Moin,
zu dem Thema wurden schon viele Fragen gestellt, aber eine genaue
Antwort auf meine habe ich nicht gefunden.
Wie ist das beste Vorgehen für den Entwurf zweilagiger Platinen
bezüglich der Verteilung der Stromversorgungsleitungen?
Ich kenne die Regeln
1. Masse zuerst, dann Versorgungsspannung (oder beides zusammen) und
dann den Rest.
2. Eine Vorzugsrichtung in jeder Lage einhalten.
Wie verbindet man diese Regeln jetzt miteinander bei einer (einzigen)
Versorgungsspannung?
1. Masse und Versorgung unter Berücksichtigung der Vorzugsrichtung über
beide Lagen routen, danach den Rest genauso.
2. Masse auf die eine Lage, Versorgung auf die andere und den Rest
möglichst unter Berücksichtigung der Vorzugsrichtung auf den beiden
Lagen verteilen.
3. Masse und Versorgung auf eine Lage, den Rest auf der anderen routen
mit ausweichen auf die Versorgungsfläche, wenn nötig.
Welches Vorgehen ist das Beste. Allgemein geht es grundsätzlich um das
Layout, im Speziellen um Mikrocontrollerschaltungen ohne empfindlichen
Analogteil.
Eine genaue Antwort kann ich da auch nicht geben, hier nur meine
Gedanken dazu:
Beachte die Vorzugsrichtung nicht nur für die Hinleitung des Stroms zur
Senke, sondern denke auch an die Rückleitung. Hin- und Rückleitung
sollten nebeneinander auf einer, oder direkt übereinander auf zwei Lagen
geführt sein.
Punkt 2 deiner zweiten Auflistung scheint das so zu meinen.
Edit: nebeneinander natürlich auf einer Lage
Dussel schrieb:> 1. Masse zuerst, dann Versorgungsspannung (oder beides zusammen) und> dann den Rest.
Diese Regel ist Unsinn, weil man oft viel mehr Signale zu verlegen
hat als Versorgungsleitungen. Man kann aber tricksen, wenn man die
Versorgung erst mal wie ein paar Signale behandelt und dafür auch den
Platz reserviert. Ist wie bei einer Klausur. Man löst erst mal die
leichten Aufgaben und macht später die komplexeren.
> 2. Eine Vorzugsrichtung in jeder Lage einhalten.
Bei hoher Entflechtungsdichte, wenn einem das Ergebnis noch
nicht so vor schwebt. Viel hängt auch von einer geschickten
Platzierung der Bauteile ab. Zeichnet es sich ab, dass alle
Verbindungen verlegt werden können, kann man die Vorzugsrichtung
relativieren um VIAs zu sparen.
Dussel schrieb:> Welches Vorgehen ist das Beste. Allgemein geht es grundsätzlich um das> Layout, im Speziellen um Mikrocontrollerschaltungen ohne empfindlichen> Analogteil.
Wenn du dich nicht an die Hersteller-App hältst, wird auch der
Digitalteil nicht zuverlässig funktionieren. Am besten du stellst
dein Layout hier vor, dann kann man dir wertvolle Praxistipps geben
und das ist besser als jedes Lehrbuch, dass nicht jeden Individualfall
betrachten kann.
Inkognito schrieb:> Diese Regel ist Unsinn, weil man oft viel mehr Signale zu verlegen> hat als Versorgungsleitungen.
Nur ein gut versorgter Baustein kann später mal seine Signale richtig
ansteuern und auswerten. Was hilft es, wenn zwar alle Signale
angeschlossen werden konnten, dann aber die Versorgung dermaßen wacklig
dasteht, dass jeden Tag 2-3 mal ein eigenartiger Fehler passiert.
Nach wie vor: zuerst ein ordentliches Versorgungskonzept. Und wenns dann
stellenweise eng wird, kann man ja mal ein wenig vom Optimum abrücken.
Oder mit dem Viaduchmesser und der Leiterbahnbreite an die Technikgrenze
runter gehen. Und wenns dann tatsächlich nicht auf 2 Lagen passt: 4
Lagen nehmen. Das kostet nicht so viel mehr wie die Fehlersuche in einem
instabilen Design...
Inkognito schrieb:> Ist wie bei einer Klausur. Man löst erst mal die> leichten Aufgaben und macht später die komplexeren.
Nur dummerweise sind anders als bei einer Klausur diese Aufgaben nicht
entkoppelt: sie müssen sich die selbe Leiterplatte teilen.
Daher ist schon wichtig, zuerst zumindest das GND-Konzept ordentlich zu
"bearbeiten", z.B. Trennung analog/digital, Trennung Signal/Leistung,
Ableitwege für Störeinkopplungen.
Das sollte man nicht am Schluss in das fast fertige Layout
"hineinbasteln".
