Platinenherstellung – Platinenlayout mit Kicad Teil 1


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Der erste Teil dieser Artikelserie ging der Frage nach, was bei der Entwicklung einer sicheren und zuverlässigen Platine beachtet werden sollte.

Für die Herstellung einer Platine ist natürlich die Gestaltung eines entsprechenden Platinenlayouts erforderlich. Im Pcb-Layout ( printed circuit board ) werden die erforderlichen Bauteile der Schaltung in sinnvoller Weise auf der Platine angeordnet, und die Verbindung zwischen den Bauteilen, Ausgängen und gegebenenfalls anderen Komponenten des Gerätes als Leiterbahnen aufgezeichnet.

Bei sehr einfachen Schaltungen kann dies durchaus in reiner Handarbeit auf einem Blatt Papier oder gleich in einem Grafikprogramm der Wahl geschehen. Bei umfangreichen Schaltungen mit vielen Leitungsbahnen ist es oft besser, ein Pcb-Layout-Software zu benutzen.

Im heutigen Beitrag geht es darum, wie Sie selbst ihre Schaltung mit Hilfe einer solchen Pcb-Layout-Software auf die Platine bekommen.

Leistungsfähige Pcb Software für die Entwicklung des Platinenlayouts gibt es inzwischen von vielen Herstellern, als Kauf- oder meist eingeschränkte Demoversion, wie zum Beispiel Orcad oder Eagle. Aber auch im Opensource-Bereich sind kostenlose Pcb-Layout-Programme erhältlich, deren Leistungsumfang sich durchaus mit denen kommerzieler Produkte messen kann.

Die Bedienung dieser Programme ist relativ einfach; wenn man weiss was, wann, wo, wie zu tun ist. Trotzdem oder gerade deshalb, stellt die Einarbeitung in die meisten der erwähnten Pcb-Layout-Software wegen des großen Funktionsumfangs an Neueinsteiger recht hohe Anforderungen. Aus diesem Grund möchte ich Ihnen hier eine kostenlose Opensource Pcb-Software empfehlen, die aus meiner Sicht gerade die Hürden für Neueinsteiger sehr niedrig hält.

Die Rede ist von KiCad, einer Pcb-Software, die eigentlich unter Linux entwickelt wurde aber inzwischen auch für Windows erhältlich ist. Die deutsche Hauptseite befindet sich auf dem Sourceforge-Projekt. Dort können Sie auch die für Ihr Betriebssystem erforderliche Programmversion herunterladen.

In einem Videoclip am Ende des Artikels können Sie noch einmal alle Arbeitsschritte zusammenhängend verfolgen.

Eine einfache Schaltung

Für die ersten Versuche bei der Layoutentwicklung am PC möchte ich Ihnen den Aufbau einer einfachen stabilisierten Spannungsversorgung vorschlagen. Stabilisierte Spannungen braucht man beim Elektronik-Basteln recht häufig, zum Beispiel für Messschaltungen oder beim Einsatz von Mikrocontrollern.

Für solche Schaltungen benutzt man heute meist integrierte Festspannungregler, die nur noch wenige zusätzliche Bauteile benötigen. Für uns von Vorteil, da hierbei die Arbeitsweise mit KiCad sehr übersichtlich demonstriert werden kann, weil wir eben für den Aufbau der Schaltung nicht Dutzende Bauteile benötigen.

Wenn Sie mit Schaltungen dieser Art schon reichlich eingedeckt sind, versuchen Sie doch eine eigene Schaltung in ein Platinenlayout umzusetzen. Sie brauchen dabei ja nur das hier gezeigte auf Ihr Projekt anzuwenden. Nur bleiben Sie auf dem Teppich und entwickeln nicht gleich zu Anfang einen Multilayer-pcb mit 8 Lagen und 250 Bauteilen.

Ein Projekt erstellen

Nach dem Programmstart stehen ihnen unter Kicad fünf Programmteile zur Verfügung:

* Der Projektmanager – zur Verwaltung der einzelnen Projektdateien
* Der Schaltplaneditor – Hier erstellen Sie die Schaltung mit den einzelnen Bauteilen und den Verbindungen
* Ein weiteres Fenster für die Lötpad-Anordnungen der Komponenten des Schaltplans
* Das Programm zur Erstellung des Platinenlayouts
* Das Anzeigeprogramm für Gerber-Dateien. Diese Dateien benötigen Sie unter anderem, wenn Sie Layoutdaten auf Fotoplottern ausgeben wollen. Auch professionelle Belichtungsdienste benötigen diese Dateien. Für unser Vorhaben brauchen wir diese Dateien im Moment nicht.

