Forum: Platinen Ratschläge zum Layout


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von emc2 (Gast)


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Hallo zusammen,

ich arbeite gerade an meinem ersten größeren Platinendesign und wollte 
das gerne hier einmal zeigen und mir ggf. ein paar Ratschläge einholen.

Das ganze ist eine kleine Steuerung, auf der linken Seite sitzen nur 
große beleuchtete Taster, rechts oben vier 7 Segment Anzeigen, dahinter 
ein MAX7219 als Controller, ein Drehencoder und unten rechts ein AVR 
samt Anschlüssen zur Außenwelt.

Konkret habe ich zwei Fragepunkte:

1. bin ich mir nicht sicher, ob die Masseflächen so gut sind. Ich habe 
sehr viel kontroverses über die Verbindung der Masseflächen über 
Durchkontaktierungen gelesen und jetzt ersteinmal keine GND Vias 
eingefügt. Sollte ich das tun? Oder nur auf einer Seite eine 
Massefläche?

2. möchte ich bei AISLER fertigen lassen. Deren DRC Vorgaben liefern mir 
gerade noch viele Fehlermeldungen vom Typ "Stop Mask". An einigen 
Stellen liegt das wohl am Bestückungsdruck der noch auf blankem Kupfer 
zu liegen kommt, an anderen Stellen verstehe ich das Problem aber nicht. 
Vor allem moniert er viele SMD Pads.

Ich wundere mich aber vor allem, dass die Stopmaske bei den 
Montagelöchern im Board größer ist, als in der entsprechenden 
Bibliothek. Woran kann das liegen? Und wie bekomme ich die Stopmasken 
der Vias weg? Ich hätte die gerne ganz bedeckt.

Über eine Einschätzung von euch erfahreneren würde ich mich sehr freuen!

Vielen Dank!

von Christian M. (Gast)


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Wenn Du's noch als Bild rauflädst, schauen es sich die Leute auch an!

Gruss Chregu

von emc2 (Gast)


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Das stimmt wohl. Hier im Anhang.
Ich fürchte allerdings, das von mir erwähnte Stop Mask Problem ist nur 
in EAGLE direkt nachvollziehbar.

von Marc H. (marchorby)


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Du musst schon beides posten! Sch und Brd

von Eagle_Layouter (Gast)


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Ich würde die Wires und Vias etwas größer bzw. breiter machen.
Mit 0.15 mm sind diese sehr schmal in der Breite.

Bei soviel Platz auf Platine, sollte eine andere Breite (> 0,15 mm) drin 
sein.

von emc2 (Gast)


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Anbei der Schaltplan.

Hmm, platz habe ich, aber an einigen Stellen muss ich eben mit 0.15mm 
zwischen den IC Beinchen hindurch und da der Hersteller das problemlos 
fertig kann und ich noch im Rahmen der Strombelastbarkeit bin, dachte 
ich, könnte ich das einfach konsequent durchziehen (nur die 5V zum 
MAX7219 sind dicker, da da etwas mehr Strom fließt).

Was habe ich denn dadurch für Nachteile/Probleme?

von Wolfgang (Gast)


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emc2 schrieb:
> Deren DRC Vorgaben liefern mir
> gerade noch viele Fehlermeldungen vom Typ "Stop Mask".

Ohne die DRC Vorgaben zu kennen, wird dir keiner sagen können, woran das 
liegt. Am einfachsten wäre es, wenn du den DCR-File hier hochlädst.

Ohne die Schaltung und damit die Signale auf den Leitungen zu kennen, 
ist es sehr mühselig, über angemessenes Layout zu diskutieren.

Nicht jeder hat Lust, aus deinem Layout und dem kurzen Prosaabriss zur 
Schaltungsstruktur die Details abzuleiten - auch wenn das prinzipiell 
natürlich kein Problem wäre, aber du möchtest doch die Tips.

von emc2 (Gast)


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Also gut, hier noch mal alles zusammen im Anhang. Ist das so 
nachvollziehbar? Danke für die Mühen!

von Flieger (Gast)


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emc2 schrieb:
> 1. bin ich mir nicht sicher, ob die Masseflächen so gut sind. Ich habe
> sehr viel kontroverses über die Verbindung der Masseflächen über
> Durchkontaktierungen gelesen und jetzt ersteinmal keine GND Vias
> eingefügt. Sollte ich das tun? Oder nur auf einer Seite eine
> Massefläche?

