Einführung Praktische Elektrotechnik. (Labor) Labor 2 Anleitung. Der Studiengänge Elektrotechnik/Informationstechnik und Technische Informatik

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1 (Labor) Einführung Praktische Elektrotechnik Praktische Elektrotechnik (Labor) Labor 2 Anleitung Der Studiengänge Elektrotechnik/Informationstechnik und Technische Informatik von Dipl.-Phys. Michael Bauer

2 Inhalt 1. EAGLE-EINFÜHRUNG SCHALTPLAN LAYOUT DESIGNRULES UND BAUTEILBIBLIOTHEKEN ANHANG Schaltplan: Begriffe Layout: Begriffe Layout: Maßeinheiten und Pinabstände... 8

3 1. EAGLE-Einführung Die beiden Termine Labor 2 und Labor 3 dienen zur Einführung des computerunterstützten Entwurfs elektronischer Schaltungen. Sie arbeiten sich selbständig in das Programm EAGLE ein. Eventuell auftauchende Unklarheiten können an den Laborterminen ausgeräumt werden. Im Labor ist eine freie Version des Programms installiert, die Sie auch direkt vom Hersteller der Software herunterladen können. Den Link auf die entsprechenden Seiten des Herstellers finden Sie auf den Internetseiten zum Labor unter Hilfsmittel. Zur Verfügung stehen neben deutschen und englischen Versionen auch Installationspakete für Windows und Linux sowie ein ausführliches Tutorial, ebenfalls in Deutsch und Englisch. Wir empfehlen Ihnen dringend, das Tutorial nicht nur durchzulesen, sondern parallel dazu das Gelernte mit EAGLE praktisch einzuüben. Sie sollten anschließend in der Lage sein, ein komplettes Design vom Schaltplan bis zum Leiterplattenlayout auch ohne die Hilfe des Tutorials zu erstellen. Als Übungsbeispiel wäre die im Tutorial erwähnte Schaltung demo1.sch geeignet. Weitere Beispiele finden Sie auf den Internetseiten des Labor Praktische Elektrotechnik : Beispiel 1: EAGLE Einführung Beispiel 2: eval16f870_ver12 In Beispiel 1 wird Schritt für Schritt das Vorgehen zur Erstellung eines kompletten Designs erklärt. Dieses Beispiel ist für Leute gedacht, die keinerlei Erfahrung mit dieser Materie haben. In Beispiel 2 sehen Sie eine Schaltung, die so oder ähnlich bei Projektarbeiten eingesetzt wird. So wie Beispiel 2 könnten auch die Aufgaben im Rahmen der EAGLE- Prüfungen aussehen. Drucken Sie sich zum Üben den Schaltplan von Beispiel 2 und das Layout von Beispiel 2 aus, geben Sie die Schaltung ein und konstruieren Sie das Layout entsprechend den Beispielen. Sie werden an den folgenden Laborterminen erstmals die Rechner im Raum T nutzen. Erinnert sei hier deshalb noch einmal an einige Passagen aus der Laborordnung: Die Konfiguration der Rechner darf nicht verändert werden. Also keine Installation oder Deinstallation von Software, keine Veränderung des Startmenüs oder Desktops usw. In den PC-Pools ist die Einnahme von Speisen und Getränken untersagt. Melden Sie eventuell auftretende Hard- und Softwareprobleme umgehend beim Betreuer. Die folgenden Kapitel sollten nach dem Durcharbeiten des Tutorials gelesen werden. Sie fassen wichtige Schritte zum Erstellen von Schaltplan, bzw. Layout sowie einige elementare Designregeln zusammen. Auf die Einhaltung der genannten Designregeln wird auch bei der EAGLE-Prüfung geachtet. 1

