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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) und USB-Hub.
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## 📚 Inhalt
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<!-- @import "[TOC]" {cmd="toc" depthFrom=1 depthTo=6 orderedList=false} -->
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- [🔌 Universal Voron Power & CAN HAT (EWS)](#-universal-voron-power--can-hat-ews)
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- [📚 Inhalt](#-inhalt)
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- [🎯 Über EWS](#-über-ews)
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- [🚨 Gelöste Probleme](#-gelöste-probleme)
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- [✨ Features](#-features)
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- [🔋 Stromversorgung (24V Eingang)](#-stromversorgung-24v-eingang)
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- [⚡ DC/DC Wandler (5V Ausgang)](#-dcdc-wandler-5v-ausgang)
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- [🔌 Logik-Spannungsversorgung (Power Path)](#-logik-spannungsversorgung-power-path)
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- [💻 MCU & CAN Interface](#-mcu--can-interface)
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- [📡 USB Hub](#-usb-hub)
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- [📋 Klipper Konfiguration](#-klipper-konfiguration)
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- [Basis MCU Setup](#basis-mcu-setup)
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- [🔌 Pinout & Steckerbelegung](#-pinout--steckerbelegung)
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- [Stromeingang](#stromeingang)
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- [CAN-Bus Anschlüsse](#can-bus-anschlüsse)
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- [USB Anschlüsse](#usb-anschlüsse)
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- [🛠️ PCB Spezifikationen](#️-pcb-spezifikationen)
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- [⚠️ Fertigungsempfehlungen](#️-fertigungsempfehlungen)
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- [PCB-Fertigung](#pcb-fertigung)
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- [Bestückungshinweise](#bestückungshinweise)
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- [Bauteilbeschaffung](#bauteilbeschaffung)
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- [🛠️ Technische Spezifikationen](#️-technische-spezifikationen)
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- [📚 Weitere Ressourcen](#-weitere-ressourcen)
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- [📝 Changelog](#-changelog)
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- [Lizenz](#lizenz)
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<!-- /code_chunk_output -->
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## 🎯 Über EWS
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**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.
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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.
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## 🚨 Gelöste Probleme
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Dieses Board wurde entwickelt, um mehrere kritische Probleme zu lösen, die häufig bei Hochleistungs-3D-Drucker-Setups auftreten:
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### ⚡ **Strom- & Versorgungsprobleme**
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- **Instabile SBC-Stromversorgung** - Viele Setups leiden unter Spannungsabfällen und Strominstabilität
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- **Separate Power Injection erforderlich** - USB-C-Touchscreens benötigen oft zusätzliche Netzteile
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- **Komplexe Stromverteilung** - Mehrere Stromquellen erschweren die Verkabelung
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### 🔗 **CAN-Kommunikationsprobleme**
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- **USB-CAN-Adapter** - Schwer zu montieren, unzuverlässige Verbindungen, zusätzliche Fehlerquellen
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- **Controller-Board-Limitationen** - Spider/Octopus als CAN-Bridge haben oft eingebaute Abschlusswiderstände
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- **CAN-Topologie-Konflikte** - CAN-Toolheads und ADXL-Boards können nicht gleichzeitig an vielen Controller-Boards betrieben werden
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- **Native CAN nicht verfügbar** - Die meisten SBC-Setups nutzen keine nativen CAN-Interfaces
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### 🔥 **Sicherheitsbedenken**
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- **Brandgefahr durch Thermal Runaway** - Keine Möglichkeit, Toolhead-Strom bei Notfällen zu trennen
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- **Unkontrollierte Stromversorgung** - Toolheads bleiben auch bei Fehlern unter Strom
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- **Begrenzte Notabschaltung** - Schwierig, umfassende Sicherheitsabschaltungen zu implementieren
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### 🔌 **Verkabelung & Installation**
