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Beschreibung der Darstellung von Schaltungen mit KiCad


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Darstellung in KiCAD


Darstellung in KiCad

Attention >

Wie Lochrasterplatinen gelötet werden, wird in den Praktika

beschrieben.

Darstellung des Layouts für Lochrasterplatinen

Die Schaltbilder und Layouts von Leiterplatten werden in der Praktischen Elektronik mit dem Entwurfsprogramm KiCAD erstellt.

Siehe: Programme für den Entwurf von Elektronik.

An dieser Stelle wird beschrieben, wie in der Praktischen Elektronik

Beispiel

Dieses Beispiel beschreibt die Darstellung des Layouts von Lochrasterplatinen.

  • Das Layout von Lochrasterplatinen kann in der Regel nicht 1 zu 1 auf geätzte Leiterplatten übertragen werden.

Schaltbild

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Bild 1: Schaltbild des Beispiels

Die Schaltung in Bild 1 enthält verschiedenartige Bauelemente, anhand derer die Darstellung des Layouts erläutert wird. Die Schaltung selbst ist im Grunde belanglos.

Attention >

In Schaltbildern werden europäische Symbole verwendet.

Layout

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Bild 2: Layout des Beispiels für eine Lochrasterplatine

Bild 2 zeigt das Layout der Schaltung in Bild 2. Das Layout ist keineswegs optimal. Es dient vielmehr der Beschreibung und Veranschaulichung des Layouts.

Ansicht

Das Layout ist mit Blick auf die Oberseite der Leiterplatte dargestellt.

Bauelemente und Verbindungen auf des Unterseite werden aus dieser Blickrichtung dargestellt. Sie werden sozusagen von oben per Röntgenblick betrachtet. Texte auf der Unterseite sind daher spiegelverkehrt.

Seiten der Platine

In der herkömmlichen Technologie werden die Bauelemente auf einer Seite der Leiterplatte montiert. Diese Seite wird daher oft als Bauteil- oder Bestückungsseite bezeichnet. Die Anschlüsse werden durch Bohrungen in der Leiterplatte gesteckt und auf der anderen Seite der Leiterplatte (Lötseite) verlötet. Auf der Lötseite befinden sich Leiterbahnen. Leiterplatten, die nur Leiterbahnen auf der Lötseite haben, werden als einseitige Leiterplatten bezeichnet. Auf der Bestückungsseite werden manchmal Verbindungen mit Drahtbrücken hergestellt.

Bei modernen Leiterplatten haben auch auf der Bestückungsseite Leiterbahnen. Die Leiterplatte hat zwei Lagen. Komplexere Schaltungen können mehrere Zwischenlagen haben: Multi-Layer-Technik.

Die Verbindungen zwischen den Lagen werden durch durchkontaktierte Bohrungen hergestellt. Bohrungen, die nur der Verbindung zwischen Lagen dienen, werden Durchkontaktierungen oder Vias genannt.

Die moderne Technologie verwendet oberflächenmontierte Bauelemente, SMD. Die Anschlüsse werden nicht mehr durch Bohrlöcher gesteckt, sondern direkt auf die Oberfläche gelötet. Die Bauteile können auf beiden Seiten der Leiterplatte montiert werden.

In diesem Sinne können wir nicht von Bauteil- und Lötseite sprechen. Wir verwenden besser Oberseite und Unterseite.

Lochrasterplatine

Der Rand der Platine wird durch eine geschlossene gelbe Linie gebildet. Dünne rote Linien bilden das Raster (2,54mm*2,54mm) der Lochrasterplatine. Die roten Zahlen am Rand dienen der Orientierung.

Wir gehen von einer Lochrasterplatine mit durchkontaktierten Lötpunkten aus. Die Lötpunkte und Bohrungen der Lochrasterplatine werden nicht dargestellt, wenn dieses nicht notwendig ist. Wenn ein durchkontaktierter Lötpunkt wichtig ist, wird er als Via dargestellt. Insgesamt gibt es 14 Vias, z.B. beim Rasterpunkt (2,2). Vias werden als hellgrauer (hellgrau) Kreis mit einem weißen Punkt in der Mitte dargestellt.