Zeichne dir ein wo der Strom lang fließt.

von Wolfgang (Gast)


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emc2 schrieb:
> Also gut, hier noch mal alles zusammen im Anhang.

Schade, da hat der neue Besitzer von CADsoft wohl ein 
Alleinstellungsmerkmal in die Software eingebaut - EAGLE 6.6 kann den 
Schaltplan leider überhaupt nicht mehr lesen.

emc2 schrieb:
> Hmm, platz habe ich, aber an einigen Stellen muss ich eben mit 0.15mm
> zwischen den IC Beinchen hindurch

Wo? IMHO hast du dir einige Problem hausgemacht. Du hast sooh viel Platz 
auf der Platine und trotzdem quetscht du die Leiterbahnen derart 
zusammen.

Bei dem Display verbaust du dir die Möglichkeit, auf der Unterseite nach 
unten zu gehen, indem du dort, wo du durch musst, mit einer horizontalen 
Verbindung alles blockierst. Das lässt sich ganz einfach umgehen und 
schon bist die die Engstelle los. Auch für die Zuführung der 
Versorgungsspannung unter den Prozessor gibt es keinen Grund so eng zu 
werden. Im Top Layer ist fast alles frei. Da musst du dich nicht durch 
die Ecke zwängen.

Bei den Vias kommt mir die im DRU eingetragene Restringbreite von 0.05mm 
sehr knapp vor. Üblich sind eher 0.2 oder 0.3mm

Die Stopmaskenfehler kannst du IMHO ignorieren (tStop und tBottom für 
DRC ausschalten)

von Wolfgang (Gast)


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Hier noch so eine Stelle in der unteren Reihe der Hexanzeige, wo du dich 
unnötigerweise zwischen den Pads durchfummelst.

Wenn du alles etwas hochschiebst, kannst du das Via etwas nach rechts 
verlagern und ganz entspannt eine Verbindung routen.

Warum legst du dort die Leiterbahnen so dich an die Pads. Um die 
Prozessparameter zu testen? Das schafft unnötige Risikostellen im Layout 
(Säurenester), wo gar der E-Test seine Existensberechtigung unter Beweis 
stellen kann - absolut unnötig.

von Wolfgang (Gast)


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uups ...

von emc2 (Gast)


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Danke für die ausführlichen Hinweise! Ja, das leuchtet natürlich ein, 
ich werde das noch mal in Ruhe überarbeiten am Wochenende.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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emc2 schrieb:
> ich werde das noch mal in Ruhe überarbeiten am Wochenende.
Und flute die Masse nicht so unnötig dicht an die Signale ran. Und mach 
noch einige Durchkontaktierungen von der "oberen Masse" zur "unteren 
Masse". Sonst hast du das letztlich zwei Massen, die nichts voneinander 
wissen...

Ich würde bei den paar wenigen Leitungen überhaupt nicht fluten, sondern 
einfach die 40 Signale und die Vorsorgung direkt verlegen.

Es ist übrigens nicht ratsam, alle Signale unnötigerweise so dicht 
wie irgend möglich aneinander zu führen. Stichwort dazu: Übersprechen.

Und zur Versorgung gehört die Masse und die Vcc (oder wie auch immer 
die heißt). Wenn du nur die Masse so fett machst und die eigentliche 
Versorgung als hauchfeines Drähtchen durch die Schaltung ziehst, dann 
kann es durchaus sein, dass der "letzte" Verbraucher ein Volt weniger 
sieht...

Man muss auch nicht unbedingt die Untergrenzen der Fertigungstechnik 
ausnutzen. Mach die Signale ruhig deutlich breiter. Du bist froh, wenn 
du da beim Prototypen einen Fädeldraht anlöten musst.

: Bearbeitet durch Moderator
von Cyborg (Gast)


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Und was soll die Masseflächefluterei?

von emc2 (Gast)


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Verstehe. Ich hatte alle Massen zunächst direkt verlegt und danach das 
Polygon drübergezogen. Also besser gar keine Massefläche?

von Cyborg (Gast)


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emc2 schrieb:
> Also besser gar keine Massefläche?