4 2. Schaltplan Vorgehensweise beim Erstellen / Designregeln 1. Definition des Zeichnungsrahmens 2. Platzieren der Bauelemente (add). - Bitte die zur Verfügung gestellten Bibliotheken verwenden. - Bauteilsymbole nicht überlappend platzieren 3. Eingeben der Bauteilwerte (value) 4. Zeichnen der Busse (bus) 5. Zeichnen der Verbindungen zwischen den Bauelementen (net) - Busse und Netze nur senkrecht und waagrecht verlegen 6. Benennen der Verbindungen (label) - eindeutige Zuordnung von Netzen zu Namen beachten - sinnvolle Namensgebung 7. Fehlerprüfung (ERC = Electrical Rule Check) 3. Layout Vorgehensweise beim Erstellen / Designregeln 1. Definition der Leiterplattenabmessungen 2. Platzieren der Bauelemente - Bauelemente mit vorgegebener Position zuerst platzieren - zusammengehörende Bauteilgruppen beachten (z.b. Spannungsversorgung) - Anzahl der Überschneidungen bei Luftlinien minimieren (smash) - Abstände zu Leiterplattenrand einhalten 3. Routen der Verbindungen - nur 45 -Winkel bei Richtungsänderung - T-Abzweigungen vermeiden - Leiterbahnen möglichst kurz - möglichst wenige Vias - keine Vias unter Bauteilen 4. ggf. Erstellen von Kupferflächen - Abstand zwischen Kupferfläche und Leiterplattenrand > 1 mm 5. Fehlerprüfung (DRC = Design-Rule-Check). - Bitte die zur Verfügung gestellten Designrules verwenden. 6. Position von Referenzbezeichnern und Bauteilwerten durch Verschieben und Drehen auf gute und einheitliche Lesbarkeit hin optimieren 2

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6 4. Designrules und Bauteilbibliotheken Wichtig bei der Erstellung von Layouts sind so genannte Designrules. Darin werden Regeln bzw. Vorschriften definiert die das Layout erfüllen muss. Man kann diese Designrules mit den Bauvorschriften beim Hausbau vergleichen. Auf Basis solcher Regeln kann dann das Layout automatisch überprüft werden. Es werden zum Beispiel folgende Dinge festgelegt: Minimale und Maximale Leiterbahnbreite Abstände zwischen den Leiterbahnen Abstände von Leiterbahnen zum Leiterplattenrand (vergleichbar mit dem Grenzabstand beim Hausbau) Da für die Definition von solchen Regeln eine Menge Erfahrung notwendig ist, werden Ihnen die entsprechenden Regeln zur Verfügung gestellt. EAGLE speichert diese Regeln in Files mit der Endung *.dru ab. Bei der Erstellung eines neuen Layouts können diese Files wieder eingelesen und verwendet werden. Kopieren Sie sich daher im Beispielen 1 und Beispiel 2 das entsprechende File in Ihren Projektordner und öffnen es in Ihrem Projekt. Wie das funktioniert wird in Beispiel 1 genau beschrieben. Jemand der zum erstenmal mit einem CAE-Programm wie EAGLE arbeitet hat große Mühe die entsprechenden Bauteile in den verschiedenen Bibliotheken zu finden. Aus diesem Grund wird Ihnen im Beispiel 1 und Beispiel 2 jeweils eine Bibliothek zur Verfügung gestellt, die nur die Bauteile enthält, die zu der entsprechenden Schaltung gehören. In EAGLE hat ein File einer Bibliothek immer die Endung *.lbr. Kopieren Sie sich im Beispiel 1 und Beispiel 2 das entsprechende File in Ihren Projektordner und öffnen es in Ihrem Projekt. Wie das funktioniert wird in Beispiel 1 genau beschrieben. 4

7 5. Anhang 5.1. Schaltplan: Begriffe Anschluß an Leitungsbündel (Bus entry) Leitungsbündel (Bus) Leitungsverbindung (Junction) Pinnummer Leitung/Netz (Net) Bauteilwert (Value) Referenzbezeichner (Name) Bauteilanschluß (Pin) Bauteilsymbol (Symbol) Netzname (Label) 5

8 5.2. Layout: Begriffe 6

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10 5.3. Layout: Maßeinheiten und Pinabstände Gängige Maßeinheit beim Layout: 1 mil = 1/1000 inch = mm = 25.4 µm Beispiele für Pinabstände DIP14 SOP14 SSOP14 TSOP mil 50 mil 26 mil 20 mil PLCC44 PQFP44 50 mil 31 mil DIP dual inline package SOP small outline package SSOP shrink small outline package TSOP thin small outline package PLCC plastic leadless chip carrier PQFP plastic quad flat pack 8