Zuordnung der Layer

  • Die Leitungen auf der Unterseite werden als B.Cu grün dargestellt.
  • Die Leitungen auf der Oberseite werden als F.Cu rot dargestellt.
  • Drahtbrücken auf der Oberseite werden als In1.Cu gelb dargestellt.
  • Drahtbrücken auf der Unterseite werden als In2.Cu magenta dargestellt.
  • Die Größe der Leiterplatte wird als Edge.Cuts gelb dargestellt.
  • Vias werden als hellgrauer (hellgrau) Kreis mit einem weißen Punkt in der Mitte dargestellt.

Die grünen Leiterbahnen und die magenta Drahtbrücken der Unterseite werden sozusagen per Röntgenblick von oben betrachtet.

Attention >

Positionen im Lochraster

Die Position von Lochrasterpunkten bzw. Lötinseln wird durch zwei Zahlen (21,6) gekennzeichnet.

  • Die erste Zahl bezeichnet die Spalte von links (21) und
  • die zweite Zahl bezeichnet die Reihe von unten (6).
  • die Spalten und Reihen können mit 0 beginnen.
  • Manchmal werden Buchstaben anstelle von Zahlen verwendet.
  • Zum Beispiel, wenn vorgefertigte Lochrasterplatinen mit aufgedruckten Positionen verwendet werden.
  • Es kann sogar vorkommen, dass sich Buchstaben wiederholen.

Bauelemente

Die Bauelemente werden entsprechend ihrem Fußabdruck (Größe, Lage der Anschlüsse) eingetragen. Die Bezeichnung der Bauelemente und meistens auch ihre Werte identifizieren sie.

Die meisten Bauelemente werden von der Oberseite eingebaut. Der Rahmen ist türkis und die Bezeichnung ebenfalls türkis. Einige Beschriftungen sind türkis.

Die Werte und Typen der Bauelementen sind grau (grau) dargestellt. Der äußere hellgraue (hellgraue), fasst weiße Rahmen oder Kreis um ein Bauelement ist dessen die Begrenzungslinie (Courtyard). Die Begrenzungslinien von Bauelementen sollten sich nicht überschneiden, wie z.B. bei R3 und R4 :-)

Die vier Stifte J1 bis J4, der SMD-Transistor Q3 und der SMD-Widerstand R6 sind von der Unterseite bestückt. Der Rahmen ist violett. Die Bezeichnung ist gespiegelt und ebenfalls violett. Die Werte und Typen auf der Unterseite montierter Bauelemente sind dunkelblau.

Die Transistoren Q1, Q3 und der Widerstand R6 sind auf der Oberfläche montierte SMD-Bauelemente. Die Anschlüsse aller anderen Bauelemente werden in Bohrungen der Lochrasterplatine (THT) gesetzt. Die gelben Punkte bzw. Quadrate sind die Anschlüsse der THT-Bauelemente. Die Quadrate dienen der Orientierung der Bauelemente. Widerstände haben keine Orientierung und daher auch kein Quadrat.

Die Symbole und die Beschriftung erleichtern die Orientierung. So ist z. B. beim Kondensator C1 der + Pol gekennzeichnet.

Vias, Verbindungen zwischen der Unter- und Oberseite, sind als hellgrauer (hellgrauer) Kreis mit einem weißen Punkt in der Mitte dargestellt.

SMD-Bauelemente

Die SMD-Bauelemente können auf der Oberseite (Q1) und der Unterseite (Q3 und R6) montiert werden. Sie werden auf vier bzw. zwei benachbarte Lötpunkte gesetzt, die als Vias dargestellt sind.

  • R6 (oben) liegt zwischen zwei Lötpunkten. Die Lötpunkte sind Vias.
  • Q3 (links) wird von der Unterseite eingelötet. Die Lötpunkte sind Vias. Q3 ist übrigens gespiegelt eingezeichnet, wieder wie per Röntgenblick. Ein Anschluss liegt zwischen zwei Lötpunkten (Vias). Er wird über einen Draht mit den beiden Lötpunkten verbunden. Dieses wird durch eine dicke grüne Linie dargestellt.
  • Q1 (rechts) ist auf der Oberseite montiert. Die vier Lötpunkte sind Vias. Die nach links abgehende rote Verbindung liegt auf der Oberseite. Die abgehenden grünen Leitungen liegen auf der Unterseite. Durch die Vias können die beiden Anschlüsse des SMD-Bauteils auf der Oberseite verlötet werden. Ein Anschluss liegt zwischen zwei Lötpunkten (Vias). Er wird über einen Draht mit den beiden Lötpunkten verbunden. Dieses wird durch eine dicke rote Linie dargestellt.

