Teilen Sie Ihre Projekte: Hilfreiche Leiterplatten herstellen

May 02, 2023

Wenn es um Dinge geht, die Hacker bauen, machen Leiterplatten einen großen Teil unserer kreativen Leistung aus. Kein Wunder – PCB-Design ist eine leistungsstarke Möglichkeit, an der Hardware-Welt teilzuhaben und Ihre Ideen mithilfe einer freundlichen PCB-Fabrik noch greifbarer zu machen. Oft ist es sogar noch schöner, wenn die Leiterplatte für Sie entworfen wurde und Sie nur noch auf „Senden“ klicken müssen – Bonuspunkte, wenn Sie ein paar Änderungen nach Ihren Wünschen vornehmen können!

Oftmals sind unsere Projekte jedoch noch Neuland und es muss ein neues Design entstehen. Wir wählen Steckverbinder aus, arbeiten mechanische Abmessungen durch, entwerfen einen Schaltplan und überprüfen ihn mit anderen, fertigen das Layout an und schauen es uns noch ein paar Mal an, bevor wir es zur Produktion schicken. Für eine einfache Platine reicht das aus – aber es macht natürlich keinen Spaß, bei „einfach“ zu bleiben, wenn es so viele Dinge gibt, die man zu kaum einem Preis machen kann.

Gehen wir einen Schritt zurück – Sie haben gerade ein Board entworfen und es ist großartig! Es verfügt über alle Chips und Anschlüsse, die Sie benötigen könnten, und sollte theoretisch sogar beim ersten Versuch funktionieren. Seien wir ehrlich, es gibt eine unbestreitbare Tendenz: Je mehr Leiterplatten Sie entwerfen, desto besser wird jede nächste, und Sie lernen auch, weniger Zeit mit jeder Leiterplatte zu verbringen. Da ich über zweihundert Leiterplatten im Gepäck habe, möchte ich Ihnen eine Reihe von Abkürzungen zeigen, die Ihre Leiterplatte für Sie selbst und andere nützlicher machen.

Es gibt einige Möglichkeiten, wie Sie Ihre PCB-Projekte wirkungsvoller teilen können – ich möchte ein paar einfache Früchte hervorheben, seien es README.md-Dateien oder Markierungen auf der PCB selbst. Ich habe ziemlich viel mit der externen und eingebetteten Dokumentation von Leiterplatten sowie mit PCB-Freigabemethoden experimentiert, dabei einige unterhaltsame Ergebnisse erzielt und möchte mein Toolkit anhand einiger eindrucksvoller Beispiele und einfacher Tricks teilen. Ich würde auch gerne von Ihrem hören – lass uns chatten!

Die meisten von uns beginnen mit einer Leiterplatte, die mit Referenzbezeichnern bedeckt ist, und das ist in Ordnung – schließlich ist dies die Standardeinstellung für viele Leiterplattenwerkzeuge. Achten Sie jedoch darauf, ein paar wichtige Dinge nicht zu vergessen! Schließlich sind leere Leiterplatten zwar geheimnisvoll, aber es ist schon eine Kunstform, eine leere Leiterplatte herauszuziehen, ohne dass es danach mühsam wird.

Zunächst einmal gibt es auf Ihrer Leiterplatte viel Platz für Dinge, an die Sie vielleicht nicht gedacht haben. Sie werden einige Dinge vergessen, Sie werden einige Dinge durcheinander bringen, und jede andere Person, der Sie es geben, wird noch weniger wissen – wenn Sie Siebdruck auf bestimmte Weise verwenden, können Sie Ihre Leiterplatte nicht nur elektrisch miteinander verbinden, sondern auch um Sie über deren Zweck, Möglichkeiten und Grenzen auf dem Laufenden zu halten.

Gibt es eine Warnung, die Benutzer Ihrer Leiterplatte beachten sollten, auch wenn Sie in Zukunft der einzige Benutzer wären? Bringen Sie es auf den Siebdruck! Zum Beispiel Eingangsspannungen und Polarität für Stromanschlüsse – wenn es sich nicht um einen Standardanschluss handelt, sei es USB oder PS/2, ist es zumindest wunderbar, kleine „+“ und „-“ auf der Platine anzubringen, und das gilt umso mehr, wenn Sie einen haben ein Batteriehalter! Selbst wenn es sich bei Ihrem Eingang um USB-A oder MicroUSB handelt, was ein großartiger Ersatz für den „5V-Eingang“ ist, könnte es sich lohnen, die Stromstärke anzugeben, wenn Ihr Board mehr als 500mA-1A verbrauchen würde – da USB-Anschlüsse oft nur Strom liefern können so viel.