Wenn es technisch nicht nötig tut? Ist mehr nur ne Mode.
Nur weil die CAD-Software die Möglichkeit bietet, muss man nicht
jeder Möhre hinterher rennen. Die Schaltung ist weder HF- noch
High-Speed-Design. Wenn ein EMV-Problem auftritt, kann man sich
bzgl. Massefläche immer noch Gedanken machen.
Wenn große Ströme über die Leiterplatte geleitet werden, kann man
die Belastbarkeit relativ leicht berechnen.

von emc2 (Gast)


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Soo, ich habe noch mal alles überarbeitet. Leiterbahnbreite ist jetzt 
konstant 0.254mm und ich habe dieses Maß auch als minimalen Abstand 
versucht einzuhalten. Ich habe die neue Version noch mal im Anhang.

Einzig die von Dir, Wolfgang angemerkte Versorgungsleitung zwischen den 
beiden rechten Displays habe ich noch nicht verändert. Ich könnte diese 
auch ganz rechts am Display vorbeiführen, dann muss ich zwischen gar 
keinen Pads durch, aber meine Platine wird wohl 2mm breiter. Meint ihr 
das wäre besser?

Ansonsten habe ich jetzt gar keine Masseflächen generiert. Ist das hier 
wirklich die bessere Lösung?

von Helmut L. (helmi1)


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Cyborg schrieb:
> Wenn ein EMV-Problem auftritt, kann man sich
> bzgl. Massefläche immer noch Gedanken machen.

Ach, dann macht man die Masseflaeche nachtraeglich noch rein?

von Wolfgang (Gast)


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emc2 schrieb:
> ..., aber meine Platine wird wohl 2mm breiter.

Warum?
Ist nicht auf Schönheit getrimmt, aber der Strom wird den Weg finden ;-)

von emc2 (Gast)


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ok, ich hab immer Hemmungen, so viel oben und unten zu "weben", aber das 
ist vermutlich völlig unberechtigt.

von Wolfgang (Gast)


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Bei rechter Betrachtung sind die drei "Oberleitungen" rechts vom Display 
auch nicht nötig.

von neuer PIC Freund (Gast)


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Hallo.

Als erstes würde ich mir so einen Schalter mal auf den Tisch legen und 
schauen wie viel mA der braucht, um gegen das Tageslicht anzukommen. 
Andernfalls von vorherein Worst Case 30mA annehmen. Bei einem kurz 
gegoogelten Schalter habe ich einen Vorwärtsstrom von 20mA gesehen. 
Angenommen alle 16 Schalter leuchten mit einer LED, so kommen 320mA 
zusammen. In grün fallen dann ca. 2V an den LED ab und der MAX7219 muss 
3V * 0.32A verheizen. Das allein macht ca. 1W auf dem MAX. Könnte mir 
vorstellen, das dieser dann kocht. Insofern fällt damit evtl. die 
Möglichkeit aus, alle LED anzusteuern. Und die Everlight kommen auch 
noch mal mit 20mA pro LED daher.

Von da her würde ich anstatt eines einzigen teuren Treibers einfach 
mehrere günstige auf dem Board unterbringen. Im schlanken TSSOP zwischen 
den Schaltern fliegen die ellenlangen Leitungen raus. Dann kannst du 
alle LED auf top layouten und bottom wird GND.

Vielleicht wären auch ein paar Bulk-Kondensatoren recht knorke.

Energiesparen steht heutzutage recht hoch im Kurs. Weil es neben 
Hühnerfutter nur 2 Pins des uC kostet, würde ich, auch um die Treiber zu 
entlasten, einen Buck für die Beleuchtung spendieren.

von emc2 (Gast)


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Also, bei den Schaltern handelt es sich um die NKK KP01 Serie 
(http://www.nkkswitches.com/pdf/kp01.pdf), ich habe die Rot/Grün Bicolor 
Version, die mit einem typischen Vorwärtsstrom von 15mA für Rot und 5mA 
für Grün angegeben sind.

Der MAX7219 ist im Datenblatt mit einem Typical Operating Supply Current 
von 330mA bei 40mA pro Segment angegeben, also gehe ich davon aus, dass 
man ihn ohne Probleme in diesem Bereich betreiben kann. In Tabelle 11 
des Datenblatts sind auch explizit R_set Werte für einen Segmentstrom 
bis 40mA angegeben.