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- **Komplexes Kabelmanagement** - CAN und 24V-Strom beginnen an verschiedenen Stellen
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- **Mehrere Anschlusspunkte** - Erhöht Fehlermöglichkeiten und Installationskomplexität
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- **Unzureichende Steckernormen** - Mix verschiedener Steckertypen schafft Verwirrung
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### 🖥️ **USB- & Peripherie-Probleme**
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- **Begrenzte USB-Anschlüsse** - SBCs haben oft unzureichende Hochleistungs-USB-Konnektivität
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- **USB-Hub-Limitationen** - Externe Hubs erhöhen Komplexität und potentielle Fehlerquellen
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- **Power-Delivery-Standards** - Inkonsistente USB-C-Stromversorgung für moderne Touchscreens
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## ✨ Features
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### 🔋 Stromversorgung (24V Eingang)
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- **Eingangsspannung:** 24V DC nominal
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- **Anschlüsse:** XT30PW-F (liegend) oder 5.08mm Schraubklemme
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- **Toolhead-Schaltung:** 2x P-Channel MOSFETs (CJAC70P06, -60V, -70A, RDSon ca. 8mΩ) gesteuert durch PB2 und PA5 zum Ein-/Ausschalten der Toolheads (Sicherheitsfeature, falls PWM-FET am Toolhead durchlegiert)
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- **Überspannungsschutz:** TVS-Diode (SMAJ26A, 26V Standoff, Unidirektional) gegen GND
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- **Eingangssicherung:** Verteilte Absicherung (5A für DC/DC, je 5A für CAN-Anschlüsse)
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### ⚡ DC/DC Wandler (5V Ausgang)
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- **Controller:** MaxLinear XR76208 (Synchroner Step-Down, 8A, COT)
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- **Eingangssicherung:** 5A SMD 1812 Slow Blow
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- **Verpolschutz:** SS56 Schottky-Diode
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- **Ausgangsspannung:** 5.1V (eingestellt über Feedback-Teiler: R_Top=15kΩ, R_Bottom=2.0kΩ)
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- **Schaltfrequenz:** ca. 600kHz (eingestellt über Ron=30kOhm)
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- **Induktivität:** 3.3µH Shielded (Sunlord MDA1050-3R3M, Isat ca. 17A)
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- **Eingangskondensatoren:** 4x 10µF 1206 Keramik + 1x 100µF Elektrolyt/Polymer (Bulk)
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- **Ausgangskondensatoren:** 4x 22µF 1206 Keramik
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- **Stabilität:** Feed-Forward Kondensator (Cff) 1nF parallel zum oberen Feedback-Widerstand
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- **Soft-Start:** 100nF an Pin SS (ca. 6ms Anlaufzeit)
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- **Stromlimit:** 5.1kΩ Widerstand (~10.2A Grenzwert)
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- **Enable:** Spannungsteiler von 24V (100kΩ oben, 22kΩ unten) = ca. 4.3V am Pin
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### 🔌 Logik-Spannungsversorgung (Power Path)
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- **Konzept:** Trennung in +5V_PWR (Hochstrom für Screen/Webcam) und +5V_LOGIC (für MCU/Hub)
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- **Dioden-Weiche (ORing):** 2x Schottky-Dioden (1N5819WS, 1A)
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- Quelle 1: USB_VBUS (vom Pi/PC) → Diode → +5V_LOGIC
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- Quelle 2: +5V_BUCK (vom 8A Regler) → Diode → +5V_LOGIC
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- **Zweck:** Board ist per USB flashbar ohne 24V-Versorgung, kein Rückstrom in den PC
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- **3.3V Erzeugung:** LDO (XC6206) gespeist aus +5V_LOGIC
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### 🧠 MCU & CAN Interface
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- **Mikrocontroller:** STM32G0B1KBU6 (UFQFPN-32)
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- **Taktung:** Crystal-less (Interner HSI48 mit Clock Recovery System CRS über USB)
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- **Pi-Verbindung:**
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- USB (PA11/PA12) an USB-Hub
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- UART (PA9/PA10) an Pi-Header (Pin 8/10) über Jumper trennbar
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- NRST an Pi GPIO 22 (via 1kΩ) + Taster gegen GND + 100nF Cap
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- BOOT0 (Pin 24/PA14 shared mit SWCLK) an Pi GPIO 27 (via 1kΩ) + Taster gegen 3.3V + 10kΩ Pull-Down
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- **CAN-Transceiver:** MCP2542WFD (oder kompatibel)
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- **Muxing:** Jumper wählbar zwischen STM32 (USB-CAN Bridge) und Rock/Pi Native GPIOs (Pin 3/5). Bei ROCK 5B/5B+ kann über Jumper gewählt werden, ob CAN vom Onboard-STM32G0B1 kommt oder nativ an den Rockchip geht (über GPIO-Leiste Pin 3 (CAN-RX) und Pin 5 (CAN-TX))
