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2025-12-02 11:52:36 +01:00
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+# 🔌 Universal Voron Power & CAN HAT (EWS)
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+> 🌍 **Sprachen:** [English](README.md) | [Deutsch](README.de.md)
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+Ein universelles Interface-Board (HAT) für Raspberry Pi 4/5 und Radxa Rock 5B zur Verwendung in Voron 3D-Druckern. Bietet eine leistungsstarke 5V-Versorgung (8A), CAN-Bus-Interface (USB-Bridge oder Native), USB-Hub und Lüftersteuerung.
+
+![Universal Voron Power & CAN HAT](img/EWS.png)
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+## 📚 Inhalt
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+<!-- @import "[TOC]" {cmd="toc" depthFrom=1 depthTo=6 orderedList=false} -->
+
+<!-- code_chunk_output -->
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+- [🔌 Universal Voron Power & CAN HAT (EWS)](#-universal-voron-power--can-hat-ews)
+  - [📚 Inhalt](#-inhalt)
+  - [🎯 Über EWS](#-über-ews)
+  - [✨ Features](#-features)
+    - [🔋 Stromversorgung (24V Eingang)](#-stromversorgung-24v-eingang)
+    - [⚡ DC/DC Wandler (5V Ausgang)](#-dcdc-wandler-5v-ausgang)
+    - [🔌 Logik-Spannungsversorgung (Power Path)](#-logik-spannungsversorgung-power-path)
+    - [🧠 MCU & CAN Interface](#-mcu--can-interface)
+    - [📡 USB Hub](#-usb-hub)
+    - [🌊 Lüftersteuerung](#-lüftersteuerung)
+  - [📋 Klipper Konfiguration](#-klipper-konfiguration)
+    - [Basis MCU Setup](#basis-mcu-setup)
+    - [Lüftersteuerung](#lüftersteuerung)
+  - [🔌 Pinout & Steckerbelegung](#-pinout--steckerbelegung)
+    - [Stromeingang](#stromeingang)
+    - [CAN-Bus Anschlüsse](#can-bus-anschlüsse)
+    - [USB Anschlüsse](#usb-anschlüsse)
+    - [Lüftersteuerung](#lüftersteuerung-1)
+  - [🛠️ PCB Spezifikationen](#️-pcb-spezifikationen)
+  - [⚠️ Fertigungsempfehlungen](#️-fertigungsempfehlungen)
+    - [PCB-Fertigung](#pcb-fertigung)
+    - [Bestückungshinweise](#bestückungshinweise)
+    - [Bauteilbeschaffung](#bauteilbeschaffung)
+  - [🛠️ Technische Spezifikationen](#️-technische-spezifikationen)
+  - [📚 Weitere Ressourcen](#-weitere-ressourcen)
+  - [Lizenz](#lizenz)
+
+<!-- /code_chunk_output -->
+
+## 🎯 Über EWS
+
+**EWS** steht für "Eierlegende Wollmilchsau" - ein humorvoller Begriff für eine Universallösung, die alles kann. Dieses HAT wird seinem Spitznamen gerecht, indem es mehrere essentielle Funktionen für Voron 3D-Drucker-Steuerungssysteme in einem einzigen, kompakten Board vereint.
+
+Das Board adressiert häufige Problemstellen in Voron-Builds durch robuste Stromverteilung, zuverlässige CAN-Kommunikation und praktische USB-Konnektivität bei gleichzeitiger Kompatibilität mit Raspberry Pi und Radxa Rock 5B Single-Board-Computern.
