kicad_vortrag/presentation.typ

// ============================================================================
// presentation.typ — KiCad: vom Schaltplan zum Gerber (2- und 4-Layer)
//
// Bauen:   make presentation.pdf   bzw.   typst compile presentation.typ
//
// Screenshots:
//   Die Folien enthalten Platzhalter (`shot(...)`), die genau beschreiben,
//   welche KiCad-Aufnahme fehlt. So wird's ersetzt:
//     1. Screenshot in KiCad machen (Fenster vorher auf ~16:9-Zuschnitt bringen)
//     2. Als PNG speichern unter assets/<name>.png
//        (Name steht im Platzhalter, z. B. assets/07-routing.png)
//     3. Die `shot(...)`-Zeile durch ein Bild ersetzen, z. B.
//          #img("assets/07-routing.png", width: 76%, caption: [Routing in Pcbnew])
//   Die Folie „Screenshot-Checkliste“ am Ende listet alle 15 Aufnahmen.
// ============================================================================

#import "template.typ": *

// ---- Palette-Erweiterung (nur für die Querschnitts-Diagramme) --------------
#let cu = ember                 // Kupfer  -> Terrakotta aus der Deck-Palette
#let mask = accent              // Lötstopp -> Petrol („blaue Platine“)
#let fr4 = luma(226)            // FR4-Kern
#let prepreg = luma(238)        // Prepreg

// ---- Helfer -----------------------------------------------------------------

// Quellenzeile am Folienboden (wie in presentation01.typ).
#let src(body) = {
  v(0.3em)
  block(
    width: 100%,
    fill: paper.darken(3%),
    inset: (x: 6pt, y: 3.5pt),
    radius: 2pt,
    text(size: 9.5pt, fill: luma(145))[#text(fill: accent)[Quellen:] #body],
  )
}

// Screenshot-Platzhalter: beschreibt die fehlende Aufnahme + Zieldatei.
// Ersetzen durch: #img("assets/<name>.png", width: .., caption: [..])
#let shot(name, what, tip: none) = block(
  width: 100%,
  stroke: (paint: luma(190), thickness: 1pt, dash: "dashed"),
  fill: wash,
  radius: 3pt,
  inset: (x: 0.6em, y: 0.5em),
  {
    text(font: mono, size: 0.58em, weight: "bold", fill: ember, tracking: 0.08em)[
      SCREENSHOT → assets/#(name + ".png")
    ]
    v(0.12em)
    text(size: 0.72em)[#what]
    if tip != none {
      v(0.08em)
      text(size: 0.62em, fill: luma(110))[#tip]
    }
  },
)

// Eine Schicht im Querschnittsdiagramm: Farbband links, Beschriftung rechts.
#let _band(fill, h, label, sub: none) = grid(
  columns: (1fr, 112pt),
  column-gutter: 0.8em,
  rect(width: 100%, height: h, fill: fill, stroke: 0.5pt + luma(150), radius: 2pt),
  align(horizon + left, {
    set text(size: 8.5pt)
    label
    if sub != none {
      linebreak()
      set text(size: 7.5pt, fill: luma(120))
      sub
    }
  }),
)

// Querschnitt 2-Layer.
#let stack-2() = block(width: 100%, {
  _band(mask.lighten(40%), 8pt, [Lötstopp + Bestückungsdruck (Top)])
  _band(cu, 11pt, [Kupfer Top], sub: [Signale, 35 µm])
  _band(fr4, 20pt, [FR4-Kern], sub: [≈ 1,5 mm])
  _band(cu, 11pt, [Kupfer Bottom], sub: [GND-Fläche, 35 µm])
  _band(mask.lighten(40%), 8pt, [Lötstopp (Bottom)])
})