Pinbelegungen sind als Referenz nützlich, aber sie dienen auch als eine Art Warnung – eine zusätzliche Überprüfung, bevor Sie etwas anschließen. Sie sparen auch eine Menge Zeit, wenn Sie Dinge verkabeln – Sie müssen sich ablenken und überprüfen Ein Datenblatt, ein PCB-Bild oder sogar ein KiCad-Fenster während des Lötens können Sie sicher verlangsamen.

Als Richtlinie gilt, dass jeder Stecker eine auf dem Siebdruck markierte Pinbelegung hat, von allen Seiten aus ist er zugänglich. Seien wir fair: Wenn Desktop-Motherboards die Pinbelegung der Frontplatten-Header auf dem Siebdruck anbringen würden, anstatt sie im Handbuch zu vergraben, wären wir alle nur ein kleines bisschen glücklicher. In den Momenten, in denen Sie die Platine in der Hand haben und sie unbedingt verwenden möchten, ist es etwas frustrierend, die Pinbelegung im Benutzerhandbuch nachschlagen zu müssen – und oft gibt es eine Möglichkeit, sie auf dem Siebdruck anzupassen Geben Sie ein wenig Rücksicht auf die Zukunft von Ihnen oder allen anderen, denen Sie eine Leiterplatte anvertraut haben.

Natürlich haben Sie möglicherweise nicht immer Platz. Sie können jedoch immer noch Abkürzungen verwenden – das QWIIC-ähnliche „GND VCC SDA SCL“ kann bei Bedarf zu „GVDC“ abgekürzt werden. Sie können auch Dinge wie die Änderung der Pad-Form tun, um unterschiedliche Strom-Pin-Typen abzugrenzen – verwenden Sie beispielsweise immer das quadratische Pad für GND. Oh, und der Siebdruck ist nicht der ausschließliche Ort für Ihren Text – Sie können Text auf die Lötstopplackschicht auftragen, um entweder silberne (HASL) oder goldene (ENIG) Beschriftungen zu erhalten, oder möglicherweise Text mit höherer Auflösung auf die Kupferschicht schreiben, wenn Sie haben genügend Platz auf der Leiterplatte. Sie können sogar Markierungen auf dem Kupfer in Ihren Pads anbringen, erinnern Sie sich?

Müssen Sie all dies hinzufügen? NEIN! Möchten Sie zumindest einige davon hinzufügen? Absolut! Wählen Sie die Dinge aus, von denen Sie denken, dass sie Ihnen leicht fallen, machen Sie sie zur Gewohnheit und Sie werden schnell die Fähigkeit erlangen, Ihre Boards für sich selbst sprechen zu lassen.

An dieser Stelle möchte ich mich dagegen aussprechen, Referenzbezeichner auf Ihrem PCB-Siebdruck anzubringen – Sie wissen schon, Dinge wie R3 oder C149. Bedenken Sie Folgendes, es sei denn, Sie haben viel Platz auf einem Board: Es gibt viele andere Dinge, die Priorität haben, und je vollgepackter Ihr Board ist, desto weniger Platz haben Sie für diese Dinge.

Referenzbezeichner enthalten eine Menge Informationen, sind visuell unübersichtlich, ihre Anordnung nimmt viel Zeit in Anspruch und sie sind außergewöhnlich situativ. Meiner Erfahrung nach sind Pinbelegungen, Anweisungen, Warnungen und Beschreibungen Gold wert, Referenzbezeichnungen jedoch nicht. Sicherlich interessiert der Benutzer vielleicht, dass die Hohlbuchse im Schaltplan mit J1 gekennzeichnet ist, aber weiß er, für welchen Spannungsbereich sie gedacht ist? Welche davon sollen sie Ihrer Meinung nach im Auge behalten? Welche davon möchten Sie beim Experimentieren schnell überprüfen?

Das Löschen aller Referenzbezeichner ist ganz einfach. Danach bleibt Ihnen eine Menge zusätzlicher Platz – irgendwo, wo Sie Ihre Pinbelegungen, Anweisungen, Diagramme oder sogar Hoffnungen und Träume unterbringen können. Ich persönlich setze keine Referenzbezeichner auf Platinen, und wenn Sie noch nicht darüber nachgedacht haben, sie zu entfernen, empfehle ich Ihnen, dies zu tun.

Man könnte argumentieren, dass es manchmal gute Gründe für Referenzbezeichner gibt, und dem stimme ich zu – es ist nur so, dass sie situativ sind. Ihr Leiterplattenhersteller sollte keine Bezeichner benötigen – viele Leiterplatten werden heutzutage ohnehin ohne diese freigegeben, und Sie können ihnen jederzeit ein Leiterplattenbild zur Verfügung stellen, auf dem stattdessen die F.Fab- und B.Fab-Ebenen exportiert werden. Denken Sie darüber nach, Überarbeitungsanweisungen für Ihre Benutzerbasis zu veröffentlichen? Sie sollten in jedem Fall Bilder bereitstellen.