+
+## ✨ Features
+
+### 🔋 Stromversorgung (24V Eingang)
+
+- **Eingangsspannung:** 24V DC nominal
+- **Anschlüsse:** XT30PW-F (liegend) oder 5.08mm Schraubklemme
+- **Verpolschutz:** P-Channel MOSFET (CJAC70P06, -60V, -70A, RDSon ca. 8mOhm)
+- **Gate-Schutz MOSFET:** 15V Zener-Diode (BZT52C15S) zwischen Source und Gate
+- **Spannungsteiler:** 30kOhm (Gate-Source) und 30kOhm (Gate-GND)
+- **Überspannungsschutz:** TVS-Diode (SMAJ26A, 26V Standoff, Unidirektional) platziert NACH dem MOSFET gegen GND
+- **Eingangssicherung:** Verteilte Absicherung (5A für DC/DC, je 5A für CAN-Anschlüsse)
+
+### ⚡ DC/DC Wandler (5V Ausgang)
+
+- **Controller:** MaxLinear XR76208 (Synchroner Step-Down, 8A, COT)
+- **Eingangssicherung:** 5A SMD 1812 Slow Blow
+- **Ausgangsspannung:** 5.25V (eingestellt über Feedback-Teiler: R_Top=15.5kOhm, R_Bottom=2.0kOhm)
+- **Schaltfrequenz:** ca. 600kHz (eingestellt über Ron=30kOhm)
+- **Induktivität:** 3.3µH Shielded (Sunlord MDA1050-3R3M, Isat ca. 17A)
+- **Eingangskondensatoren:** 4x 10µF 1206 Keramik + 1x 100µF Elektrolyt/Polymer (Bulk)
+- **Ausgangskondensatoren:** 4x 22µF 1206 Keramik
+- **Stabilität:** Feed-Forward Kondensator (Cff) 1nF parallel zum oberen Feedback-Widerstand
+- **Soft-Start:** 100nF an Pin SS (ca. 6ms Anlaufzeit)
+- **Stromlimit:** 5.6kOhm Widerstand am ILIM Pin
+- **Enable:** Spannungsteiler von 24V (100kOhm oben, 22kOhm unten) = ca. 4.3V am Pin
+
+### 🔌 Logik-Spannungsversorgung (Power Path)
+
+- **Konzept:** Trennung in +5V_PWR (Hochstrom für Screen/Webcam) und +5V_LOGIC (für MCU/Hub)
+- **Dioden-Weiche (ORing):** 2x Schottky-Dioden (1N5819WS, 1A)
+  - Quelle 1: USB_VBUS (vom Pi/PC) → Diode → +5V_LOGIC
+  - Quelle 2: +5V_BUCK (vom 8A Regler) → Diode → +5V_LOGIC
+- **Zweck:** Board ist per USB flashbar ohne 24V-Versorgung, kein Rückstrom in den PC
+- **3.3V Erzeugung:** LDO (XC6206) gespeist aus +5V_LOGIC
+
+### 🧠 MCU & CAN Interface
+
+- **Mikrocontroller:** STM32G0B1KBU6 (UFQFPN-32)
+- **Taktung:** Crystal-less (Interner HSI48 mit Clock Recovery System CRS über USB)
+- **Pi-Verbindung:**
+  - USB (PA11/PA12) an USB-Hub
+  - UART (PA9/PA10) an Pi-Header (Pin 8/10) über Jumper trennbar
+  - NRST an Pi GPIO 22 (via 1kOhm) + Taster gegen GND + 100nF Cap
+  - BOOT0 (Pin 24/PA14 shared mit SWCLK) an Pi GPIO 27 (via 1kOhm) + Taster gegen 3.3V + 10kOhm Pull-Down
+- **CAN-Transceiver:** MCP2542WFD (oder kompatibel)
+- **Muxing:** Jumper wählbar zwischen STM32 (USB-CAN Bridge) und Rock/Pi Native GPIOs (Pin 3/5)
+- **Terminierung:** 120 Ohm Widerstand, zuschaltbar per DIP-Switch (direkt an den Buchsen)
+- **CAN-Anschlüsse:** 2x Molex Micro-Fit 3.0 (2x2)
+- **Micro-Fit Pinout:** Pin 1=24V, Pin 2=GND (Obere Reihe), Pin 3=CAN_H, Pin 4=CAN_L (Untere Reihe)
+- **CAN-Stromabsicherung:** Je 5A SMD 1812 Slow Blow pro Port
+
+### 📡 USB Hub
+
+- **Controller:** WCH CH334F (QFN-24)
+- **Geschwindigkeit:** USB 2.0 High Speed (480 Mbit/s) mit MTT
+- **Taktung:** Intern (Crystal-less), XI/XO Pins offen gelassen
+- **Versorgung:** V5 an +5V_LOGIC
+- **Upstream:** Zum Raspberry Pi Header (USB Loopback Kabel erforderlich) oder USB-C Input