// Querschnitt 4-Layer.
#let stack-4() = block(width: 100%, {
  _band(mask.lighten(40%), 8pt, [Lötstopp (Top)])
  _band(cu, 11pt, [Kupfer Top], sub: [Signale])
  _band(prepreg, 7pt, [Prepreg], sub: [≈ 0,2 mm])
  _band(accent, 11pt, [In1.GND], sub: [Masse-Referenz])
  _band(fr4, 18pt, [FR4-Kern], sub: [≈ 1,0 mm])
  _band(accent-soft, 11pt, [In2.PWR], sub: [Versorgung])
  _band(prepreg, 7pt, [Prepreg])
  _band(cu, 11pt, [Kupfer Bottom], sub: [Signale])
  _band(mask.lighten(40%), 8pt, [Lötstopp (Bottom)])
})

// Prozesskasten für die Werkzeugkette (Stil wie diagrams.typ::_pipebox).
#let _kbox(title, ..lines, highlight: false) = block(
  width: 100%,
  stroke: (
    paint: if highlight { accent } else { luma(205) },
    thickness: if highlight { 1.1pt } else { 0.6pt },
  ),
  fill: if highlight { accent.lighten(94%) } else { paper },
  radius: 3pt,
  inset: (x: 5pt, y: 6pt),
  align(center)[
    #text(size: 10pt, weight: "bold")[#title]
    #v(2pt)
    #for l in lines.pos() [ #text(size: 8.5pt, fill: luma(110))[#l] #v(1pt) ]
  ],
)

#let _arrow = text(fill: accent)[→]

// Werkzeugkette in zwei Reihen.
#let workflow-pipeline() = block(width: 100%, {
  grid(
    columns: (1fr, 10pt, 1fr, 10pt, 1fr, 10pt, 1fr),
    _kbox("Schaltplan", "Eeschema:", "Symbole & Werte"), _arrow,
    _kbox("ERC", "Verbindungen &", "Flags prüfen"), _arrow,
    _kbox("Footprints", "Symbol ↔ Gehäuse", "zuweisen"), _arrow,
    _kbox("PCB-Import", "Netzliste &", "Ratsnest in Pcbnew"),
  )
  align(center, text(fill: accent, size: 0.85em)[↓])
  grid(
    columns: (1fr, 10pt, 1fr, 10pt, 1fr, 10pt, 1fr, 10pt, 1fr),
    _kbox("Platzieren", "Umriss &", "Signalfluss"), _arrow,
    _kbox("Routen", "Leitungen & Vias"), _arrow,
    _kbox("Zonen", "GND-Flächen"), _arrow,
    _kbox("DRC & 3D", "Regeln prüfen"), _arrow,
    _kbox("Gerber", "Plotten & Bohren", "→ Fertigung", highlight: true),
  )
})

// ---- Folientext -------------------------------------------------------------

#show: presentation.with(
  title: "KiCad",
  subtitle: "Platinen-Design in der Praxis: 2-Layer und 4-Layer — vom Schaltplan zum Gerber-Export",
  author: "Your Name",
)

#slide(title: "Ablauf")[
  - *KiCad-Überblick*: Suite, Projektmodell, Werkzeugkette
  - *2-Layer in der Praxis*: Schaltplan → Layout → Fertigungsdaten
  - *4-Layer*: Stackup, Masse, Versorgung, Rückstrompfade
  - *Prüfung & Fertigung*: DRC, 3D, Gerber, Bohrdaten
  - *Screenshot-Checkliste* für die Aufnahmen in dieser Folienvorlage
  #v(0.6em)
  Danach: Worauf besteht besonderes Interesse?
]

// ===================================================================
#section("KiCad-Überblick", note: "Werkzeuge & Workflow")
// ===================================================================

#slide(title: "Was ist KiCad?")[
  - *Freie Open-Source-EDA-Suite* (GPLv3) für Schaltplan & Leiterplatte
  - Ein Projekt, ein Dateisatz: `.kicad_pro`, `.kicad_sch`, `.kicad_pcb` — \
    Textformate, git-tauglich
  - Integriert: Symbol- & Footprint-Editor, SPICE-Simulation, 3D-Viewer, \
    DRC/ERC, Gerber-Betrachter (GerbView), CLI (`kicad-cli`)
  - Plattformübergreifend (Windows/Linux/macOS), aktuelle Version 9.x
  #v(0.5em)
  #src[Offizielles Handbuch: docs.kicad.org]
]

