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Forum: Platinen 2 Layer oder lieber 4 Layer PCB


Autor: Baric (Gast)
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Hallo zusammen,
der Schaltplan ist fertig und jetzt geht es ans Layouten.
In meiner Schaltung ist ein STM32F7 mit 216MHz und ein paar 74er ICs, 
selbsverstaendlich Kondensatoren und Wiederstaende. Kein Schaltregler, 
kein SDRAM, kein Externer Flash. Alles brav. Aber 3 SPIs mit 2,5MHz 
Clock und USB. Meine Frage muss ich ein 4 Layer Platine erstellen oder 
reicht es eine 2 Layer.
Hat jemand schon Erfahrung mit Leistungsfaehigen uC und 2 Layer 
Platinen.
Danke fuer Eure Hilfe.
Gruss
Baric

: Verschoben durch Moderator
Autor: my2ct (Gast)
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Baric schrieb:
> ... und Wiederstaende

Gewöhn dir das gleich ab.

Autor: Falk B. (falk)
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Baric schrieb:
> Hallo zusammen,
> der Schaltplan ist fertig und jetzt geht es ans Layouten.
> In meiner Schaltung ist ein STM32F7 mit 216MHz

Ganz ordentlich, aber der hohe Takt bleibt ja im IC.

> und ein paar 74er ICs,
> selbsverstaendlich Kondensatoren

Hoffentlich an der richtigen Stelle.

https://www.mikrocontroller.net/articles/Kondensator#Entkoppelkondensator

> und Wiederstaende. Kein Schaltregler,
> kein SDRAM, kein Externer Flash. Alles brav. Aber 3 SPIs mit 2,5MHz
> Clock

Läppisch.

> und USB.

Welches? Full Speed mit 12 Mbit/s oder High Speed mit 480Mbit/s?
Full Speed ist nicht soo kritisch, das kriegt man auch ohne perfekte 
Impedanzen hin, wenn die Leitungen nich zu lang zu zu vermurkst sind.

> Meine Frage muss ich ein 4 Layer Platine erstellen oder
> reicht es eine 2 Layer.

Wenn man es richtig macht und die leicht sportliche Herausforderung 
sucht, geht das. Mit 4 Lagen ist es einfach.

Autor: georg (Gast)
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Baric schrieb:
> Aber 3 SPIs mit 2,5MHz
> Clock und USB

Dann positioniert man so, dass die Wege zum USB-Stecker so kurz wie 
möglich sind, der Rest ist unkritisch. Kommt man mit 2 Lagen nicht klar, 
nimmet man eben 4 - aber das ist durchaus auch eine Frage von Können und 
Erfahrung, daher kann man nicht pauschal sagen ein bestimmter Prozessor 
braucht x Lagen.

Georg

Autor: Gerd E. (robberknight)
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Mit 4 Lagen bist Du beim Layouten schneller, die Platinen sind dafür 
hinterher ein Tick teurer und die EMV ist meist besser.

Bei 2 Lagen brauchst Du mehr Zeit fürs Layouten, dafür sind die Platinen 
hinterher billiger.

Wobei sich bei den Preisen für 4-Lagige Platinen in den letzten Jahren 
einiges getan hat, selbst die Prototypenplatinen sind mittlerweile auch 
gut bezahlbar geworden. Erst wenn man Extras wie individueller 
Lagenaufbau, Impedanzkontrolle, Buried/Blind-Vias, Via-in-Pad,... 
möchte, wird es knackig teuer wie eh und je.

: Bearbeitet durch User
Autor: Baric (Gast)
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Danke sehr fuer die schnellen Antworten und die wertvollen tipps.

-Sorry Widerstaende satt Wiederstaende.
-ja die meisten Kondensatoren sind Entkoppelkondensatoren und 4 Stueck 
als   Siebkondensatoren
- USB Full speed kein High speed. Danke fuer den Hinweis. Ganz kurze 
Leitungen. Ich werde TVS Dioden und over current protection IC 
verwenden.
- Da ich keine Layout-Erfahrung hab, dachte ich 4 Layer wird 
komplizierter als 2 Layer. Vielen Dank.

Also dann werde ich ein 4 Layout anfangen. Bei JLCPCB kosten 10 Stueck 
gerade mal 30 Euros.


Gruss

Autor: Jörg B. (jbernau)
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Hallo  Baric,

ich komme in der Regel mit zwei Lagen aus. Ich nehme mir viel Zeit für 
das Platzieren der Bauteile. Anhand der Gummileitungen sehe ich schon ob 
die Anordnung günstig ist. Gibt es viele Kreuzungen, dann kann eine 
andere Anordnung besser sein. Bei Bussen kann es zu Kreuzungen kommen, 
die sich beim Routen wieder auflösen.

