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Schnell zur eigenen Platine Teil 2: Kleiner ECAD-Test

Nach dem ersten Teil, in dem ich die Vorüberlegungen zur Entwicklung einer kleinen Platine für meinen 3D-Drucker beschrieben habe, geht es nun zur Praxis des Platinenlayouts. Ich muss warnend vorausschicken, dass ich kein Elektroniker bin und für eine kleine Platine zum einen keine tagelange Einarbeitungszeit durchmachen wollte. Sicherlich ist ein Tool zur professionellen Leiterplattenentwicklung unter diesen Voraussetzungen etwas im Nachteil, aber es müsste heutzutage auch diesen Systemen möglich sein, eine einfach zu bedienende Oberfläche bereitzustellen.

Zum anderen setzte ich anfänglich voraus, dass jede Software in diesem Bereich die genannten Bauteile in einer Bibliothek hat – und zwar in den beiden benötigten Ausführungen als Schaltsymbol und als „Footprint“, das ist die tatsächliche Anordnung der Kontakte des Bauteils. Waren diese nicht vorhanden, brach ich den Test ab – ich wollte schließlich nicht beginnen, die Bibliothek erst mit Standardteilen zu füllen. Deshalb ist dies ein sehr subjektiver und oberflächlicher Testbericht, der allerdings für jeden, der wie ich ab und zu mal eine Schaltung umsetzen und dazu eine Platine herstellen möchte, relevant ist.

Der Workflow ist immer derselbe. Man definiert zunächst den Schaltplan, indem man die Komponenten aus der Bibliothek lädt und die Verbindungen zwischen den Kontakten herstellt. Dann schaltet man in die Layoutansicht, wo man die Bauteile – diesmal nicht als Symbol, sondern als Footprint – auf der Platine platziert. Die Verbindungen aus dem Schaltplan sind als „Gummibandstriche“ zwischen den Kontakten sichtbar. Während des Verlegens der Leiterbahn bleibt das Gummiband vom aktuellen Ende der Leiterbahn zum Kontakt sichtbar, so dass man immer sieht, wohin es gehen soll.

Nun geht es ans Routing, also die Definition der Leiterbahnen. Die Schwierigkeit dabei ist, die Bauteile und Bahnen so anzuordnen, dass sie sich möglichst nicht kreuzen. Natürlich ist es möglich, auf der Oberseite – die Leiterbahnen sind auf der Unterseite – Drahtbrücken zu legen, aber dies sollte so selten wie möglich geschehen, weil es mehr Arbeit bedeutet und die Brücken die Platine unübersichtlich machen.

Einige Systeme bringen Autorouter mit, die jedoch alle die Schaltung nicht auf einer Seite unterbringen konnten. Ich dachte, es sei eine gute Idee, den Autorouter soweit möglich arbeiten zu lassen und den Rest mit Drahtbrücken zu erledigen, ich musste jedoch lernen, dass das keinen Sinn macht – der Autorouter lässt natürlich nicht unbedingt die am einfachsten zu brückenden Verbindungen übrig.

Also wird per Hand geroutet, was eine ziemlich komplexe Aufgabe ist. Ich bin bisher auch noch nicht fertig, weil es sich immer wieder zeigt, dass nicht genug Platz für Leitungen ist und die Bauteile umsortiert werden müssen – was wiederum das bisherige Routing nutzlos macht.

Eagle

Die Schaltplanansicht in Eagle, sehr übersichtlich und gut zu bedienen.
Die Schaltplanansicht in Eagle, sehr übersichtlich und gut zu bedienen.

Eagle von CADsoft – das bayerische Unternehmen ist seit 2009 im Besitz des Bauteilelieferanten Farnell – ist eines der verbreitetsten ECAD-Systeme – wo ich hinkomme, sei es in Maschinenbaufirmen oder bei Formula Student-Teams, Eagle wird zum Entwurf der Schaltungen benutzt. Und auch wenn der Name Eagle für Einfach Anzuwendender Grafischer Layout-Editor steht, ist das natürlich kein Programm, in das man sich innerhalb weniger Minuten einarbeitet. Die kostenlose Version ist auf eine nutzbare Platinenfläche von 100x80mm beschränkt, es können nur zwei Signal-Lagen (Top und Bottom) verwendet werden und der Schaltplan-Editor kann nur eine Seite erzeugen – mein Projekt sollte also machbar sein.

Die Leiterbahnen in Eagle machten leider, was sie wollten.
Die Leiterbahnen in Eagle machten leider, was sie wollten.

Ich bin auch sehr weit gekommen – manchmal scheitert man allerdings an Kleinigkeiten, in diesem Fall habe ich nicht herausgefunden, wie die Rasterfangfunktion einzuschalten ist. Der Autorouter brachte ein gutes Ergebnis, das man mit wenigen manuell eingebauten Brücken hätte fertigstellen können. Allerdings hüpften mir die manuell angepassten Bahnen wegen des sich seltsam verhaltenden Rasters immer wieder zu nah an andere Bahnen heran, beim Ätzen würden sich Brücken bilden. Trotzdem war ich begeistert, wie weit ich gekommen bin.