Drahtbrücken

Kreuzungen müssen bei Lochrasterplatinen - auch bei einseitigen - mit isolierten Drahtbrücken hergestellt werden. Sie können sowohl auf der Oberseite als auch auf der Unterseite eingebaut werden.

Drahtbrücken (sollten) immer bei Vias beginnen und enden, durch die die Enden der isolierten Drahtbrücke gesteckt werden.

Im Layout werden sie für die Oberseite als gelbe und für die Unterseite als magenta Verbindungen dargestellt. Sie sind in Bild 2 mit JP1 bis JP4 beschriftet. JP1 und JP3 liegen oben.

Eine Drahtbrücke kann prinzipiell über einen Lötpunkte geführt werden. Kreuzt eine gelbe oder magenta Verbindung für die Drahtbrücke ein Via oder den Lötpunkt eines THT-Bauelements, so stellt KiCad eine unerwünschte Verbindung über den Lötpunkt her. In diesem Fall muss in KiCad die Verbindung im Raster 1,27mm zwischen den Lötpunkten hergestellt werden. Die Drahtbrücke zwischen (14,2) und (21.2) ist ein Beispiel.

Vereinfachte Kreuzungen

Bei beidseitigen Lochrasterplatinen können Kreuzungen unter Umständen vereinfacht ausgeführt werden.

Wenn eine Verbindung auf der Oberseite grün und die andere auf der Unterseite rot ausgeführt wird, können sich die Verbindungen diagonal kreuzen. Voraussetzung ist, dass die Verbindungen nicht über gemeinsame Lötpunkte geführt werden.

In Bild 2 ist eine solche Kreuzung vor dem Transistor Q2 bei (21,6) dargestellt.

3D-Darstellung

Das Verlegen von Leiterbahnen auf der Unterseite führt immer wieder zu Fehlern, da die Bahnen von der Unterseite spiegelbildlich betrachtet werden müssen.

Aus diesem Grund wird bei der Beschreibung des Aufbaus einer Schaltung in der Regel ein Bild dieser Ansicht beigefügt. Die 3D-Darstellung erleichtert die Vorstellung von der Unterseite. Alle auf der Unterseite liegenden Bauelemente einschließlich der Drahtbrücken sind dargestellt. Das Raster erleichtert die Orientierung.

Die 3D-Darstellung zeigt die Leiterbahnen so, wie sie tatsächlich liegen. Einen Röntgenblick gibt es nicht.

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Bild 3: Oberseite der Platine in 3D

Diese 3D-Ansicht der Platine zeigt alle auf der Oberseite montierten Bauelemente und auch die Drahtbrücken.

Es werden nur benutzten Lötpunkte dargestellt. Alle anderen werden durch das Raster angedeutet. Die Bauelemente sind beschriftet.

Verbindungen auf der Oberseite sind natürlich auch dargestellt. Sie werden später mit Drähten hergestellt.

Insbesondere sieht man, wie der SMD-Transistor Q1 eingelötet wird.

Die die vereinfachte Kreuzung vor Q2 bei (21,6) ist ebenfalls zu erkennen.

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Bild 4: Unterseite der Platine in 3D

Die Platine ist gegenüber der Darstellung der Oberseite um 180° nach rechts gedreht. Die Position der Lötpunkte ist anhand der Nummerierung zu erkennen.

Diese 3D-Ansicht der Platine zeigt alle auf der Unterseite montierten Bauelemente und auch die Drahtbrücken.

Alle Verbindungen werden mit Drähten hergestellt.

Insbesondere sieht man, wie die SMD-Bauteile R6 und Q3 eingelötet werden.

Die vereinfachte Kreuzung ist bei (21,6) zu erkennen.

Die Drahtbrücke mit 1,27mm Versatz liegt zwischen (14,2) und (21.2).

Die 3D-Darstellung enthält:

  • Leiterbahnen auf der Oberseite
  • Leiterbahnen auf der Unterseite
  • Raster auf der Oberseite
  • Raster auf der Unterseite
  • Zähler für Raster
  • Drahtbrücken
  • Bezeichnung der Bauelemente
  • Weitere Hinweise

Schaltbilder

Für Schaltbilder werden europäische Symbole verwendet.