Gruß Dietrich
Dussel schrieb:> 1. Masse und Versorgung unter Berücksichtigung der Vorzugsrichtung über> beide Lagen routen, danach den Rest genauso.
Im Prinzip so, das ergibt die grösstmögliche Packungsdichte.
Wenn 2. und 3. an einzelnen Stellen möglich sind, kann man das auch so
tun weil es Durchkontaktierungen spart und daher eine bessere Versorgung
liefert, aber wenn mnan sich durch 2. oder 3. es verbaut die Platine
hinzubekommen, nützt die bessere Versorgung nichts.
Wichtig ist, nicht so zu routen wie man es früher gemacht hat:
1
+5V ------------+----------+----------+
2
| | |
3
o o-+ o o-+ o o-+
4
o o | o o | o o |
5
o o | o o | o o |
6
+-o o | +-o o | +-o o |
7
| | | | | |
8
| o o-+ | o o-+ | o o-+
9
| o o | | o o | | o o |
10
| o o | | o o | | o o |
11
+-o o | +-o o | +-o o |
12
| | | | | |
13
| o o-+ | o o-+ | o o-+
14
| o o | o o | o o
15
| o o | o o | o o
16
+-o o +-o o +-o o
17
| | |
18
GND ---+----------+----------+
sondern so
1
o o o o o o o o o o o o
2
+---+----------+----------+
3
| +-------+----------+----------+
4
| | o o o o o o o o o o o o
5
| |
6
| | o o o o o o o o o o o o
7
GND --+-(-+----------+----------+
8
+5V ----+-------+----------+----------+
9
| | o o o o o o o o o o o o
10
| |
11
| | o o o o o o o o o o o o
12
+-(-+----------+----------+
13
+-------+----------+----------+
14
o o o o o o o o o o o o
weil die vom Stromkreis eingechlossene Fläche viel
kleiner ist und die Stützkondenstaoren sich besser
montieren lassen.
Inkognito schrieb:> Ist wie bei einer Klausur. Man löst erst mal die> leichten Aufgaben und macht später die komplexeren.
Das ist nicht nur Feigheit vor dem Feind, das funktioniert auch nicht.
Die kritischen Teile kommen immer zuerst dran, es nützt ja überhaupt
nichts, wenn man alles einfache geroutet hat und dann schwierige Routen
nicht mehr unterbringt, bzw. die einfachen erstmal alle wieder verlegen
muss.
Im Gegensatz zu einer Klausur geht es auch nicht um die Anzahl von
Punkten für einzelne Teile der Aufgabe, sondern es gilt ganz oder
garnicht. Dem Kunden ist es herzlich egal, ob du 60 oder 80% routen
konntest, nur ein komplett fertiges Layout zählt.
VCC und GND haben auch elektrisch immer Vorrang. Man muss sie nicht
unbedingt zuerst routen, es genügt auch, wenn man sich die Wege dafür
freihält, aber dazu muss man halt das Layout im wesentlichen im Kopf
haben. Kann man das ist das sehr effektiv (ist überhaupt von Vorteil).
Georg
Georg schrieb:> nur ein komplett fertiges Layout zählt.
Und eine fertig bearbeitete Klausur nicht? Beides ist das Ziel.
Georg schrieb:> wenn man sich die Wege dafür> freihält
Im Prinzip hab ich ja nichts anderes geschrieben.
MaWin schrieb:> Im Prinzip so, das ergibt die grösstmögliche Packungsdichte.
Das Zeitalter der IC-Gräber ist aber glücklicherweise vorbei,
da das immer seltener wird.
Zuerst mal, wie immer, natürlich vielen Dank für die Antworten.
Meister E. schrieb:> Beachte die Vorzugsrichtung nicht nur für die Hinleitung des Stroms zur> Senke, sondern denke auch an die Rückleitung.
Danke, daran habe ich gar nicht gedacht.
Inkognito schrieb:> Ist wie bei einer Klausur. Man löst erst mal die> leichten Aufgaben und macht später die komplexeren.
Hmm… Masse- und Versorgungsleitungen sind doch wohl eher Name und
Matrikelnummer. Wenn man am Ende feststellt, dass man das vergessen hat
oder man dafür keinen Platz mehr hat, wäre das doch wohl eher ungünstig.
Inkognito schrieb:> Zeichnet es sich ab, dass alle Verbindungen verlegt werden> können, kann man die Vorzugsrichtung relativieren um VIAs zu> sparen.
Es geht erstmal um den groben Entwurf. Verbesserungen kommen dann zum
Schluss.