Die Everlights haben laut Datenblatt typischerweise 25mA

Nun habe ich die Schaltung im Prinzip komplett auf meinem Steckbrett 
aufgebaut. Die Displays leuchten allesamt Taghell. Nur alle schalter 
habe ich nicht dran, da ich diese teuren Dinger nicht auf 
Steckbrettadapter löten mag.

In meiner Anwendung werden wohl nie alle gleichzeitig leuchten, aber 
ausschließen sollte das Design das natürlich auch nicht.

Nun hab ich aber tatsächlich eine Frage dazu:

Mir war aufgefallen, dass ein testweise angeschlossener Taster nicht so 
hell ist, wie direkt mit 5V betrieben, trotz dass der MAX7219 einen 
R_set hatte, der laut Datenblatt 20mA hergeben sollte. Alle LEDs bewegen 
sich im Bereich von Vorwärtsspannungen von 2-3V, also habe ich mit einem 
R_set von 25k angefangen. Nun bin ich mittlerweile schon bei einem R_set 
von 11k angelangt, messe über der roten Schalter LED aber trotzdem nur 
4,5mA und über der grünen knapp 2mA.

Woran kann das liegen?

von neuer PIC Freund (Gast)


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Am Multiplexing. 500mA / 64 LED = 7.8 mA pro LED.

von emc2 (Gast)


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500mA ist der maximale Senkenstrom eines der Digit Pins. Durch das 
Multiplexing leuchten ja aber immer nur 8 LEDs gleichzeitig. Da verstehe 
ich Deine Rechnung ehrlichgesagt nicht ganz.

von Cyborg (Gast)


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emc2 schrieb:
> Die Displays leuchten allesamt Taghell.

Mir schwant schlimmes. Solche Aussagen hatten wir vor kurzem
in einem Thread wo die Display wohl das Zeitliche gesegnet haben.

von emc2 (Gast)


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D.h.?

Also ich messe gerade für einen Displaybaustein, der voll an ist knapp 
30mA. Das macht weniger als 4mA pro Segment, sollte also locker 
innerhalb der Spezifikation sein.

von Gustl B. (-gb-)


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So, hab mal alle Wires entfernt und neu gelayoutet. Stecker und Displays 
und so habe ich nicht verschoben, den uC, R und Cs teilweise schon.

Tja ob es besser ist weiß ich nicht, gespart habe ich 8 Vias und die 
minimale Leiterbahnbreite ist 0,014 Inch (0,3556 mm).

von emc2 (Gast)


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Wow! Darf ich fragen, wie lange Du für das Layout ungefähr gebraucht 
hast? Ich guck mir das morgen mal in Ruhe an.

Du würdest das auch so ohne Masseflächen fertigen?

von Gustl B. (-gb-)


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Hm, gute Frage, bisher habe ich immer geflutet und sehr viele Vias 
verstreut. Hat immer funktioniert. Also ob Fluten Nachteile hat solange 
man kein HF macht weiß ich nicht, ich tendiere zu nein. Allerdings bin 
ich Anfänger der jetzt erst seit 1,5 Jahren Platinen bastelt.
Gebraucht habe ich so 5 Stunden mit Unterbrechungen. Man könnte auch 
noch Dinge optimieren, z. B. mehr Masseverbindungen machen, habe aber 
keine Ahnung was wie wichtig ist.

Aber ich muss auch sagen ich hatte anfangs geglaubt dass da mehr 
optimiert werden kann. Sprich hast Du schon recht gut gemacht aus meiner 
Sicht. Das Schwierige ist eigentlich verschiedene Dinge zu priorisieren. 
Selber erstmal zu bewerten was wie wichtig ist und das dann auch so zu 
bauen. Hier habe ich z. B. im Clock Signal keine Vias drinnen. Ob das 
wichtig ist weiß ich nicht, hier vermutlich nicht.

Aber egal, war ein netter Zeitvertreib und wenn es hier noch Kritik dazu 
gibt dann war das sogar lehrreich.