Zunächst sollten Sie einen Projektordner erstellen, in den Kicad alle benötigten Dateien ablegen kann. Ein neues Programm erstellen Sie über den Button unterhalb der Menüleiste oder über den Menüpunkt „Neu“ im Datei-Menü. Im erscheinenden Dialogfenster vergeben Sie einen Namen für Ihr Projekt und speichern dieses anschließend ab.

Kicad läuft zwar sehr stabil, trotzdem würde ich alle nun folgenden Arbeitsschritte und Änderungen am Projekt regelmäßig abspeichern.

Schaltung eingeben

Als Nächstes werden die Bauteile in den Schaltplaneditor eingetragen. Diesen starten Sie mit einem Klick auf den entsprechenden Button im Projektmanager.

Im Schaltplaneditor finden Sie an der rechten Seite mehrere Buttons über die Sie die verschiedenen Programmfunktionen erreichen.

Mit einem Klick auf den Button zum hinzufügen von Bauteilen erreichen Sie die Bauteilebibliothek von Kicad.

Wenn Sie diese Bibliothek einmal durchsehen, werden Sie feststellen, dass zwar viele Bauteile bereits enthalten sind – aber längst nicht alle. Das macht aber weiter nichts, denn in Kicad können Sie im Bauteile-Editor eigene Bauteile entwerfen und der Bibliothek hinzufügen. Eine kleine Anleitung zum Erstellen eigener Bauteile werde ich in der nächsten Zeit hier veröffentlichen. Aber für diese kleine Übung greifen wir der Einfachheit halber auf die bereits vorhandenen Bauteile zurück.

Nun platzieren Sie bitte der Reihe nach alle benötigten Bauteile auf der Zeichenfläche des Schaltplaneditors. Für die 5 Volt-Spannungsstabilisierung brauchen wir einen Festspannungsregler vom Typ 7805.

Der Bibliotheksbrowser

Zur Auswahl der Bauteile eignet sich der Bibliotheksbrowser mit seinen drei Fensterflächen ganz gut. Im ersten Fenster werden die Verzeichnisse angezeigt, im zweiten ihre jeweiligen Inhalte und im dritten Fenster wird das Schaltplansymbol des Bauteils angezeigt. Mit Klick auf den rechten Button (3) in der Symbolleiste wird das Bauteil in die Schaltung übernommen.

Als nächstes Bauteil wählen Sie bitte einen Elektrolyt-Kondensator aus dem Verzeichnis device, mit der Bezeichnung CP1.

Elektrische Bauteile haben natürlich einen bestimmten Wert. Bei einem Kondensator ist das die Kapazität, angegeben in der Einheit Farad, mit dem Zeichen F.

Im Kontextmenü des Bauteils (rechte Maustaste) finden Sie einen Menüpunkt „Bauteil editieren“ mit dem Unterpunkt „Wert“. In dem erscheinenden Dialogfenster tragen Sie bitte den Wert 4,7µF ein. Sollte bei Ihnen ebenfalls das µ (Alt Gr M) vom Programm nicht übernommen werden, tragen Sie stattdessen ein kleines u ein.

Nun kopieren Sie bitte das Bauteil ( Kontextmenü – Bauteil kopieren ) und platzieren es ungefähr so wie im nächsten Bild dargestellt.

Auf die gleiche Weise brauchen Sie jetzt nur noch zwei weitere Kondensatoren (device – C) mit 100nF in die Schaltung zu setzen.

Bauteile rotieren

Die beiden Bauteile conn_2 sind Verbindungselemente, aus dem Verzeichnis conn der Bauteilebibliothek. Damit die Anschlüsse auf der richtigen Seite liegen, müssen Sie das Bauteil rotieren. Führen sie dazu den Mauszeiger über das Bauteil und drücken den Buchstaben „r“ auf Ihrer Tastatur. Mit einem Klick wird das Bauteil in und an der aktuellen Position übernommen.

Der folgende Screencast gibt Ihnen einen zusammenhängenden Überblick der hier beschriebenen Arbeitsschritte.

Hier geht’s weiter: Platinenlayout mit Kicad Teil 2

(Nachtrag: Viele gute Tipps zu Kicad finden Sie auf der Projektseite )

 

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Platinenherstellung – Platinenlayout mit Kicad Teil 1 zuletzt geändert : Januar 3rd, 2011 by ba