Darstellung des Layouts für Lochrasterplatinen

Attention pin

Vier Lagen

Eigentlich werden für Lochrasterplatinen maximal zwei Lagen benötigt.

Für eine übersichtliche Darstellung mit Drahtbrücken sind jedoch vier Lagen besser:

  • Die Leitungen auf der Unterseite werden als B.Cu grün dargestellt.
  • Die Leitungen auf der Oberseite werden als F.Cu rot dargestellt.
  • Drahtbrücken auf der Oberseite werden als In1.Cu gelb dargestellt.
  • Drahtbrücken auf der Unterseite werden als In2.Cu magenta dargestellt.
  • Die Größe der Leiterplatte wird als Edge.Cuts gelb dargestellt.
  • Vias werden als hellgrauer (hellgrau) Kreis mit einem weißen Punkt in der Mitte dargestellt.

Darstellung des Layouts

Das Layout ist mit Blick auf die Oberseite der Leiterplatte dargestellt.

Bauelemente und Verbindungen auf des Unterseite werden aus dieser Blickrichtung dargestellt. Sie werden sozusagen von oben per Röntgenblick betrachtet. Texte auf der Unterseite sind daher spiegelverkehrt.

Dünne rote Linien stellen das Raster (2,54mm) der Platine dar. Die Zahlen am Rand helfen beim Zählen des Rasters.

Die Verbindungsleitungen sind grün dargestellt und befinden sich auf der Unterseite, werden sozusagen mit Röntgenaugen durch die Platine gesehen.

Die Verbindungsleitungen werden auf der Unterseite mit dünnem Draht hergestellt. Dieses ist in der Zusammenfassung Löten von Lochrasterplatinen und im Praktikum Löten für Einsteiger beschrieben.

Bei doppelseitigen Lochrasterplatinen können Verbindungen auch auf der Oberseite hergestellt werden. Sie sind im Layout rot dargestellt.

Die gelben Punkte sind Bohrungen, durch die Anschlüsse von Bauelementen gesteckt und auf der Unterseite verlötet werden.

Eine Lochrasterplatine hat an jedem Rasterpunkt eine Bohrung und auf der Unterseite einen Lötpunkt. Bei beidseitigen Platinen befindet sich auf beiden Seiten in Lötpunkt.

Im Layout werden nur die benutzten Bohrungen dargestellt.

Die Bauelemente wie z.B. Widerstände, Kondensatoren, LEDs und ICs sind schematisch dargestellt.

Der Text bezeichnet und beschreibt die Bauelemente.

Zusammenfassung

Die folgende Tabelle beschreibt die Darstellung. Für die Interpretation des Layouts sind die Farben wichtig. Die die relevanten Farben sind in der Tabelle fett dargestellt.

Element Farbe Layer Breite Anmerkung
Leiterbahn Unterseite grün B.Cu 0,3 Raster 2,54
Leiterbahn Oberseite rot F.Cu 0,3 Raster 2,54
Drahtbrücken Oberseite gelb In1.Cu 0,3 Raster 2,54 (1,27)
Drahtbrücke Unterseite magenta In2.Cu 0,3 Raster 2,54 (1,27)
Durchkontaktierung / DoKo / Via 1,8*0,8 Raster 2,54
Drahtbrücke für 3D magenta Margin 0,8 Add footprints aus
 Tools/KiCad/packages3d/Jumper_THD.3dshapes
Raster Oberseite dünn rot F.Paste 0,05
Raster Unterseite dünn türkis B.Paste 0,05
Zähler am Rand rot F.Paste 1,5 * 1,5 * 0,3
Kantenschnitt dick gelb Edge.Cuts 0,2
Ecken für Ausschnitt dünn gelb Eco2.User 0,01
Datei->
 Export->SVG
B.Paste, Margin aus
 Board area only
 All in one File
  • Drahtbrücken werden, wenn möglich, im Raster 2,54 mm verlegt. Wenn sie über Lötpunkte geführt werden müssen, werden sie im Raster 1,27mm zwischen diesen durchgeführt.
  • Für die 3D-Darstellung der Drahtbrücken wurden zusätzliche Fooprints aus der Bibliothek Tools/KiCad/packages3d/Jumper_THD.3dshapes hinzugefügt. Sie sind im Layout in magenta dargestellt.