#slide(title: "Werkzeugkette")[
  #workflow-pipeline()
  #v(0.5em)
  - Iterativ: jede Schaltplan-Änderung → `Werkzeuge → PCB aus Schaltplan aktualisieren`
  - Erst wenn Schaltplan & ERC sauber sind, beginnt das Layout
]

#slide(title: "Projekt & Schaltplan")[
  - Projekt-Manager: `Datei → Neu → Projekt` — legt `.kicad_pro` + leere Schematik an
  - In Eeschema: Symbole platzieren (`A`), verdrahten (`W`), Werte & \
    Referenzen (R1, C3 …) eindeutig annotieren
  - Beispiel für den Vortrag: Spannungsversorgung + MCU-Modul mit Entkopplung
  #v(0.5em)
  #grid(
    columns: (1fr, 1fr),
    gutter: 1.2em,
    shot("01-projektmanager", [KiCad-Startfenster mit geöffnetem, noch leerem Beispielprojekt; Icon-Leiste sichtbar]),
    shot("02-schaltplan", [Eeschema mit fertigem Beispielschaltplan inkl. Titelblock]),
  )
]

#slide(title: "ERC — Schaltung prüfen")[
  - `Prüfen → Elektrische Regeln prüfen` (ERC): offene Pins, unverbundene \
    Drähte, fehlende Spannungs-Flags (`PWR_FLAG` an Versorgung & GND)
  - Warnungen verstehen und beheben — nicht wegwarrowen
  - Erst wenn ERC grün ist: Footprints zuweisen und ins Layout
  #v(0.5em)
  #shot("03-erc", [ERC-Dialog mit Ergebnisliste und „0 Verstöße“], tip: [Menü: Prüfen → Elektrische Regeln prüfen])
]

// ===================================================================
#section("2-Layer-Layout", note: "Der Standard-Workflow")
// ===================================================================

#slide(title: "Aufbau: 2 Lagen im Querschnitt")[
  #stack-2()
  #v(0.6em)
  - Zwei Kupferlagen (Top/Bottom) auf einem FR4-Kern; außen Lötstopp + Bestückungsdruck
  - Bewährte Rollenverteilung: *Top = Signale, Bottom = durchgehende GND-Fläche* \
    (Rückstrompfade, Entstörung)
  - Günstigste Fertigungsvariante — Grenzen bei hoher Packungsdichte und EMV-Anforderungen
]

#slide(title: "Footprints zuweisen & importieren")[
  - `Werkzeuge → Footprints zuweisen`: Symbol → Gehäuse; nach Abmessungen, \
    Pins, Bohrbild filtern; mechanische Maße vorher im Datenblatt prüfen
  - In Pcbnew: `Werkzeuge → PCB aus Schaltplan aktualisieren` — Footprints + \
    Ratsnest erscheinen
  #v(0.5em)
  #grid(
    columns: (1fr, 1fr),
    gutter: 1.2em,
    shot("04-footprint-zuweisung", [Dialog „Footprints zuweisen“: Spalten Symbol / Footprint / Vorschau]),
    shot("05-update-pcb", [Dialog „PCB aus Schaltplan aktualisieren“ mit Änderungsliste]),
  )
]