Inkognito schrieb:> Am besten du stellst dein Layout hier vor
Das Layout gibt es noch nicht. In der Elektronik ist das Routen meine
ungeliebteste Aufgabe, deshalb frage ich nach dem besten Vorgehen, bevor
ich anfange. Das ist meiner Meinung nach besser, als dass ich mir großem
Aufwand ein Layout mache und am Ende heißt es 'Schlecht. Mach nochmal
neu nach anderen Grundsätzen'. :-)
Lothar M. schrieb:> 4 Lagen nehmen. Das kostet nicht so viel mehr wie die> Fehlersuche in einem instabilen Design...
Das Projekt, um das es aktuell geht, ist ein Hobbyprojekt. Zumindest die
Arbeitszeit für die Fehlersuche kostet also nichts. Eine vierlagige
Platine kostet dagegen ein Drittel und eine kostenpflichtige
Eagleversion mehr ;-)
KiCAD kenne ich, aber darauf habe ich im Moment keine Lust :-) Die
Platine sollte zweilagig locker machbar sein.
MaWin schrieb:> Dussel schrieb:>> 1. Masse und Versorgung unter Berücksichtigung der Vorzugsrichtung über>> beide Lagen routen, danach den Rest genauso.>> Im Prinzip so, das ergibt die grösstmögliche Packungsdichte.
Das heißt, Vias in den Versorgungsleitungen sind nicht so kritisch?
Inkognito schrieb:> Georg schrieb:>> wenn man sich die Wege dafür>> freihält>> Im Prinzip hab ich ja nichts anderes geschrieben.
Bei mir besteht da die Gefahr, dass ich das dann doch vergesse und den
Platz mit anderen Bahnen belege. Deshalb route ich lieber erstmal, so
dass ich sehe, dass der Platz besetzt ist. Einzelne Stellen kann man
später immer noch etwas umrouten.
MaWin schrieb:> Wichtig ist, nicht so zu routen wie man es früher gemacht hat:
Das ist aber m.M.n. schon so ein wackliger Fall, mit dieser Kamm-Technik
von früher.
Viel, viel wichtiger [...] als das Routen ist das Platzieren der
Bauteile.
Es kann zum Beispiel völlig legitim sein, einen Haufen Bausteine mit so
einem GND/VCC-Kamm zu versorgen, wenn man an die Entkoppelung denkt
(Abblock-Kondensatoren, Stromaufnahme der Baustein...), denn dann fließt
da im Idealfall nur noch ein bisschen berippelter Gleichstrom durch den
Kamm.
Ist jetzt halt so ein Extrembeispiel.
Aber trotzdem halte ich die Platzierung für (ge)wichtiger. Aus einer
vernünftig aufgeräumten Platzierung ergibt sich oft auch schon ein
"gutes" Layout. Klingt zwar blöd, aber hier gilt oft wirklich: Was schön
aussieht, funktioniert auch gut.
Zu den oben geposteten Schemata wie man GND und Power verteilen kann:
Man kann auch ein "Grid" mit beiden Signalen machen und hat immer noch
Platz, nahezu beliebig viele Signale nach Vorzugsrichtung durchzurouten.
o o o o o o o o o o o o
+---+-------+---+-------+---+
| +-------+-)-+-------+-)-+-------+
| | o o o o | | o o o o | | o o o o
| | | | | |
| | o o o o | | o o o o | | o o o o
GND --+-(-+-------+-)-+-------+-)-+
+5V ----+-------+-)-+-------+-|-+-------+
| | o o o o | | o o o o | | o o o o
| | | | | |
| | o o o o | | o o o o | | o o o o
+-(-+-------+-)-+-------+-)-+
+-------+---+-------+---+-------+
o o o o o o o o o o o o
Ich persönlich mach das nicht so, ich hab nie so viele ICs dass sich so
ein regelmäßiges Muster anbietet. Ich versuche immer nur, die Löcher
bzw. Unterbrechungen in beiden Signalen so klein wie möglich zu machen.
GND ist mir dabei geringfügig wichtiger, VCC stütze immer nahe am IC
gegen GND ab.
Inkognito schrieb:> Und eine fertig bearbeitete Klausur nicht? Beides ist das Ziel.
Für eine Klausur kannst du 70 von 100 Punkten kriegen, das ist u.U.
nicht mal schlecht. Für ein ungelöstes Layout kriegst du garnichts,
jedenfalls nicht als Zulieferer. Als Zeichenknecht in der Firma ist das
was anderes, aber da hat dein Chef von was unfertigem auch überhaupt
nichts, und er wird dich kaum dafür belobigen, dass du das Layout zu 70%
geroutet hast. Nicht mal für 98%.
Georg
Dussel schrieb:> In der Elektronik ist das Routen meine> ungeliebteste Aufgabe,
schade eigentlich. Ich finde das entspannend.
Und es macht auch Spass, wenn aus dem Ratsnest nach und nach ein schönes
Layout wird.
bei der Arbeit schrieb:> Man kann auch ein "Grid" mit beiden Signalen machen
NEIN, das gibt 4 Loopantennen, besonders gut geeignet um EMV Störungen
auszusenden oder einzufangen.