Oh und nochwas (nicht für diesen Thread aber so allgemein):
Ich fände mal einen Layoutvergleich cool, also Vorgabe ist eine 
Schaltung (die möglichst viele unterschiedliche Dinge abdeckt), 
Abmessungen und ein paar feste Positionen von Bauteilen, und dann 
layouten mal verschiedene Leute, auch Profis und am Ende wird verglichen 
und Jeder darf begründen wieso er was wie gemacht hat. Das wäre bestimmt 
sehr lehrreich.

: Bearbeitet durch User
von Georg (Gast)


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Gustl B. schrieb:
> dann
> layouten mal verschiedene Leute, auch Profis und am Ende wird verglichen
> und Jeder darf begründen wieso er was wie gemacht hat. Das wäre bestimmt
> sehr lehrreich.

Das ist echte Arbeit. Wer soll so verrückt sein? Wahrscheinlich 
beteiligen sich nur Angeber.

Ist meine persönliche Meinung, ich würde jedenfalls nicht 10 oder 20 
Stunden Arbeit aufwenden nur um hier im Forum zu sagen, kuckt mal was 
für ein tolles Layout. Ausserdem würde auch das genialste Layout nur 
gnadenlos niedergemacht.

Sowieso ergeben sich Unterschiede erst bei Layouts am Rande des 
Machbaren, etwa ab 8 Lagen und 500 Bauteilen auf zu kleinen Platinen.

Aber wenns Spass macht... Wer definiert eine ausreichend anspruchsvolle 
Aufgabe? Das ist auch Arbeit. Eine Steckerleiste, 2 Taster und 5 LEDs 
ist witzlos.

Georg

von Wolfgang (Gast)


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Gustl B. schrieb:
> ... den uC, R und Cs teilweise schon

Den µC mit dem Hühnerfutter drumrum könntest du noch um 45° gegen den 
Uhrzeigersinn drehen. Dann kommst du von den oberen und rechten Pins 
besser weg.

von Gustl B. (-gb-)


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Oh ... sehr gute Idee, bin ich nicht drauf gekommen.

Georg schrieb:
> Das ist echte Arbeit. Wer soll so verrückt sein? Wahrscheinlich
> beteiligen sich nur Angeber.

Vielleicht auch Leute die was lernen wollen?

Georg schrieb:
> Ausserdem würde auch das genialste Layout nur
> gnadenlos niedergemacht.

Naja, Kritik ist doch OK wenn sie begründet ist?

Georg schrieb:
> Sowieso ergeben sich Unterschiede erst bei Layouts am Rande des
> Machbaren,

Das glaube ich nicht. Ich vermute selbst bei einfachen Layouts würden 
Profis das nicht identisch machen weil sie es vielleicht 
unterschiedliche gelernt haben oder andere Dinge an der Schaltung ür 
wichtig halten. Und genau deswegen wäre das lehrreich weil man sehen 
würde was die Profis gleich machen und was nicht.

Georg schrieb:
> Aber wenns Spass macht... Wer definiert eine ausreichend anspruchsvolle
> Aufgabe? Das ist auch Arbeit.

Ja das ist viel Arbeit sogar. Man müsste eine Schaltung entwerfen, und 
zwar nur die Schaltung die dann Jeder mit dem Layoutprogramm seiner Wahl 
layouten kann. Sprich Schaltung als pdf und lauter Bauteile die man 
nicht selber erst als lib zeichnen muss. Tja und dann wäre es witzlos 
wenn Jeder gleich sehen kann wie es die Anderen gemacht haben. Dann 
guckt man sich die guten Ideen ab. Sprich es wäre sinnvoll wenn die 
Layouts an Jemanden (vielleicht einen Mod) geschickt werden (mit 
Deadline) und der die dann zu einem Zeitpunkt alle online stellt. Damit 
auch Anfänger was zu tun haben wären auch zwei oder mehr Aufgaben gut, 
eine mit viel THT und eben anfängerfreundlich (eher große SMD) und 
zweilagig und eine mit 4 Lagen und sehr viel SMD. Ich kann keine solche 
Aufgabe stellen, dafür bin ich zu schlecht beim Schaltung entwerfen. 
Vielleicht hat ja Jemand schon eine passende Schaltung aus Hobby oder so 
die er veröffentlichen will (ohne Layout vorerst). Aber das wäre 
natürlich auch ein anderer Thread.

: Bearbeitet durch User

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