#slide(title: "Setup, Umriss & Platzieren")[
  #grid(
    columns: (1.05fr, 1fr),
    gutter: 1.4em,
    [
      - *Board-Setup* (Datei → Board-Setup): Netz-Klassen — Signal 0,25 mm, \
        PWR 0,5–0,8 mm; Via-Klasse 0,6/0,3 mm; Abstandsregeln
      - Platinenumriss auf *Edge.Cuts* zeichnen (z. B. 80 × 50 mm, Ecken runden)
      - Platzieren nach *Signalfluss*: Connectoren & Befestigungen zuerst und \
        fixieren (sperren), dann ICs, dann Entkopplungs-Cs direkt an die \
        Versorgungspins
    ],
    shot("06-floorplan", [Pcbnew: Platinenumriss + platzierte Footprints mit sichtbarem Ratsnest (dünne weiße Verbindungen)]),
  )
]

#slide(title: "Routen (2 Layer)")[
  #grid(
    columns: (1.05fr, 1fr),
    gutter: 1.4em,
    [
      - `X` routen — *kritische Signale zuerst*: Takt, PWM, Analog; kurze Wege, \
        wenige Vias
      - `V` während des Routens: Via platzieren + Lagewechsel Top ↔ Bottom
      - PWR-Leitungen breiter routen (Netz-Klasse); GND läuft fast nur über die Fläche
      - Raster: 1,27 / 0,635 mm (THT) bzw. 0,25 mm (SMD-Pitch)
    ],
    shot("07-routing", [Aktive Leiterbahn beim Routen; Lagen-Auswahl-Widget unten links auf „F.Cu“], tip: [Am besten live demo-fähig halten: gleiche Ansicht später auf dem Beamer]),
  )
]

#slide(title: "Zonen — GND-Fläche")[
  - Kupferfläche zeichnen (`K`)? Nein: `Werkzeuge → Polygonzüge` bzw. \
    Zeichnen-Werkzeug „Fläche“; dann Zone-Eigenschaften:
    *Netz GND, Lage B.Cu, thermische Reliefs* für Pads
  - *Stitch-Vias*: GND-Verbindungen Top ↔ Bottom nahe kritischen Bauteilen \
    (Entkopplung, Quarze, Spannungsregler)
  - Nach jeder Änderung Zonen auffüllen (`B`) — erst danach DRC
  #v(0.5em)
  #shot("08-zone", [Zonen-Eigenschaften-Dialog: Netz GND, Lage B.Cu, Vorrang, Füllparameter], tip: [Rechtsklick auf die Fläche → „Flächen…“])
]

#slide(title: "Prüfen & Exportieren (2L fertig)")[
  - *DRC* (`Prüfen → Designdefinitionen prüfen`): Abstände, offene Verbindungen \
    (Ratsnest leer), Masken- & Bohrabstände
  - *3D-Viewer* (`Ansicht → 3D-Betrachter`): Gehäuse- & Montage-Kollisionen sichtbar
  - Export: Gerber X2 + Excellon-Bohrdaten → ZIP an die Fertigung
  #v(0.5em)
  #grid(
    columns: (1fr, 1fr),
    gutter: 1.2em,
    shot("09-drc", [DRC-Dialog mit Constraints links und Ergebnisliste „0 Verstöße“]),
    shot("10-3d-viewer", [3D-Betrachter: fertige 2-Layer-Platine, leicht gedreht, mit Bauteilen]),
  )
]

// ===================================================================
#section("4-Layer-Layout", note: "Stackup, Masse & Versorgung")
// ===================================================================

#slide(title: "Warum 4 Layer?")[
  #grid(
    columns: (1.15fr, 1fr),
    gutter: 1.4em,
    [
      - *Referenzebene direkt unter jedem Signal* → geschlossene \
        Rückstromschleifen, deutlich weniger Abstrahlung
      - *Impedanzkontrolle* (USB, Ethernet, RF): definiert über Kupferdicke & \
        Dielektrikum
      - *Versorgung als eigene Lage*: niedrige Impedanz, Signal-Routen bleiben frei
      - Standardaufbau 1,6 mm, 4 Kupferlagen — Aufpreis meist geringer als \
        der Aufwand „dichter 2-Layer“
    ],
    stack-4(),
  )
]