Dussel schrieb:> Das heißt, Vias in den Versorgungsleitungen sind nicht so kritisch?
Nicht sooo schlimm. Natürlich schadet es auch nichts, sie zu vermeiden,
wo es einfach möglich ist. Aber schlimmer ist es, mit der Masseleitung
einmal um die Leiterplatte zu gehen, weil man anders nicht mehr
hinkommt.
Ein VIA hat ca. 1mOhm und leitet 1A.
Nase schrieb:> Es kann zum Beispiel völlig legitim sein, einen Haufen Bausteine mit so> einem GND/VCC-Kamm zu versorgen, wenn man an die Entkoppelung denkt> (Abblock-Kondensatoren, Stromaufnahme der Baustein...), denn dann fließt> da im Idealfall nur noch ein bisschen berippelter Gleichstrom durch den> Kamm.
Alles, was irgendwie funktioniert und ELV einhält, ist legitim, aber
glasklar ist, daß der Kamm erheblich mehr Störungen aussendet und
einfängt, als die Parallelführung.
MaWin schrieb:> Ein VIA hat ca. 1mOhm und leitet 1A.
Wie kommst du denn auf die Faustformel? Ohne Angabe von Lochdurchmesser
und Schichtstärke ist so eine Definition einfach nicht Aussagekräftig.
MaWin schrieb:> Alles, was irgendwie funktioniert und ELV einhält, ist legitim, aber> glasklar ist, daß der Kamm erheblich mehr Störungen aussendet und> einfängt, als die Parallelführung.
ELV ist ein Fachzeitschrift. Du meinst sicher EMV (Elektromagnetische
Verträglichkeit).
MaWin schrieb:> NEIN, das gibt 4 Loopantennen, besonders gut geeignet um EMV Störungen> auszusenden oder einzufangen.
Für mich sind das sogar 8 Loops(4 x VSS und 4 x GND). Aber recht hast
du.
Tilo R. schrieb:> Dussel schrieb:>> In der Elektronik ist das Routen meine>> ungeliebteste Aufgabe,>> schade eigentlich. Ich finde das entspannend.> Und es macht auch Spass, wenn aus dem Ratsnest nach und nach ein schönes> Layout wird.
Und man dann am Ende eine Luftlinie hat, die fünf Leiterbahnen
überschneidet und irgendwo endet, wo kein Platz für ein Via oder eine
Brücke ist…
Ich bin wahrscheinlich auch zu perfektionistisch dafür. Dadurch dauert
es ewig und macht keinen Spaß mehr :-/
MaWin schrieb:> Dussel schrieb:>> Das heißt, Vias in den Versorgungsleitungen sind nicht so kritisch?>> Nicht sooo schlimm. Natürlich schadet es auch nichts, sie zu vermeiden,> wo es einfach möglich ist. Aber schlimmer ist es, mit der Masseleitung> einmal um die Leiterplatte zu gehen, weil man anders nicht mehr> hinkommt.
Gut. Bei meinen bisherigen einseitigen Platinen habe ich die zweite Lage
immer für Drahtbrücken missbraucht, deshalb hatte ich eine Viaphobie bei
Versorgungsleitungen.
MaWin schrieb:> Alles, was irgendwie funktioniert und ELV einhält
Bei ELV wollte ich auch noch bestellen. ;-)
Mal so zwischendurch: Atmel hat es wohl nicht so mit der Platzierung der
Pins. Beim ATmega8 in DIP die gegenüberliegenden Versorgungspins, so
dass sich die Leiterbahnen unter dem Chip kreuzen müssten und beim
ATmega48 in TQFP zwischen den Oszillatorpins und den Massepin noch ein
VCC-Pin, der schön die saubere Rückführung der Masse stört…
MaWin schrieb:> glasklar ist, daß der Kamm erheblich mehr Störungen aussendet und> einfängt, als die Parallelführung.
So glasklar ist das garnicht, und es ist vorallem relativ.
Wenn der Kram vernünftig aufgestellt ist, dann liegt der
Wechselstromanteil möglicherweise schnell in der Größenordnung der
Signale selbst. Dann bekommt der Kamm schnell philosophische Züge.
Natürlich hat der Kamm mehr Störpotential, ist ja prinzipbedingt schon
so. Aber im Verhältnis zu den Anforderungen und dem Rest der Schaltung
betrachtet kann "mehr als Parallelführung" auch schonmal
vernachlässigbar wenig sein.
Dussel schrieb:> Gut. Bei meinen bisherigen einseitigen Platinen habe ich die zweite Lage> immer für Drahtbrücken missbraucht, deshalb hatte ich eine Viaphobie bei> Versorgungsleitungen.
Wo ist dein Problem?
Mach es irgendwie und du wirst sehen, das es geht.