+- **Downstream Ports:**
+  - STM32 (Intern)
+  - USB-C Buchse (für Touchscreen)
+  - USB-A Buchse (Vertikal, für Webcam)
+  - JST-XH Header (Intern, Belegung: 5V, D-, D+, GND)
+
+**USB Port Absicherung:**
+- **Konzept:** 100µF Elko als Tank an +5V_PWR, gefolgt von Polyfuse, gefolgt von 22µF Keramik an der Buchse
+- **USB-C Port (Screen):**
+  - Polyfuse: 4.0A Hold Current (Derating für Hot Chamber berücksichtigt)
+  - CC-Leitungen: CC1 und CC2 jeweils mit eigenem 10kOhm Widerstand an VBUS (hinter der Sicherung) gezogen (Source 3A Advertisement)
+  - ESD-Schutz: SRV05-4 TVS-Array
+- **USB-A Port (Webcam):**
+  - Polyfuse: 1.5A Hold Current
+  - ESD-Schutz: SRV05-4 TVS-Array
+
+### 🌊 Lüftersteuerung
+
+- **Anschluss:** Dual-Footprint JST-XH (2.54mm) und JST-PH 2-Pin parallel
+- **Treiber:** N-Channel MOSFET (AO3400)
+- **STM32 Pin:** PA8 (Timer 1, Hardware PWM fähig)
+- **Fail-Safe:** 10kOhm Pull-Up Widerstand vom Gate nach 3.3V (Lüfter läuft 100% bei Reset/Flash-Vorgang)
+- **Gate-Serienwiderstand:** 1kOhm
+
+## 📋 Klipper Konfiguration
+
+### Basis MCU Setup
+```ini
+[mcu hat]
+canbus_uuid: your_uuid_here
+# Alternative für USB-Verbindung:
+# serial: /dev/serial/by-id/usb-katapult_stm32g0b1xx_your_id-if00
+
+[temperature_sensor hat_mcu]
+sensor_type: temperature_mcu
+sensor_mcu: hat
+```
+
+### Lüftersteuerung
+```ini
+[temperature_fan mcu_fan]
+pin: hat:!PA8
+# Hinweis: Invertiert wegen Fail-Safe Pull-Up Logic
+sensor_type: temperature_mcu
+sensor_mcu: hat
+max_power: 1.0
+shutdown_speed: 1.0
+cycle_time: 0.01
+hardware_pwm: True
+target_temp: 50.0
+min_temp: 10
+max_temp: 80
+control: pid
+pid_kp: 1.0
+pid_ki: 0.5
+pid_kd: 2.0
+```
+
+## 🔌 Pinout & Steckerbelegung
+
+### Stromeingang
+- **XT30PW-F (liegend)** oder **5.08mm Schraubklemme**
+  - Pin 1: +24V
+  - Pin 2: GND
+
+### CAN-Bus Anschlüsse
+- **2x Molex Micro-Fit 3.0 (2x2, THT)**
+  - Pin 1: +24V (obere Reihe, links)
+  - Pin 2: GND (obere Reihe, rechts)
+  - Pin 3: CAN_H (untere Reihe, links)
+  - Pin 4: CAN_L (untere Reihe, rechts)
+
+### USB Anschlüsse
+- **USB-C:** Touchscreen-Verbindung (5V/3A Fähigkeit)
+- **USB-A:** Webcam-Verbindung (vertikale Montage)
+- **JST-XH Intern:** 5V, D-, D+, GND
+
+### Lüftersteuerung
+- **JST-XH/PH 2-pin:** PWM Lüftersteuerung (5V Schaltung)
+
+## 🛠️ PCB Spezifikationen
+
+| Parameter | Spezifikation |
+|-----------|---------------|
+| **Formfaktor** | Standard HAT (65mm x 56mm) |
+| **Lagenaufbau** | 4-Layer Multilayer |
+| **Layer 1 (Top)** | Signal/Power |
+| **Layer 2** | GND Plane |
+| **Layer 3** | 5V Power Plane |
+| **Layer 4 (Bottom)** | Signal/GND |
+| **Lötstopplack** | Schwarz Matt |
+| **Oberfläche** | ENIG (Gold) |
+| **Silkscreen** | Weiß |
+| **Montage** | Innere Montagelöcher (Pi/Rock kompatibel) |
+| **EMV-Design** | Montagelöcher via Stitching-Vias mit GND-Planes verbunden (Layer 2 & Bottom), isoliert von 5V-Plane (Layer 3) |
+
+## ⚠️ Fertigungsempfehlungen
+
+### PCB-Fertigung
+- **Kupferdicke:** **2oz Kupfer empfohlen** für verbesserte thermische Leistung und Strombelastbarkeit
