guest (Gast)
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Ich arbeite seit fast 10 Jahren als Layouter und muss immer wieder 
feststellen, dass die Leute viel zu viel Angst haben. Die Sachen die 
nämlich schief gehen sieht man meist im Vorfeld auch nicht, auch wenn 
man schon sehr viel Erfahrung hat.

Wo ich sagen kann muss man echt aufpassen

- Signale > 40-50MHZ
  (40MHz kann man noch mit Wrapdraht machen, funzt, auch wenns mir nie 
jemand glaubt :o) Schon mehr als einmal ausprobiert)
- Schaltnetzteile
- Leitungen zu Grafik Displays

Das sind so die Sachen wo man ein bisschen aufpassen sollte. Für die 
normalen Schaltungen die man mal eben zu Hause macht sage ich jetzt 
einfach mal das es nicht drauf ankommt. Klar gibt es Ausnahmen, aber die 
lassen sich halt nicht so einfach auflisten. Wichtig ist halt immer eine 
gute Masseanbindung und eine saubere Speisung, dann hast Du schon mal 
50% der Probleme nicht die Du Dir sonst vielleicht einfängst

Gruss

Autor: Tim (Gast)
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Ich habe schon öfters nach Büchern zum EMV-gerechten Leiterplattendesign 
gesucht, jedoch nur ein Buch gefunden, das nicht mehr zu kaufen war und 
auch noch recht unseriös aussah...
Gibt es für diesen Bereich auch irgendeine "Bibel" wie z.B. der Tietze 
Schenk?
Grüße!

Autor: faraday (Gast)
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@ Guest (Gast)
stimme Dir vollkommen zu.

Für Anfänger reicht der Kabeligel oft vollkommen aus. Die arbeiten nicht 
gleich mit MHz. Also einigermaßen glatte Versorgung, jeder IC einen 
extra 100nF dicht daneben und dann läufts schon, bis auf o.g. Fälle.

Autor: Guest (Gast)
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@Tim

Schau mal bei Würth vorbei, die haben gute EMV-Unterlagen. Bieten glaube 
ich auch Kurse an. Ansonsten werden die Kurse die etwas taugen oft von 
Herstellern von CAD Systemen angeboten. Diese Kurse sind deshalb 
empfehlenswert weil es eben um die Praxis geht. War mal an einem rein 
theoretischen Kurs. Fazit: Nach ca. 1h nahm man die Maxwell Gleichungen 
unter die Lupe... Naja, ich denke es konnten die meisten keinen Bezug 
zur Praxis herstellen da viel zu theoretisch.
Ein weiteres Problem in der Praxis ist halt auch noch das man gewisse 
Randbedingungen hat. Der Stecker X muss halt eben genau an der Position 
Y sein und die getaktete Speisung sollte auch direkt daneben sitzen ect. 
Will damit nur sagen, dass man in der Praxis zuerst einmal die 
Randbedingungen klug wählen sollte, dann hat man schon sehr viel 
Probleme weniger.

Zum guten Schluss: Ich habe top Layouts gesehen die im EMV Test 
durchfielen und schreckliche Layouts die den Test bestanden haben. Zeigt 
wieder mal, dass sich für einen normalsterblichen eben nicht alles genau 
eruieren lässt

Greets

Autor: faraday (Gast)
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>eruieren
was soll das denn nun wieder heißen?

Autor: Philip (Gast)
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Eruieren:

"Das Verb eruieren (v. lat. eruere: ausfindig machen, ausgraben) 
bezeichnet heute in der gehobenen Umgangssprache als häufig verwendetes 
Fremdwort vielfältige Formen von Forschungen oder besser 
Nachforschungen. Es kann sich auf nahezu alle Arten von Feststellungen, 
Untersuchungen und Erhebungen in Wissenschaft und Alltag beziehen. 
Häufig werden auch Personen oder Sachverhalte im Rahmen 
kriminalistischer Ermittlungen eruiert.

Betrachtet man das Eruieren ausschließlich als Vorgang der 
Datengewinnung, folgt im Idealfall das Validieren – die Überprüfung der 
gewonnenen Erkenntnisse auf ihre Validität, um deren Verifikation 
sicherzustellen."

Quelle: Wikipedia

mfg

Autor: mui (Gast)
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...eruieren....immer schreibt ihr so'n Schweinkram ins Forum :-)

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Tim,

> Ich habe schon öfters nach Büchern zum EMV-gerechten Leiterplattendesign
> gesucht, jedoch nur ein Buch gefunden, das nicht mehr zu kaufen war und
> auch noch recht unseriös aussah...
> Gibt es für diesen Bereich auch irgendeine "Bibel" wie z.B. der Tietze
> Schenk?

ob's den Status eine Bibel hat, weiß ich nicht, aber gut ist es:
http://www.amazon.de/gp/product/0780353765


Gruß,
  Michael

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Michael,

> SMD ist schön und gut aber einem Anfänger würde ich immer die
> Beinchen-Variante empfehlen. Das ist doch um Längen einfacher für einen
> Anfänger als an den SMD-Geschichten (auch wenns nur ein Kondensator ist)
> rumzulöten. In mehr als 99% aller Anfängerschaltungen genügen
> "herkömmliche Kerkos" zur Entstörung.
da stimme ich zu. Wenn mit Beinchen, dann Keramikkondensatoren.

