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Darstellung in KiCAD

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

Anhand dieses Beispiels wird die Darstellung des Layouts von Lochrasterplatinen beschrieben.

  • Das Layout von Lochrasterplatinen kann meistens nicht 1 zu 1 auf geätzte Schaltungen 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 Lochrasterplatine

Das Layout der Schaltung in Bild 2 ist keineswegs optimal. Es dient vielmehr der Beschreibung und Darstellung des Layout.

Sicht

Die Sicht ist immer von oben auf die Leiterplatte.

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

Lochrasterplatine

Den Rand der Platine bildet eine geschlossene gelbe Linie. Dünne rote Linien bilden das Raster (2,54mm*2,54mm) der Lochrasterplatine. Die roten Zahlen am Rand erleichtern die Orientierung.

Wir gehen von einer Lochrasterplatine mit durchkontaktierten Lötpunkten aus. Die Lötpunkte und Bohrungen der Lochrasterplatine sind nicht dargestellt, wenn es nicht notwendig ist. Wenn ein durchkontaktierter Lötpunkt wichtig ist, wird er als Via dargestellt. Insgesamt gibt es sechs Vias, z.B. am Raster 2,2. Vias sind als heller grauer (grauer) 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 sollte, so bekannt, als Edge.Cuts gelb dargestellt werden.

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

Bauelemente

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

Die meisten Bauelemente sind von der Oberseite montiert. Der Rahmen ist türkis und die Bezeichnung ebenfalls türkis. Einige Beschriftungen werden in türkis gehalten. Werte und Typen von Bauelementen sind grau (grau) dargestellt. Der äußere hell graue (graue), fasst weiße Rahmen bzw. Kreis um ein Bauelement ist dessen die Grenzlinie (Courtyard). Die Grenzlinien 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 montiert. Der Rahmen ist violett. Die Bezeichnung ist gespiegelt und ebenfalls violett. Die Werte und Typen auf der Unterseite montierter Bauelemente sind dunkel blau.

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 deshalb kein Quadrat.

Die Symbole und die Beschriftung erleichtern die Orientierung. Beim Kondensator C1 ist beispielsweise der + Pol bezeichnet.

Vias, Verbindungen zwischen der Unter- und Oberseite sind als heller grauer (grauer) 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 sein. 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 ist durch eine dicke grüne Linie dargestellt.
  • Q1 (rechts) ist auf der Oberseite montiert. Die vier Lötpunkte sind Vias. Die nach links abgehende Verbindung liegt oben. Die abgehenden Leitungen liegen unten. Durch die Vias können die beiden Anschlüsse des SMD-Bauteils oben verlötet werden. Ein Anschluss liegt zwischen zwei Lötpunkten (Vias). Er wird über einen Draht mit den beiden Lötpunkten verbunden. Dieses ist durch eine dicke rote Linie dargestellt.

Drahtbrücken

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

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

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

Eine Drahtbrücke kann im Prinzip über einen Lötpunkte geführt werden. Kreuzt eine gelbe bzw. magenta Verbindung für die Drahtbrücke, ein Via oder den Lötpunkt eines THT-Bauelements, wird von KiCad durch den Lötpunkt eine unerwünschte Verbindung hergestellt. Dann muss die Verbindung mit dem Raster 1,27mm zwischen den Lötpunkten durchgeführt werden.

3D-Darstellung

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

Ein Bild dieser Sicht ist deshalb meistens in der Beschreibung des Aufbaus einer Schaltung enthalten. Die 3D-Darstellung erleichtert die Vorstellung der Seite. Alle auf der Unterseite liegenden Bauelemente inklusive der Drahtbrücken sind dargestellt. Das Raster erleichtert die Orientierung.

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

Darstellung-brd-Top-3D.png
Bild 3: Platine von oben in 3D

Diese 3D-Sicht der Platine zeigt alle auf der Oberseite montierten Bauelemente und auch die Drahtbrücken. Nur die benutzten Lötpunkte sind 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 kann gesehen werden, wie der SMD-Transistor Q1 eingelötet wird.

Darstellung-brd-Bottom-3D.png
Bild 4: Platine von unten in 3D

Diese 3D-Sicht der Platine zeigt alle auf der Unterseite montierten Bauelemente und auch die Drahtbrücken. Die Bauelemente sind beschriftet.

Insbesondere kann gesehen werden, wie die SMD-Bauteile R6 und Q3 eingelötet werden.

Schaltbilder

Für Schaltbilder werden europäische Symbole verwendet.

Darstellung des Layouts für Lochrasterplatinen

Eigentlich werden für Lochrasterplatinen maximal zwei Lagen benötigt.

Aber für eine übersichtliche Darstellung mit Drahtbrücken sind 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 sollte, so bekannt, als Edge.Cuts gelb dargestellt werden.

Das ist nur mit KiCad oder einer teuren lizenzierten Version von Eagle möglich. Bei Eagle werden andere Farben und Darstellungen verwendet.

Darstellung des Layouts

Die Sicht ist von oben auf die Platine.

Die dünnen roten Linien stellen das Raster (2,54mm) der Platine dar. Die Zahlen 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 erstellt. Dieses ist in der Zusammenfassung Löten von Lochrasterplatinen und im Praktikum Löten für Anfänger beschrieben.

Verbindungen können bei beidseitigen Lochrasterplatinen auch auf der Oberseite verlegt werden. Sie sind im Layout rot (dick) 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. Hier 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 ist die Farbe wichtig. Die die relevanten Farben sind 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)
Via 1,8*0,8 Raster 2,54
Drahtbrücke 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 möglichst im Raster 2,54mm verlegt. Wenn sie über Lötpunkte geführt werden müssten, werden sie im Raster 1,27mm zwischen diesen durchgeführt.
  • Die 3D-Darstellungen in Tools/KiCad/packages3d/ werden nicht standardmäßig mit KiCad geliefert.
  • Die Bilder im SVG-Format können z.B. mit Gimp bearbeitet und konvertiert werden.

3D Darstellung von Lochrasterplatinen

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