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- **Terminierung:** 120 Ω Widerstand, zuschaltbar per Jumper (direkt an den Buchsen)
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- **CAN-Anschlüsse:** 2x Molex Micro-Fit 3.0 (2x2)
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- **Micro-Fit Pinout:** Pin 1=24V, Pin 2=GND (Obere Reihe), Pin 3=CAN_H, Pin 4=CAN_L (Untere Reihe)
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- **CAN-Stromabsicherung:** Je 5A SMD 1812 Slow Blow pro Port
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### 📡 USB Hub
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- **Controller:** WCH CH334F (QFN-24)
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- **Geschwindigkeit:** USB 2.0 High Speed (480 Mbit/s) mit MTT
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- **Taktung:** Intern (Crystal-less), XI/XO Pins offen gelassen
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- **Versorgung:** V5 an +5V_LOGIC
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- **Upstream:** Zum Raspberry Pi Header (USB Loopback Kabel erforderlich) oder USB-C Input
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- **Downstream Ports:**
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- STM32 (Intern)
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- USB-C Buchse (für Touchscreen)
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- USB-A Buchse (Vertikal, für Webcam)
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**USB Port Absicherung:**
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- **Konzept:** 100µF Elko als Tank an +5V_PWR, gefolgt von Polyfuse, gefolgt von 22µF Keramik an der Buchse
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- **USB-C Port (Screen):**
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- Polyfuse: 4.0A Hold Current (Derating für Hot Chamber berücksichtigt)
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- CC-Leitungen: CC1 und CC2 jeweils mit eigenem 10kOhm Widerstand an VBUS (hinter der Sicherung) gezogen (Source 3A Advertisement)
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- ESD-Schutz: SRV05-4 TVS-Array
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- **USB-A Port (Webcam):**
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- Polyfuse: 1.5A Hold Current
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- **ESD-Schutz:** SRV05-4 TVS-Array
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## 📋 Klipper Konfiguration
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### Basis MCU Setup
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```ini
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[mcu hat]
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canbus_uuid: your_uuid_here
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# Alternative für USB-Verbindung:
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# serial: /dev/serial/by-id/usb-katapult_stm32g0b1xx_your_id-if00
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[temperature_sensor hat_mcu]
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sensor_type: temperature_mcu
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sensor_mcu: hat
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```
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## 🔌 Pinout & Steckerbelegung
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### Stromeingang
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- **XT30PW-F (liegend)** oder **5.08mm Schraubklemme**
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- Pin 1: +24V
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- Pin 2: GND
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### CAN-Bus Anschlüsse
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- **2x Molex Micro-Fit 3.0 (2x2, THT)**
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- Pin 1: +24V (obere Reihe, links)
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- Pin 2: GND (obere Reihe, rechts)
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- Pin 3: CAN_H (untere Reihe, links)
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- Pin 4: CAN_L (untere Reihe, rechts)
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### USB Anschlüsse
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- **USB-C:** Touchscreen-Verbindung (5V/3A Fähigkeit)
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- **USB-A:** Webcam-Verbindung (vertikale Montage)
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## 🛠️ PCB Spezifikationen
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| Parameter | Spezifikation |
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| **Formfaktor** | Standard HAT (65mm x 56mm) |
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| **Lagenaufbau** | 4-Layer Multilayer |
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| **Layer 1 (Top)** | Signal/Power |
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| **Layer 2** | GND Plane |
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| **Layer 3** | 5V Power Plane |
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| **Layer 4 (Bottom)** | Signal/GND |
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| **Lötstopplack** | Schwarz Matt |