Gruß,
  Michael

Autor: Jens G. (jensig)
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@ Michael (Gast)

>SMD ist schön und gut aber einem Anfänger würde ich immer die
>Beinchen-Variante empfehlen. Das ist doch um Längen einfacher für einen
>Anfänger als an den SMD-Geschichten (auch wenns nur ein Kondensator ist)
>rumzulöten. In mehr als 99% aller Anfängerschaltungen genügen
>"herkömmliche Kerkos" zur Entstörung.

Würde ich nicht so sehen. Ich weis nicht, warum die Leute immer so viel 
Angst haben davor. Einer meiner Kumpels, der bis vor eins/zwei Jahren 
auch nur ausschließlich bedrahtete Teile verbaute, wurde mal durch sein 
gezwungen, auf SMD umzusteigen (weil er die Schaltung halt mal kleiner 
haben wollte). Nach anfänglichen Zweifeln ist er nun eher begeistert 
davon, weil einfach viel einfacher und schneller (keine Bohrungen, keine 
Beinchen biegen/schneiden, ...), und selbst 0806 ist kein Problem mehr 
für ihn ...
Also liebe Anfänger - fangt einfach an mit SMD - so schwer ist das gar 
nicht ...


@faraday (Gast)

>>eruieren
>was soll das denn nun wieder heißen?

mein Eindruck ist, daß dies wohl in der Schweiz recht häufig angewandt 
wird, in D wohl nicht so sehr

Autor: faraday (Gast)
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>Betrachtet man das Eruieren ausschließlich als Vorgang der
>Datengewinnung, folgt im Idealfall das Validieren – die Überprüfung der
>gewonnenen Erkenntnisse auf ihre Validität, um deren Verifikation
>sicherzustellen."

dem muß man nichts mehr hinzufügen.

viele verwenden ohne Sinn + Verstand diese Fremdworte und kein Mensch 
versteht noch, was gemeint ist. Klingt aber so schön wissenschaftlich...
Ausnahmen bestätigen die Regel.

Autor: Sinusgeek (Gast)
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> dem muß man nichts mehr hinzufügen.
>
> viele verwenden ohne Sinn + Verstand diese Fremdworte und kein Mensch
> versteht noch, was gemeint ist. Klingt aber so schön wissenschaftlich...
> Ausnahmen bestätigen die Regel.

Das unterscheidet aber den Fachmann vom Bastler. Mit Deinem Nick 
("Faraday") solltest Du das aber verstehen können.

So, ich kümmere mich jetzt wieder um meine SiNüsse...

;-)

Autor: Wolf (Gast)
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faraday sitzt als Gefangener im Käfig, soo gaanz alleine.

Autor: Björn (Gast)
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Hi,

also der 100nF kerko soll schon zwischen GND und VCC oder? Meint ihr ich 
sollte die beine einfach kürzen und ein bisschen abzwicken, dass sie so 
klein wie möglich sind?

Aber wie man so eine andere Platine herstellen kann und so weiss ich 
echt gar nicht... ich machs halt erstma so, und später bestimmt auch ma 
SMD! Aber hab erst wenig gebastelt bisher...

Autor: Sinusgeek (Gast)
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> also der 100nF kerko soll schon zwischen GND und VCC oder?

Der 100nF-Keramik-Kondensator soll so dicht wie möglich an die 
Versorgungsanschlüsse (also Vcc und GND) eines jeden Digital-ICs, OPVs 
usw. Er hat die Aufgabe, zusätzliche Energie (Strom) zu liefern, da 
diese ICs beim Umschalten (extrem kurzzeitig) sehr hohe Ströme ziehen.

> Meint ihr ich
> sollte die beine einfach kürzen und ein bisschen abzwicken, dass sie so
> klein wie möglich sind?

Wenn Du die abgezwickten Drähte anschließend mittels Draht verlängerst, 
dann ist das keine gute Idee. Sieh lieber zu, dass der C so dicht wie 
möglich an die IC-Beinchen kommt.

~

Autor: Peter (Gast)
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Hallo,
am Anfang brauchst du dir denke ich nicht so viel Kopf über die 
Leitungsführung machen. Schau halt das du die 100nF möglichst nahe an 
den VCC und GND Anschlüsse platzierst und das dein Quarz nahe am µC 
liegt. Wenn du das beachtest hast du schonmal viele Probleme weniger.
Gruß
Peter

Autor: Sinusgeek (Gast)
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Achja, bestell' Dir trotzdem bei der nächsten CSD-Bestellung einen 100er 
Streifen SMD-Kerkos in Größe 0805 für 2 Euro mit. Denn bei vielen neuen 
AVRs liegen die Stromversorgungsanschlüsse direkt nebeneinander, da 
passen die SMD-Kerkos direkt an die Anschlüsse auf die Lötseite, auch 
bei Punktraster oder Streifenraster.

~

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