#slide(title: "Typische Stackups")[
  #grid(
    columns: (1fr, 1fr),
    gutter: 1.2em,
    panel(c: accent)[
      *A · Allrounder (Standard)*
      - Top: Signale · In1: *GND* · In2: *PWR* · Bottom: Signale
      - GND-Referenz nahe den Top-Signalen, Versorgung als ganze Lage
    ],
    panel(c: ember)[
      *B · High-Speed*
      - Top: Signale · In1: *GND* · In2: *GND* · Bottom: Signale
      - Beste Referenz-Situation; Versorgung als breite Zonen auf den \
        Signal-Lagen
    ],
  )
  #v(0.6em)
  - *Symmetrisch aufbauen* (gleiche Dicken über/unter der Mitte) → geringer \
    Verzug beim Reflow-Löten
  - Beide Varianten: Kupferlagen 1 oz (35 µm), Kern + 2× Prepreg, gesamt ≈ 1,6 mm
]

#slide(title: "Stackup in KiCad einrichten")[
  - `Datei → Board-Setup → Stapelaufbau`: Innenlagen *In1.Cu / In2.Cu* \
    hinzufügen, Kupferdicken & Prepreg eintragen, Namen vergeben (In1.GND …)
  - *Impedanz* im selben Dialog: Zielpunkt (z. B. 50 Ω Single, 90 Ω diff) → \
    empfohlene Leiterbahnbreite je Lage
  - Netzklassen & Abstände wie beim 2-Layer; Thermal-Reliefs für Plane-Anbindung
  #v(0.5em)
  #grid(
    columns: (1fr, 1fr),
    gutter: 1.2em,
    shot("11-stackup-4l", [Board-Setup → Stapelaufbau: 4 Kupferlagen mit Dicken, Dielektrika und Lagen-Namen]),
    shot("12-impedanz", [Impedanz-Anzeige/-spalte im Stapelaufbau-Dialog mit berechneten Werten je Signallage]),
  )
]

#slide(title: "Layout-Aufgaben bei 4 Layern")[
  #grid(
    columns: (1.1fr, 1fr),
    gutter: 1.4em,
    [
      - *GND-Ebene durchgehend halten* — Schlitze und Splitting sind \
        Rückstromfallen unter den Signalen
      - Lagewechsel: *Rückstrom-Via (GND) direkt neben* dem Signal-Via
      - *Stitching-Vias* GND ↔ GND regelmäßig über die Fläche verteilen
      - Entkopplung: Pad → Via → Plane, so kurz wie möglich; \
        Versorgungszonen auf In2 über Via-Paare anbinden
    ],
    shot("13-4l-fertig", [Fertiges 4-Layer-Board, in der Lagen-Ansicht nur In1.GND sichtbar: durchgehende Massefläche mit Stitching-Vias], tip: [Lagen-Liste links: nur In1.Cu + Vias einblenden]),
  )
]

// ===================================================================
#section("Prüfung & Fertigung", note: "DRC, Gerber, Bohrdaten")
// ===================================================================

#slide(title: "Endkontrolle")[
  - *Innenlagen sichtbar machen*: Lagen-Liste einzeln durchschalten — \
    GND-Fläche wirklich geschlossen? Versorgungszonen komplett?
  - *DRC* mit Herstellerrules: Clearance, Annular Ring, Abstand zu Bohrungen
  - *3D-Check* + STEP-Export (`Datei → Exportieren → STEP`) für das Gehäusedesign
  - Faustregel: erst Zonen auffüllen (`B`), dann DRC laufen lassen
]

#slide(title: "Gerber & Bohrdaten")[
  - `Datei → Fertigungsoutputs → Plotten…`: Format *Gerber X2*; alle Kupfer- \
    Lagen, Lötstopp, Bestückungsdruck, Edge.Cuts
  - Bohrdateien separat erzeugen (Excellon) — beides zusammen in ein ZIP
  - Kontrolle in *GerbView*: jede Lage laden und durchschauen, bevor es zur \
    Fertigung geht
  #v(0.5em)
  #grid(
    columns: (1fr, 1fr),
    gutter: 1.2em,
    shot("14-plot", [Plot-Dialog: Format Gerber X2, Layer-Liste mit Haken, Pfade & Optionen]),
    shot("15-gerbview", [GerbView mit geladenen Gerber-Lagen (z. B. F.Cu, B.Cu, Masken), Farbe je Lage]),
  )
]