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| **Oberfläche** | ENIG (Gold) |
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| **Silkscreen** | Weiß |
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| **Montage** | Innere Montagelöcher (Pi/Rock kompatibel) |
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| **EMV-Design** | Montagelöcher via Stitching-Vias mit GND-Planes verbunden (Layer 2 & Bottom), isoliert von 5V-Plane (Layer 3) |
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## ⚠️ Fertigungsempfehlungen
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### PCB-Fertigung
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- **Kupferdicke:** **2oz Kupfer empfohlen** für verbesserte thermische Leistung und Strombelastbarkeit
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- **Via-Spezifikationen:** Minimum 12-20 Vias am DC/DC PGND für Thermal Management
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- **Impedanzkontrolle:** 90 Ω Differentiell für USB-Leiterbahnen (D+/D- Paare)
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### Bestückungshinweise
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- **24V Pfad:** Minimum 3mm Leiterbahnbreite auf Top & Bottom Layern für 12A Gesamtstrom
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- **5V Verteilung:** Nutzung der Layer 3 Plane mit massiven Anbindungen (keine Thermals) an Header und Kondensatoren
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- **Thermal Management:** QFN GND-Pads mit Vias angebunden, Bottom Layer Routing berücksichtigt
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### Bauteilbeschaffung
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- Polyfuse-Derating für Kammertemperaturen bis 60°C berücksichtigen
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- Induktivitäten mit ausreichendem Sättigungsstrom wählen (>15A empfohlen)
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- Low-ESR Kondensatoren für Schaltregler verwenden
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## 🛠️ Technische Spezifikationen
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| Parameter | Wert | Einheit |
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|-----------|------|---------|
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| **Eingangsspannung** | 24 ± 2 | V |
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| **5V Ausgangsstrom** | 8 | A |
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| **Logik-Versorgungsstrom** | 2 | A |
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| **CAN-Baudrate** | bis zu 1 | Mbit/s |
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| **USB-Geschwindigkeit** | 480 | Mbit/s |
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| **Betriebstemperatur** | -10 bis +70 | °C |
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| **Abmessungen** | 65 x 56 | mm |
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## 📚 Weitere Ressourcen
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- [Klipper Dokumentation](https://www.klipper3d.org/Config_Reference.html)
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- [CAN-Bus Setup Guide](https://www.klipper3d.org/CANBUS.html)
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- [Voron Documentation](https://docs.vorondesign.com/)
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- [STM32G0 Reference Manual](https://www.st.com/resource/en/reference_manual/rm0454-stm32g0x0-advanced-armbased-32bit-mcus-stmicroelectronics.pdf)
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- [Katapult Firmware Flasher](https://github.com/Arksine/katapult)
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## 📝 Changelog
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Für detaillierte Informationen über Änderungen und Updates siehe [CHANGELOG.de.md](CHANGELOG.de.md).
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## Lizenz
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Dieses Projekt steht unter der **Creative Commons Namensnennung-Nicht kommerziell-Share Alike 4.0 International Lizenz** (CC BY-NC-SA 4.0).
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[](https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.de)
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Dies bedeutet, Sie dürfen:
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- **Teilen** — das Material in jedwedem Format oder Medium vervielfältigen und weiterverbreiten
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- **Bearbeiten** — das Material remixen, verändern und darauf aufbauen
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Unter folgenden Bedingungen:
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- **Namensnennung** — Sie müssen angemessene Urheber- und Rechteangaben machen, einen Link zur Lizenz beifügen und angeben, ob Änderungen vorgenommen wurden
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- **Nicht kommerziell** — Sie dürfen das Material nicht für kommerzielle Zwecke nutzen
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- **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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> **Hinweis:** Dies ist die Originaldokumentation in deutscher Sprache. Eine englische Übersetzung finden Sie in [README.md](README.md). |