+- **Via-Spezifikationen:** Minimum 12-20 Vias am DC/DC-Ausgang für Thermal Management
+- **Impedanzkontrolle:** 90 Ohm Differentiell für USB-Leiterbahnen (D+/D- Paare)
+
+### Bestückungshinweise
+- **24V Pfad:** Minimum 3mm Leiterbahnbreite auf Top & Bottom Layern für 12A Gesamtstrom
+- **5V Verteilung:** Nutzung der Layer 3 Plane mit massiven Anbindungen (keine Thermals) an Header und Kondensatoren
+- **Thermal Management:** QFN GND-Pads mit Vias angebunden, Bottom Layer Routing berücksichtigt
+
+### Bauteilbeschaffung
+- Polyfuse-Derating für Kammertemperaturen bis 60°C berücksichtigen
+- Induktivitäten mit ausreichendem Sättigungsstrom wählen (>15A empfohlen)
+- Low-ESR Kondensatoren für Schaltregler verwenden
+
+## 🛠️ Technische Spezifikationen
+
+| Parameter | Wert | Einheit |
+|-----------|------|---------|
+| **Eingangsspannung** | 24 ± 2 | V |
+| **5V Ausgangsstrom** | 8 | A |
+| **Logik-Versorgungsstrom** | 2 | A |
+| **CAN-Baudrate** | bis zu 1 | Mbit/s |
+| **USB-Geschwindigkeit** | 480 | Mbit/s |
+| **Lüftersteuerung** | PWM, 5V Schaltung | - |
+| **Betriebstemperatur** | -10 bis +70 | °C |
+| **Abmessungen** | 65 x 56 | mm |
+
+## 📚 Weitere Ressourcen
+
+- [Klipper Dokumentation](https://www.klipper3d.org/Config_Reference.html)
+- [CAN-Bus Setup Guide](https://www.klipper3d.org/CANBUS.html)
+- [Voron Documentation](https://docs.vorondesign.com/)
+- [STM32G0 Reference Manual](https://www.st.com/resource/en/reference_manual/rm0454-stm32g0x0-advanced-armbased-32bit-mcus-stmicroelectronics.pdf)
+- [Katapult Firmware Flasher](https://github.com/Arksine/katapult)
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+## Lizenz
+
+Dieses Projekt steht unter der **Creative Commons Namensnennung-Nicht kommerziell-Share Alike 4.0 International Lizenz** (CC BY-NC-SA 4.0).
+
+[![License: CC BY-NC-SA 4.0](https://img.shields.io/badge/License-CC%20BY--NC--SA%204.0-lightgrey.svg)](https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.de)
+
+Dies bedeutet, Sie dürfen:
+- **Teilen** — das Material in jedwedem Format oder Medium vervielfältigen und weiterverbreiten
+- **Bearbeiten** — das Material remixen, verändern und darauf aufbauen
+
+Unter folgenden Bedingungen:
+- **Namensnennung** — Sie müssen angemessene Urheber- und Rechteangaben machen, einen Link zur Lizenz beifügen und angeben, ob Änderungen vorgenommen wurden
+- **Nicht kommerziell** — Sie dürfen das Material nicht für kommerzielle Zwecke nutzen
+- **Weitergabe unter gleichen Bedingungen** — Wenn Sie das Material remixen, verändern oder anderweitig direkt darauf aufbauen, dürfen Sie Ihre Beiträge nur unter derselben Lizenz wie das Original verbreiten
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+Den vollständigen Lizenztext finden Sie unter: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.de
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+---
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+> **Hinweis:** Dies ist die Originaldokumentation in deutscher Sprache. Eine englische Übersetzung finden Sie in [README.md](README.md).