@ALL
Gibt es hier eigentlich ein Artikel zum Routen von Leiterbahnen => 
Busbelastung, Ruflektion etc?

VG

Jörg

Autor: H.Joachim S. (crazyhorse)
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Jörg B. schrieb:
> Ruflektion

das ist ein Thema für Rufus :-)

Autor: Jörg B. (jbernau)
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schmunzel

Ich dachte, hier würde es mehr Ingenieure geben als Germanisten, aber 
dem scheint nicht so :P

Jörg

Autor: Baric (Gast)
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@Joerg B.
Danke.
zum Glueck hab ich keine Bus/Anbindungen. kein SDRAM kein Flash.
Mal sehen nach der Plazierung wie leicht oder schwierig dies zu 
layouten.

Gruss

Autor: Sven B. (scummos)
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Wenn das ein Bastelprojekt ist und EMV nicht so kritisch, würde ich auf 
jeden Fall 2 Layer nehmen, ist einfacher und günstiger zu kriegen und 
auch leichter nachzuarbeiten, falls das nötig sein sollte. Hier ist von 
deiner Beschreibung her absolut nichts, was 4 Layer bräuchte.

Autor: Schorsch X. (bastelschorsch)
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Versuch doch erstmal 2 Lagen. Es wird eh ein Redesign geben. Wenn das 
schon mal klappt wird es i.a. mit 4 Lagen meist besser. Bei den heutigen 
Preisen dafür, dürfte das egal sein. Alles was analog ist, wird meist 
durch eine durchgehende GND Lage besser. Viel Spaß dabei.

Autor: Baric (Gast)
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Vielen Dank an Alle. Ihr habt mir sehr geholfen. Tolles Forum. Daumen 
hoch!
Ich fang an mit 4 Layern. Jetzt ersmal die Bauteile Platzieren und am 
Wochende hoffentlich geht es an Layouten.
Gruß

Autor: Jörg B. (jbernau)
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Baric schrieb:
> Vielen Dank an Alle. Ihr habt mir sehr geholfen. Tolles Forum.
> Daumen
> hoch!
> Ich fang an mit 4 Layern. Jetzt ersmal die Bauteile Platzieren und am
> Wochende hoffentlich geht es an Layouten.
> Gruß

Mich würde Dein Ergebnis interessieren :-)

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Jörg B. schrieb:
> Mich würde Dein Ergebnis interessieren :-)
Am besten samt Schaltplan und vor dem Ätzen... ;-)

Autor: W.S. (Gast)
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Baric schrieb:
> der Schaltplan ist fertig und jetzt geht es ans Layouten.

Baric schrieb:
> Da ich keine Layout-Erfahrung hab, dachte ich 4 Layer wird
> komplizierter als 2 Layer.

Hast du denn wenigstens den allgemeinen Umgang mit deiner EDA-Software 
gelernt?

W.S.

Autor: Baric (Gast)
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Wieder zurück.
Hat jemand Links zu einem Video, youtube, homepage  oder eine Anleitung 
wie man 4 Layer in Eagle routet? 2 Layer gibt es wie Sand am Meer ;-).
Aus dem Buch "Leiterplatendesign mit eagle 7" ist nicht viel zu sehen 
was multilayer layouten angeht.

die Einstellungen für 4 Layer sind gemacht: signal-layer + gnd-layer + 
vcc-layer + signal-layer. NB: ich habe 3 Versogunsspannungen habe (24V, 
5V, und 3.3V).

Bin für jede Hilfe Dankbar.
Gruß

Autor: Falk B. (falk)
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Baric schrieb:
> Wieder zurück.
> Hat jemand Links zu einem Video, youtube, homepage  oder eine Anleitung
> wie man 4 Layer in Eagle routet?

Nahezu wie 2 Lagen, nur einfacher.

> die Einstellungen für 4 Layer sind gemacht: signal-layer + gnd-layer +
> vcc-layer + signal-layer.

Sowas schreib man eher so, denn da sieht man den Aufbau.

Signal
GND
VCC
Signal

> NB: ich habe 3 Versogunsspannungen habe (24V,
> 5V, und 3.3V).

Kein Thema, die packt man alle auf VCC, denn so viel braucht man da 
nicht. Im Zweifelsfall kann man dort auch Signale langziehen, wenn es 
auf den Außenlagen eng werden sollte.

https://www.mikrocontroller.net/articles/Richtiges_Designen_von_Platinenlayouts#Vorgehen_bei_der_Layouterstellung

Autor: Baric (Gast)
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Danke für die Schnellte Antwort.
d.h. einfach die Leiterbahnen ziehen bis ich stosse auf gnd, 5v und 24V 
und eagle erledigt den Rest selbst? platziert er die Vias möglich nach 
an die SMD, bzw. THT -Anschlüsse automatisch?
aus dem Link verstehe ich das richtig: ich soll 3 Polygone für 24V, 5V 
und 3,3V erstellen und jeweils umbennenen/Verbinden?.
Darf man auf die Versorgungslayer routen? Z.B. Verbindungen zu anderen 
Bauteilen?
Gruß

Autor: Falk B. (falk)
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Baric schrieb:
> Danke für die Schnellte Antwort.
> d.h. einfach die Leiterbahnen ziehen bis ich stosse auf gnd, 5v und 24V
> und eagle erledigt den Rest selbst?
> platziert er die Vias möglich nach
> an die SMD, bzw. THT -Anschlüsse automatisch?

