Die Schaltung und das Platinenlayout

Nachdem entschieden war, welche Technik zum Einsatz kommen würde, mussten die Schaltung entworfen und die Platine gelayoutet werden. Dabei werden die Position der Chips und Anschlüsse festgelegt und alle Bauteile müssen über Leiterbahnen miteinander verbunden werden.

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Da Tinkerforge auf den durchgängigen Einsatz von Open-Source-Software achtet und es auch für die bisherigen Entwürfe zum Einsatz kam, wurde zum Layouten Kicad benutzt. Das Programm steht unter der GNU GPL v2-Lizenz und ist für Windows, Linux und OS X verfügbar.

Allerdings stieß Kicad bei diesem Projekt an seine Grenzen: "Es war eine große Fummelei", erzählt Nordmeyer. Gerade die Anbindung des RAMs an den Prozessor sei eine große Herausforderung gewesen. Dabei müsste eine Vielzahl von Leiterbahnen gezogen werden, welche die gleiche Länge haben müssen, damit die Signale tatsächlich zur gleichen Zeit ankommen. Das heißt, dass je nach ihrer Position Leiterbahnen nicht auf dem kürzesten Wege geführt werden dürften, sondern mäandern müssten. Gleichzeitig dürfe aber auch der Impedanz (frequenzabhängige Widerstand) der Leitungen nur in Grenzen variieren, und eine gegenseitige Beeinflussung durch elektromagnetische Feldeffekte müsse beachtet werden (Übersprechen beziehungsweise Crosstalk).

  • Platinenentwurf des Red-Brick, Oberseite (Bild: Tinkerforge)
  • Schema der Anbindung des RAMs an den Prozessor (Bild: Tinkerforge)
  • Tatsächlicher, mäandernder Verlauf der Leiterbahnen (in Weiß) auf der Platine (Bild: Tinkerforge)
  • Rahmen mit den ersten unbestückten Prototyp-Platinen (Bild: Tinkerforge)
  • Prototyp-Platine mit einigen darauf gelegten, aber noch nicht verlöteten Bauelementen wie dem Prozessor und dem RAM (Bild: Tinkerforge)
Tatsächlicher, mäandernder Verlauf der Leiterbahnen (in Weiß) auf der Platine (Bild: Tinkerforge)

Kommerzielle Programme haben dafür meist Funktionen, die dafür sorgen, dass mehrere Leiterbahnen stets identische Längen aufweisen, definierte Abstände einhalten und künstliche Verlängerungen einbauen. Eines der bekanntesten ist Eagle, von dem es auch eine kostenfreie Version gibt, die einige Einschränkungen aufweist, für kleinere Projekte aber ausreicht. Im Gegensatz zu Kicad ist aber dessen Speicherformat wie jenes anderer kommerzieller Programme proprietär, was den Austausch erschwert.

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 Tinkerforge: Wie ein Prozessorboard entstehtDer erste echte Prototyp 
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Volvoracing 09. Mai 2014

Spricht ja nichts dagegen differentiell zu "mäandern". Primär geht/ging es mir darum, die...

barforbarfoo 06. Mai 2014

Ist Minecraft turing vollständig?

am (golem.de) 06. Mai 2014

Damit direkt ein Monitor angeschlossen werden kann. Zielgruppe sind Leute, die sich aufs...

gente 06. Mai 2014

Mich hätte interessiert welcher EMS den Zuschlag für die Produktion erhalten hat - wei...

MarioWario 06. Mai 2014

Schön beschrieben - erinnert mich an die Probleme mit RAM-Modulen (Spannung und Clock...



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