Учебник по проектированию PCB в KiCad: Освоение открытого разработки печатных плат

KiCad — инструмент с открытым исходным кодом для создания схемотехнических диаграмм и топологии печатных плат. Под единым интерфейсом KiCad объединяет элегантный ансамбль следующих автономных программных инструментов:

KiCad достаточно зрелок для успешной разработки и поддержки сложных электронных плат. Он не имеет ограничений по размеру платы и легко обрабатывает до 32 медных слоёв, до 14 технических слоёв и до 4 вспомогательных слоёв. KiCad создаёт все файлы, необходимые для производства печатных плат: гербер-файлы для фотошаблонов, файлы сверловки, файлы размещения компонентов и многое другое. Будучи открытым (лицензия GPL), он представляет идеальный инструмент для проектов, ориентированных на создание электронного оборудования с открытым исходным кодом.

Рисование схемотехнических диаграмм

1. Запустите KiCad. Откроется главное окно менеджера проектов KiCad. Отсюда доступ к восьми автономным инструментам: Eeschema, Schematic Library Editor, Pcbnew, PCB Footprint Editor, GerbView, Bitmap2Component, PCB Calculator и Pl Editor.
2. Создайте новый проект: File → New Project. Назовите файл проекта tutorial1. Расширение «.pro» добавится автоматически. KiCad предложит создать отдельную директорию — нажмите Yes. Все файлы проекта будут сохранены здесь.
3. Начнём создание схемы. Запустите редактор схем Eeschema (первая кнопка слева).
4. Нажмите на иконку Page Settings на верхней панели. Установите Page Size = A4 и Title = Tutorial1. Можно ввести дополнительную информацию. Нажмите OK. Информация заполнится в правом нижнем углу листа схемы. Используйте колёсико мыши для масштабирования. Сохраните проект: File → Save Schematic Project.
5. Разместим первый компонент. Нажмите иконку Place Component на правой панели.
6. Кликните по центру листа схемы. Появится окно Choose Component. Разместим резистор. В поиске/фильтре введите R для Resistor. Обратите внимание на заголовок устройства над резистором — это имя библиотеки, где находится компонент (довольно универсальная и полезная библиотека).
7. 
8. Дважды кликните по резистору. Окно выбора закроется. Разместите компонент на листе схемы кликом в нужном месте.
9. Нажмите на иконку лупы для приближения. Или используйте колёсико мыши. Нажмите среднюю кнопку мыши для панорамирования.
10. Наведите курсор на компонент R и нажмите клавишу «r» — компонент повернётся. Кликать по компоненту для вращения не нужно.
11. Правый клик по центру компонента → Edit Component → Value. Того же результата можно достичь, наведя курсор и нажав «v». Клавиша «e» откроет более общее окно Edit. Обратите внимание: контекстное меню показывает горячие клавиши для всех доступных действий.
12. 
13. Откроется окно Component value. Замените текущее значение R на 1 k. Нажмите OK.
14. 
15. Для размещения ещё одного резистора просто кликните в нужном месте. Появится окно Component Selection снова.
16. Ранее выбранный резистор теперь в списке истории как R. Нажмите OK и разместите компонент.
17. 
18. Для удаления компонента: правый клик → Delete Component. Или наведите курсор и нажмите «del».
19. Для дублирования компонента: наведите курсор и нажмите «c». Кликните для размещения копии.
20. Правый клик по второму резистору → Drag Component. Переместите и кликните для фиксации.
21. Изменение размера сетки. Компоненты привязаны к крупной сетке. Размер сетки меняется через Right-Click → Grid select. Рекомендуется использовать сетку 50,0 mils для схемы.
22. Добавим компонент из библиотеки, не настроенной в проекте по умолчанию. Preferences → Component Libraries → Add для файлов библиотек компонентов. Затем можно размещать символы питания и земли, добавлять выводы, делать соединения с помощью меток аналогичными шагами до завершения схемы.
23. Проверим схему на ошибки. Нажмите иконку Perform electrical rules check на верхней панели. Нажмите Run. Сгенерируется отчёт об ошибках или предупреждениях (например, несвязанные провода). Должно быть 0 Errors и 0 Warnings. При ошибках на схеме появятся зелёные стрелки в позиции проблемы. Включите Create ERC file report и нажмите Run снова для подробной информации.
24. Для создания спецификации (BOM) в редакторе схем Eeschema нажмите иконку Bill of materials . По умолчанию плагин не активен. Добавьте плагин кнопкой Add Plugin. Выберите *.xsl файл (здесь bom2csv.xsl). Нажмите Generate. Файл (с именем проекта) находится в папке проекта. Откройте *.csv в LibreOffice Calc или Excel. Появится окно импорта — нажмите OK.

Топология печатной платы

1. В менеджере проектов KiCad нажмите иконку Pcbnew . Откроется окно Pcbnew. Если появится ошибка, что файл *.kicad_pcb не существует и предложит создать — нажмите Yes.
2. Введём информацию схемы. Нажмите иконку Page settings на верхней панели. Установите размер бумаги A4 и заголовок Tutorial1.
3. Хорошо начать с установки зазора и минимальной ширины трассы по требованиям производителя PCB. Обычно зазор = 0,25 мм, мин. ширина трассы = 0,25 мм. Design Rules → Design Rules. Если не видно, нажмите вкладку Net Classes Editor. Измените Clearance на 0,25 и Track Width на 0,25. Измерения в мм.
4. 
5. Вкладка Global Design Rules: Min track width = 0,25. OK для сохранения и закрытия.
6. Импорт нет-листа. Нажмите иконку Read Netlist . Нажмите Browse Netlist Files, выберите tutorial.net, нажмите Read Current Netlist. Затем Close.
7. Все компоненты соединены тонкой группой проводов — ratsnest. Убедитесь, что кнопка Hide board ratsnest нажата, чтобы видеть ratsnest.
8. Перемещение компонентов: наведите курсор и нажмите «g». Кликните для размещения. Перемещайте компоненты, минимизируя пересечения проводов. Вносите изменения до получения идеальной топологии PCB.
9. 

Генерация гербер-файлов

После завершения кастомного дизайна схемы можно сгенерировать гербер-файлы для каждого слоя и отправить их производителю для производства печатных плат.

1. В KiCad откройте Pcbnew и загрузите файл платы по иконке .
2. File → Plot. Выберите Gerber как Plot Format и папку для гербер-файлов. Нажмите Plot.

Все операции, описанные в статье — лишь часть функций KiCad. Больше деталей вы обнаружите в практике.

PCBCart выполняет производство печатных плат, МОК не требуется!

За 10 лет опыта в кастомном производстве печатных плат мы печатали платы для передовых электронных устройств и проектов с открытым железом. Мы удовлетворяем все ваши требования по количеству, качеству и цене. Нажмите кнопки ниже для расчёта стоимости любой услуги.

Полезные ресурсы:
• Full Feature PCB Fabrication Service with Multiple Value-added Options
• File Requirements for Efficient PCB Manufacturing
• PCB Prototype & Standard PCB Manufacturing Services Comparison
• When to use PCB Prototype Service and when to switch to Standard PCB Service
• Detailed Manual on Generating Quote for PCB Manufacturing Projects
• Except for PCB Fabrication, PCBCart Also Offers Full Turnkey PCB Assembly Service