Nein, das muss du schon selber machen. Den Autorouter sollte man eher 
vergessen.

> aus dem Link verstehe ich das richtig: ich soll 3 Polygone für 24V, 5V
> und 3,3V erstellen und jeweils umbennenen/Verbinden?.

Naja, wenn viele Bauteile eine Versorgung brauchen, nimmt man ein 
Polygon. Wenn es nur wenige sind, reichen ein paar Leitungen.

> Darf man auf die Versorgungslayer routen?

Ja. Aber nur, wenn die Signallayer nichts mehr hergeben. Zumindest die 
Masselage sollte man heilig halten und NICHT mit Leiterbahnen 
zerstückeln.

Autor: Baric (Gast)
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Danke für die wertvollen tipps.
Die Bedienung der Eagle-Software ist eine Sache aber das Know-How oder 
besser gesagt die Kunst des Layouten -bei Multilayer PCB- finde ich 
nirgendwo niedergeschrieben bzw. in Vidoe-Tutorials zusammengefasst. 
Schulungen sind leider teur, zuuu teuer > 1000 Euros.
Gibt es Bücher oder ähnliches zu diesem Thema zu empfehlen?

Autor: Sven B. (scummos)
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Naja, wenn man googelt findet man eigentlich einen Haufen 
Layout-Guidelines, ich tippe z.B. einfach mal "pcb layout guidelines" 
ein und finde direkt das hier, was nicht so dumm wirkt (hab's jetzt 
nicht gelesen): 
https://resources.altium.com/pcb-design-blog/top-pcb-design-guidelines-every-pcb-designer-needs-to-know

Autor: Baric (Gast)
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Gibt es so eine Art Explosionsdarstellung in Eagle. Ich meine alle Layer 
und Bauteile auf einander geschichtet so dass man einen Überblick hat 
und vor allem zu verstehen wie die Leiterplatte aufgebaut wird.
Danke
Gruß

Autor: HyperMario (Gast)
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Baric schrieb:
> Gibt es Bücher oder ähnliches zu diesem Thema zu empfehlen?

Ja da gibt es jede Menge, gleich mit einem 4 Lagen Design anzufangen 
kann man sich aber schlecht anlesen.

Bei dir sind die 4 Lagen aber sehr unkritisch. 12 / 2,5 Mhz ist 
layouttechnisch fast Gleichstrom.

Mach einfach 2 Projekte draus:
1. die Signale auf den Außenlagen
2. Power innen.

Bevor du 1. anfängst blendest du einfach die Power und GND Verbindungen 
aus. Wie das geht steht in der Hilfe für Ratsnest.

Dann kannst du nach den überall vorhandenen Guidelines arbeiten.

Jörg B. schrieb:
> Gibt es hier eigentlich ein Artikel zum Routen von Leiterbahnen =>
> Busbelastung, Ruflektion etc?

Ob es das hier gibt weiß ich nicht aber es haben mal Leute nachgemessen 
(auch ob rechtwinklige oder schräge Knickwinkel). Unter 1 Ghz kaum 
Unterschiede messbar. EMV (Ein- und Abstrahlung) ist natürlich ein 
anderes Kapitel.

Was ich auf jeden Fall machen würde ist ein paar 0 Ohm Widerstände in 
Reihe in die SPI Leitungen und die Versorgung zu legen . Auch ein paar 
unbestückte "Angstkondensatoren" schaden nie. Dann kannst du Zweifel 
Störungen bekämpfen in dem du da Widerstände Spulen etc. einlötest.

Autor: Alfred K. (Gast)
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HyperMario schrieb:
> Auch ein paar
> unbestückte "Angstkondensatoren" schaden nie.

Am besten eine Tüte mit 100 Stück an die Platine kleben :-(

Für den Anfang scheint das Vorhaben recht ungeeignet zu sein. Ein F7 mit 
recht hoher Taktfrequenz möchte gut abgeblockt sein.