#slide(title: "Screenshot-Checkliste")[
  #set text(size: 11.5pt)
  Alle Platzhalter in dieser Folienvorlage — Aufnahme machen, als \
  `assets/<name>.png` speichern, `shot(...)` durch `img(...)` ersetzen:
  #v(0.4em)
  #table(
    columns: (auto, auto, 1fr),
    stroke: (bottom: 0.5pt + luma(210)),
    inset: (x: 4pt, y: 2.5pt),
    [*Nr*], [*Datei*], [*Motiv*],
    [01], [projektmanager], [Projekt-Manager mit leerem Beispielprojekt],
    [02], [schaltplan], [Eeschema: fertiger Beispielschaltplan],
    [03], [erc], [ERC-Dialog, Ergebnisliste],
    [04], [footprint-zuweisung], [Dialog „Footprints zuweisen“],
    [05], [update-pcb], [Dialog „PCB aus Schaltplan aktualisieren“],
    [06], [floorplan], [Pcbnew: Umriss + platzierte Footprints + Ratsnest],
    [07], [routing], [Routing aktiv, Lagen-Widget unten links],
    [08], [zone], [Zonen-Eigenschaften (GND, B.Cu)],
    [09], [drc], [DRC-Dialog mit Ergebnis],
    [10], [3d-viewer], [3D-Ansicht der 2-Layer-Platine],
    [11], [stackup-4l], [Board-Setup → Stapelaufbau mit 4 Kupferlagen],
    [12], [impedanz], [Impedanzwerte im Stapelaufbau-Dialog],
    [13], [4l-fertig], [4-Layer-Board, nur In1.GND sichtbar],
    [14], [plot], [Plot-Dialog mit Gerber X2 und Layer-Liste],
    [15], [gerbview], [GerbView mit geladenen Lagen],
  )
]

#slide(title: "Tastenkürzel (Layout)")[
  #table(
    columns: (auto, 1fr, auto, 1fr),
    stroke: (bottom: 0.5pt + luma(210)),
    inset: (x: 4pt, y: 2.5pt),
    [*Taste*], [*Funktion*], [*Taste*], [*Funktion*],
    [`X`], [Leiterbahn routen], [`M`], [Bauteil verschieben],
    [`V`], [Via + Lagewechsel], [`R`], [Bauteil drehen],
    [`U`], [verbundene Leiterbahn wählen], [`E`], [Eigenschaften bearbeiten],
    [`B`], [Zonen auffüllen], [`Entf`], [Element löschen],
  )
  #v(0.5em)
  - `V` gilt bei 4-Layern für *jede* Lage — so springt man z. B. von Top nach \
    In1.GND und zurück
]

#slide(title: "Quellen & Links")[
  - `docs.kicad.org` — offizielles Handbuch & Getting Started (de/en)
  - `kicad.org` — Downloads, Versionshinweise, Blog
  - `forum.kicad.info` — Community-Forum
  - `gerber-format.com` — Gerber-Spezifikation (Ucamco)
  - Design-Rules der eigenen Fertigung (z. B. JLCPCB, PCBWay, AISLER) — vor \
    dem Layout in das Board-Setup übernehmen
]

#slide(title: "Diskussion")[
  - Was zeigen wir *live*? (2-Layer-Demo in ~15 min realistisch)
  - Worauf besteht besonderes Interesse? EMV, Impedanz, Gehäuse, Fertigung?
  #v(1em)
  #align(center, text(size: 1.3em, weight: "bold")[Danke — Fragen?])
]