Einfache Tricks, um „Crossed“ zu minimieren

Jakob von Benin | 02. Juni 2022

Eines der häufigsten Probleme, die ich beim Schaltplan- und PCB-Layout sehe, sind vertauschte Drähte. Beispielsweise hat der Designer die Sendeleitung der USART-Peripheriegeräte mit der Sendeleitung des Empfangsgeräts anstatt mit der Empfangsleitung verbunden. Der Designer dachte, er hätte Recht gehabt, aber vielleicht hat jedes Gerät aus einer anderen Perspektive angegeben, was Tx und Rx bedeuten. Bei zwei Wahlmöglichkeiten garantiert Murphys Gesetz, dass wir in 100 % der Fälle die falsche Wahl treffen. In diesem Beitrag werden einige PCB-Tricks erläutert, mit denen Designer einen Fehler aufgrund einer gekreuzten Leitung beheben können.

Wenn wir feststellen, dass wir die Tx/Rx- oder die CTS/RTS-Leitungen vertauscht haben, wissen wir zu 100 %, dass wir noch einmal zurückgehen und das PCB-Design überarbeiten müssen, um es richtig zu machen. In der Zwischenzeit werden die Elektroingenieure und Softwareentwickler diese Platinen zum Testen benötigen. Normalerweise gehe ich davon aus, dass Designer davon ausgehen, dass sie es gleich beim ersten Versuch schaffen. Bei einer falschen Annahme wird der Designer oder das Board-Haus gezwungen sein, einem lästigen Verfahren zu folgen, das Folgendes umfasst:

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Dadurch werden zwar die elektrischen Verbindungen repariert, das Ergebnis ist jedoch ein empfindliches und fehleranfälliges Franken-Board.

Designer sollten ihre Platine so gestalten, dass sie mit Fehlern rechnen müssen. Schließlich sind wir nur Menschen. Schauen wir uns nun zwei Tricks an, mit denen sich solche Fehler leicht nacharbeiten lassen.

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Der erste Trick, den Designer anwenden können, besteht darin, auf jeder Leiterbahn zwei Durchkontaktierungen anzubringen, wie in Abbildung 1 dargestellt. Die Durchkontaktierungen bieten hier zwei Vorteile. Erstens gibt es eine prominente Stelle zum Durchtrennen der Leiterbahn, um die Verbindung zwischen den beiden Geräten zu trennen. Zweitens sind die Durchkontaktierungen eine perfekte Stelle zum Löten von Drähten! Wir können Nacharbeitsdraht verwenden und ihn in die beiden Durchkontaktierungen einlöten, vorausgesetzt, wir haben sie richtig dimensioniert. Der Zeitaufwand für die Nacharbeit ist minimal und die Platinenreparatur ist wesentlich robuster. Obwohl wir wissen, dass die Softwareentwickler die Drähte wahrscheinlich immer noch irgendwie beschädigen werden, dürfte es länger dauern, und wenn doch, ist die Reparatur einfach, da es sich nicht um eine unterbrochene Spur handelt.

Abbildung 1 – Integrieren Sie auf jeder Leiterbahn zwei Durchkontaktierungen, um Fehler beim Schneiden und Überbrücken von Drähten zu vermeiden.

Die Verwendung einiger Durchkontaktierungen ist eine vernünftige Lösung, aber ich mag es nicht, Leiterbahnen auf der Platine schneiden zu müssen. Ich mag es auch nicht, zusätzliche Löcher in die Platine einbauen zu müssen, auch weil dadurch die Platinenkosten steigen können. (Obwohl der Kostenanstieg ehrlich gesagt minimal ist und zusätzliche Testpunkte für das Debuggen bereitgestellt werden, was immer von Vorteil ist.) Wenn ich eine Leiterplatte entwerfe, füge ich Inline-Widerstände auf den Leiterbahnen hinzu, wie in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2 – Durch die Verwendung eines Inline-Widerstands werden schnell eine vorgeschnittene Leiterbahn und Pads zum Löten von Überbrückungsdrähten bereitgestellt.

Wenn der Designer beim Entwerfen der Platine keine Fehler machen würde, würde er einen 0,001-Ohm-Widerstand bestücken. Sollte es jedoch zu einem Fehler kommen, wird das Board eingerichtet, um das Problem in wenigen Minuten zu beheben.

Der Inline-Widerstand-Trick ist im Wesentlichen die gleiche Idee wie der Multiple-Via-Trick, nur dass wir weniger Arbeit haben! Die Pads für die Inline-Widerstände „schneiden“ die Leiterbahn automatisch für uns. Die Pads bieten auch einen hervorragenden Lötpunkt, um Überbrückungsdrähte an die richtigen Anschlüsse zu löten! Auch hier würde ich empfehlen, die gelöteten Drähte festzuheften, um zu verhindern, dass Spannungen die Pads von der Platine abheben und diese beschädigen.

Es kommt zwangsläufig zu Schaltplan- und Leiterplattenfehlern. Egal wie viel Erfahrung Sie haben, irgendwann wird es ein Problem geben. Anstatt davon auszugehen, dass wir es gleich beim ersten Versuch schaffen, planen Sie Fehler ein. Probleme mit gekreuzten Leitungen bei Tx/Rx- und RTS/CTS-Paaren lassen sich auf Prototypenplatinen mit minimaler Nacharbeit leicht beheben, indem entweder Inline-Widerstände verwendet oder ein paar zusätzliche Durchkontaktierungen zu den Leiterbahnen hinzugefügt werden. Sie werden froh sein, dass Sie vorausgedacht haben, wenn Sie ein Dutzend Bretter haben, die überarbeitet werden müssen.

Jacob Beningo ist ein Berater für eingebettete Software, der mit Kunden in mehr als einem Dutzend Ländern zusammenarbeitet, um deren Unternehmen durch die Verbesserung der Produktqualität, der Kosten und der Markteinführungszeit dramatisch zu transformieren. Er hat zu viele Blogs veröffentlicht, um die Architektur, Prozesse und Entwicklungstechniken eingebetteter Software aufzuzählen, ist ein gefragter Redner und technischer Trainer und verfügt über drei Abschlüsse, darunter einen Master of Engineering der University of Michigan. Sie können Jacob unter [email protected] kontaktieren und sich für seinen monatlichen Embedded Bytes-Newsletter anmelden.

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