Wenn 4 Lagen verwendet werden sollen, gehört auf die Innenlagen zum 
einen GND und zum anderen +3.3 für den Controller. Nachdem die ICs und 
dann die übrigen Bauteile sinnvoll angeordnet sind, werden zunächst die 
GND und +3.3 Anschlüsse des Controllers mit Durchkontaktierungen 
zusammen mit den Abblock-Cs verdrahtet. Danach folgt der Schwingquarz 
recht nahe an den Controller. Das ist das Wichtigste.
Danach kommen die +5V und +24V Leitungen in passender Breite.
Abschließend die Signalleitungen, wobei man darauf achten muß, die 
Oberseite BS vorrangig horizontal und die Unterseite LS vorrangig 
vertikal zu routen. (anders herum geht natürlich auch)

Aber:
Für den Anfang scheint das Vorhaben recht ungeeignet zu sein.

Vielleicht kannst Du Deinen Schaltplan mal als .pdf zeigen.

Autor: Sebastian S. (amateur)
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Wenn Geld keine Rolle spielt: Auf jeden Fall 4-lagig!
Das Problem des routens, die Versorgung und eventuelle EMV-Probleme 
verschwinden fast von selbst.
Aber aus Sicht Deiner Angaben würde ich sagen: Kein Grund für 4 Lagen! 
Sogar Bestückungsautomaten können Drahtbrücken verlegen. Klar, für den 
Puristen sehen diese nicht so toll aus, aber Jemand, der auf's Geld 
achtet, hat damit bestimmt keine Probleme.

Autor: Jörg B. (jbernau)
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Sebastian S. schrieb:
> Kein Grund für 4 Lagen!

Danke! Das sehe ich auch so!

VG

Jörg

Autor: Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite
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Wenn gerade bei solch kleinen Stückzahlen die Kosten kaum eine Rolle 
spielen, liegt man mit vier Lagen auf der sicheren Seite und vermeidet 
mögliche EMV-Probleme, siehe auch:

Youtube-Video "EEVblog #1176 - 2 Layer vs 4 Layer PCB EMC TESTED!"

Auch das Layouten selbst geht wesentlich einfacher, wenn man nicht 
ständig darauf achten muss, dass die Versorgungsspannungen, insbesondere 
GND, ordentlich angebunden sind.

Und jetzt folgt das große ABER:

1. Bei Multilayern kann man nicht so einfach Korrekturen vornehmen wie 
bei ein- oder zweiseitigen Leiterplatten. Bei letzteren kratzt man 
einfach an der Leiterbahn und verdrahtet neu. Bei bedrahteten Bauteilen, 
die an einer Innenlage angeschlossen sind, z.B. Relais, kann das 
ziemlich ärgerlich sein. Ggf. muss man dann die Kupferhülse vorsichtig 
ausbohren und hoffen, dass man keinen Kurzschluss zwischen Innenlagen 
produziert.

2. Viele Anfänger vergessen Montagebohrungen, z.B. um die Leiterplatte 
im Gehäuse oder Kühlkörper auf der Leiterplatte zu befestigen. Bei 
einfachen Leiterplatten ist das kein Problem, denn dann bohrt man die 
Löcher einfach nachträglich hinein. Bei Multilayern mit durchgängigen 
Kupferlagen besteht aber immer die Gefahr, beim Bohren einen Kupferspan 
in den Rand des Bohrlochs hineinzudrücken und dadurch einen Kurzschluss 
zu verursachen. Und wenn man ein kurzschlussfreies Loch hat, darf man 
natürlich nur Kunststoffschrauben oder Metallschrauben mit 
Isoliernippeln (wie für TO-3 o.ä.) verwenden.

3. Selbiges gilt auch für fehlplatzierte Anschlüsse oder unterschätzte 
Drahtdurchmesser bei bedrahteten Bauteilen.

4. Das Problem mit Kurzschlüssen durch Kupferspäne hat man natürlich 
auch am Leiterplattenrand, wenn man die Leiterplatte nachträglich 
zurechtschneiden oder -feilen muss. Vor einiger Zeit musste ich das bei 
einer elflagigen Leiterplatte machen, d.h. ein Stückchen herausfeilen. 
Natürlich kontrollierte nicht nur ich, sondern auch ein Techniker meines 
Kunden, ob dort Späne ins Kupfer gedrückt waren. Es war nichts zu sehen, 
aber war ein Kurzschluss mittels Durchgangspiepser festzustellen. 
Daraufhin beschloss ich, mittels Labornetzteil den Kurzschluss 
vorsichtig wegzubrennen. Interessanterweise tat sich bei 1-2 A noch gar 
nichts. Bei 5 A gab es ein Blitz und unter dem Mikroskop konnte man am 
Leiterplattenrand eine winzige schwarze Stelle erkennen. Bei dieser 
Dickkupferleiterplatte muss die Wärmeleitung so gut gewesen sein, dass 
selbst ein winziger Kupferspan mehrere Ampere aushielt.

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