 

 

Target

Schaltplan- und Layoutansicht, hier in Target.
Schaltplan- und Layoutansicht, hier in Target.

Auch hinter Target steckt ein deutscher Hersteller, das Ingenieurbüro Friedrich aus Eichenzell nahe Fulda. Die freie Version ist auf 250 Pins beschränkt, also ebenso für kleine Hobbyprojekte geeignet. Die Suche in den Bibliotheken ist recht komplex, es bereitete einige Mühe, die Bauteile zu finden. Das Erstellen des Schaltplans ging dann schnell von der Hand, bis sich zeigte, dass die Verbindungen nur an den Kontakten der Bauteile fest“kleben“, wenn man sehr genau zielt. Ich musste praktisch jede Verbindung mehrmals an den Kontakt hinführen, was dann zum Abbruch der Bearbeitung führte

Fritzing

Fritzing ist der dritte im Bunde der Desktop-Softwarepakete, hier handelt es sich um ein Open Source-Projekt, das auch die Arbeit auf einem virtuellen Steckbrett ermöglicht. Ich habe die Bauteile in der Bibliothek nicht gefunden, was den Test sehr schnell zu Ende gebracht. Das Youtube-Video zeigt eine Einführung in das System:

 

Upverter

Upverter: "No footprint available" - von Widerständen???
Upverter: „No footprint available“ – von Widerständen???

In dieser Cloudlösung konnte ich nicht einmal einen Widerstand, geschweige denn eine DSub-25-Buchse mit Footprint finden, also endete der Test sehr schnell. Vielleicht gibt es diese Teile ja sogar, aber wenn es eine Software schafft, diese mehr als eine halbe Stunde vor mir zu verstecken, stufe ich das als „schlecht bedienbar“ ein.

Circuits.io

Auf der Autodesk University 2014 in Darmstadt bin ich erstmals auf diese Cloudlösung aus der 123D-Serie von Autodesk gestoßen und es war eigentlich das erste System, das ich getestet habe. Die Bibliothek ist übersichtlich, die Bedienung einfach, nur ließen sich unter Firefox Verbindungen, die man falsch gelegt hatte, nicht mehr löschen, Widerstände „vergaßen“ den eingegebenen Wert. Das machte die Software zunächst nicht zu nutzen, bis ich den Tipp bekam, es mit Chrome zu versuchen – und siehe da, es klappte. Die Software ist schnell und intuitiv zu bedienen, ich habe mich schließlich für Circuits.io entschieden, um die Platine fertigzumachen.

Circuits.io: Mein Favorit mit kleinen Schwächen in der Sachaltplandarstellung.
Circuits.io: Mein Favorit mit kleinen Schwächen in der Sachaltplandarstellung.

In einer Telefonkonferenz sagte mir Karel Bruneel, dem Gründer des vor einem Jahr von Autodesk übernommenen Unternehmens, dass zum einen die Probleme mit Firefox (und Internet Explorer) behoben werden sollen und auch die Unart der Software, mehrere Verbindungen in der Schaltplanansicht übereinanderzulegen, in Bälde gelöst sein soll. Nach Aussage Bruneels konzentrierte sich die Entwicklungsmannschaft in letzter Zeit stark auf die Simulationsfeatures – Es lassen sich Schaltungen mit integriertem Arduino komplett online simulieren – und ein Autorouter soll später in diesem Jahr folgen.

Ich bin allerdings auch ohne Autorouter weit gekommen, die Platine ist nahezu fertig. Circuits.io bietet zum einen die Möglichkeit, direkt Platinen zu bestellen, dies soll nicht einmal sehr teuer sein (5 Dollar pro Quadratzoll für drei zweilagige Platinen (Mindestbestellmenge)), aber die Lieferung aus den USA dauert nach Aussagen von 123D Circuits-Community Manager Rob Robers einige Wochen. Zum anderen lässt sich das Layout im Gerber-Format herunterladen, das wiederum jeder Platinenhersteller verarbeiten kann. Und es gibt Softwarepakete, die Gerber-Layouts in ein Programm für den 3D-Drucker umwandeln, so dass ich doch noch zu meinem Platinchen kommen werde! Schaltpläne usw. werden natürlich veröffentlicht, wenn ich fertig bin und die Platine getestet ist.

Fazit

Mein Testsieger ist Circuits.io, die Bedienung ist sehr einfach, der Funktionsumfang für kleinere bis mittlere Projekte ausreichend, mit großen Schaltplänen dürfte es jedoch unübersichtlich werden. Platz 2 hat Eagle, bei dem ich wirklich positiv überrascht war, wie schnell ich in eine so mächtige und komplexe Lösung hineinfinde. Bei den anderen Systemen scheiterte ich vor allem an den schlecht zu bedienenden oder unvollständigen Bibliotheken.

 

1 Comment

  1. Pingback:Schnell zur eigenen Platine Teil 1: Vorüberlegungen

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