Normalerweise belasse ich Referenzbezeichnungen für Dinge wie Jumper, wichtige Teile wie vom Benutzer einstellbare Stromeinstellwiderstände und Anschlüsse – darüber hinaus macht es wenig bis gar keinen Sinn, wenn Referenzen auf dem Siebdruck Platz beanspruchen.

Nun gibt es etwas, das in veröffentlichten Leiterplatten oft fehlt – und das ist eine README-Datei. Es ist etwas mühsam, einen Github-Link zu öffnen und nichts außer einer kicad_pcb- und einer kicad_sch-Datei zu sehen – diese reichen aus, aber ich würde gerne mehr über die Funktionsweise Ihres Boards erfahren , über den Dateinamen hinaus. und es ist auch nicht schwer, etwas hinzuzufügen!

Nehmen wir an, Sie haben gerade eine Leiterplatte entworfen. Sie haben gerade einen metaphorischen Punkt in Ihr Projekt eingefügt, und Sie haben immer noch den gesamten Kontext im Kopf, und es ist ein befriedigender Punkt, an dem man sich befindet – ist das nicht wunderbar? Während Sie einen beliebigen Teil des Forums jederzeit zur Verfügung haben, öffnen Sie eine README-Datei in Ihrem Texteditor und verbringen Sie ein bis zwei Minuten damit, den Inhalt Ihres Gehirns in eine Textdatei zu kopieren. Wobei hilft Ihre Leiterplatte? Welche Chips oder Teile sind für seinen Zweck entscheidend? Ist es nicht wunderbar, dass die Leiterplatte fertig ist, und möchten Sie nicht, dass die Welt von all den coolen Funktionen erfährt, die Sie hinzugefügt haben?

Schreiben Sie also alles auf, so oft Sie Lust dazu haben, aber schreiben Sie etwas. Eigentlich brauchen Sie nur ein oder zwei Sätze für eine ausreichende README-Datei, und wenn Sie nicht zu müde sind, schreiben Sie vielleicht noch ein paar mehr. Wie viele Sätze Sie auch schreiben, es ist wichtig, dass eine README-Datei vorhanden ist. Ich persönlich beginne mit einer Vorlage, die ein paar alltägliche Board-Dinge und vorab ausgefüllte Metadatenfelder auflistet und auch Dinge wie Haftungsausschlüsse darüber enthält, dass das Design ungetestet oder unvollendet ist – das ist durchaus lohnenswert!

Es gibt noch mehr Verwendungsmöglichkeiten für eine README-Datei – wenn Sie beispielsweise eine neue Version veröffentlichen, können Sie einen Abschnitt hinzufügen, in dem beschrieben wird, was sich geändert hat, was behoben wurde, was hinzugefügt oder entfernt wurde – fügen Sie sie einfach als Aufzählungspunkte in dieselbe README-Datei ein. Dies hilft beim Debuggen und informiert den Benutzer darüber hinaus, dass es mehr als eine Version dieses Boards gibt.

Einige meiner persönlichen Projekte befinden sich in der fünften Überarbeitung, wobei sich das Aussehen der Leiterplatte seit langem stabilisiert hat. Die Versionsnummer an einer gut sichtbaren Stelle zu haben, war eine lebensrettende Übung – vor allem, wenn ich es mit einer Leiterplatte zu tun habe, bei der Version 2 einfach funktioniert, Version 1 jedoch eine intensive Reparatur des Lackdrahts erfordert. Anders als bei Software kann es sich bei der PCB-Version um eine einzelne Nummer handeln – der PCB-Release-Zyklus ist viel langsamer als bei Software, sodass Dinge wie Semver nur verschwendeter PCB-Platz wären.

Da ich meine Leiterplatten häufig und manchmal sogar von anderen Menschen verwende, bin ich zu einer kurzen Benennungsformel gekommen, die gut funktioniert. Auf dem Siebdruck habe ich „BOARDNAME by AUTHOR, vVERSION“ eingegeben – zum Beispiel „PS/2 to USB adapter by Arya, v1“. Es ist kurz und bündig, und selbst wenn Sie keine Energie haben, am Siebdruck der Tafel zu arbeiten, ist dies vielleicht das, was bleiben kann.

Bei Leiterplatten möchte man sie manchmal mit allen anderen teilen, aber selbst wenn man das nicht vorhat, muss man sie in Zukunft trotzdem mit sich teilen. Diese wenigen Aspekte sind wichtig, und wenn Sie lernen, sich vorzubereiten, werden Sie feststellen, dass Ihre Arbeit für andere nützlicher ist als je zuvor.