KiCad — это мощный инструмент с открытым исходным кодом, который помогает создавать принципиальные схемы и печатные платы. Программа поддерживает как одновременное проектирование схемы и платы, так и их независимую доработку в особых случаях. В KiCad есть несколько полезных инструментов. Например, PCB калькулятор, который рассчитывает электрические параметры компонентов. Gerber-просмотрщик позволяет проверять файлы, необходимые для производства печатных плат. 3D-просмотрщик помогает визуализировать готовую плату. Также в программе встроен SPICE-симулятор, который помогает анализировать работу схем.
KiCad работает на всех популярных операционных системах и компьютерах разной конфигурации. Программа позволяет создавать многослойные печатные платы с до 32 слоями и подходит для проектов любой сложности. Разработчики KiCad — это команда инженеров-программистов и электронщиков со всего мира. Они стремятся создать свободное программное обеспечение с открытым исходным кодом, которое можно использовать для профессионального проектирования и разработки электронных устройств.
Загрузка и установка KiCad
KiCad работает на разных операционных системах: Windows, macOS и большинстве популярных дистрибутивов Linux. Самые свежие ссылки для скачивания и руководства по установке вы найдете на сайте https://www.kicad.org/download/. Эти инструкции сюда не включены, так как они могут меняться из-за обновлений ОС. Если у вас возникнут проблемы с запуском KiCad, посмотрите список известных системных неполадок и способы их решения на странице https://www.kicad.org/help/known-system-related-issues/.
Стабильные версии KiCad выходят периодически, согласно политике разработки. Новые функции сначала появляются в ветке разработки, а затем попадают в стабильные сборки. Если вы хотите попробовать новые возможности и помочь в их тестировании, скачайте последнюю ночную версию для вашей платформы. Ночные сборки могут содержать ошибки — например, повреждение файлов или некорректные Gerber-файлы. Однако разработчики KiCad стремятся сделать ветку разработки максимально пригодной для использования, несмотря на активное развитие новых функций.
Основные понятия и рабочий процесс
Работа в KiCad включает две основные задачи: создание схемы и разводку печатной платы.
Схема — это символическое изображение электрической цепи. Она показывает, какие компоненты используются и как они соединены. Символы на схеме — это условные обозначения электронных компонентов, например, прямоугольник для резистора или треугольник для операционного усилителя. В схеме присутствуют символы всех компонентов устройства и линии, соединяющие их контакты. Обычно сначала создают схему, а затем переходят к разводке печатной платы.
Плата — это физическая реализация схемы с посадочными местами для компонентов и медными дорожками, которые соединяют элементы, описанные в проекте. Посадочные места — это медные площадки, соответствующие физическим выводам компонентов. Во время производства и сборки платы к этим площадкам припаиваются электронные элементы схемы.
KiCad предлагает отдельные окна для рисования схем, разводки плат и редактирования символов и посадочных мест. Программа поставляется с обширной библиотекой высококачественных пользовательских символов и посадочных мест. Однако вы также можете легко создавать свои символы и посадочные места или редактировать уже существующие.
Важно понимать, что KiCad работает по проектно-ориентированной схеме. Проект в KiCad — это каталог, где хранятся файлы проекта, схемы, макета платы и, при необходимости, другие сопутствующие файлы, такие как библиотеки символов, посадочных мест, данные для моделирования и информация о закупках. Многие настройки, включая классы цепей и правила проектирования, также хранятся на уровне проекта. Помните, что открытие платы вне проекта может привести к отсутствию информации о расположении элементов или несогласованности со схемой. Поэтому обязательно храните все файлы проекта вместе.
Рабочий процесс проектирования печатной платы
Обычно сначала создается принципиальная схема. На ней добавляются символы и рисуются соединения между ними. Если нужных символов нет в библиотеках, пользователь может создать их сам. На этом этапе выбираются места для каждого компонента и, при необходимости, разрабатываются собственные посадочные места. Когда схема готова и проверена на соответствие электрическим правилам (ERC), информация о ней переносится в редактор печатных плат, где начинается процесс разводки.
Схема показывает, какие элементы входят в конструкцию и как они связаны. Редактор печатных плат использует эту информацию, чтобы упростить компоновку и избежать несоответствий между схемой и платой. Компоновка требует аккуратного размещения каждого элемента. После этого между компонентами прокладываются медные дорожки, следуя соединениям из схемы и учитывая электрические параметры, такие как сопротивление дорожек, регулируемый импеданс, перекрестные помехи и другие.
Нередко, уже после начала разводки печатной платы, требуется обновить принципиальную схему. Эти изменения легко перенести в проект. Иногда правки вносятся в разводку, и их тоже можно перенести в схему. Это обеспечивает согласованность схемы и платы на всех этапах проектирования.
Когда разводка платы завершена и проверена на соответствие правилам проектирования (DRC), формируются выходные данные для производства. После этого плату отправляют на завод для изготовления.
Управление проектами
Начинать проектирование нужно с создания нового проекта. При запуске KiCad откроется менеджер проектов. Выберите Файл → Новый проект, укажите место на диске и придумайте название, например, get-started. Поставьте галочку Создать новый каталог для проекта и нажмите Сохранить. В результате в подкаталоге с таким же именем будут созданы все необходимые файлы проекта.
Слева, на панели "Файлы проекта", отображается список файлов текущего проекта: файл с расширением .kicad_pro, это файл проекта, файл с расширением .kicad_sch это схема, а файл с расширением .kicad_pcb, это печатная плата. Все они имеют общее название, состоящее из имени вашего проекта.
В KiCad есть функция автоматического создания резервных копий проекта при его сохранении. Можно также настроить периодичность резервного копирования. Эти параметры доступны в меню "Настройки → Общие → Резервное копирование проекта".
Открытие диалогового окна настроек может вызвать диалог настройки библиотечной таблицы. Это диалоговое окно описано ниже.
В macOS диалоговое окно настроек находится в меню KiCad, а не в меню настроек.
Справа в окне проекта находятся кнопки для запуска инструментов, входящих в комплект KiCad. При запуске редактора схем или печатных плат автоматически открывается соответствующий файл из текущего проекта — схема или печатная плата. Начните с открытия редактора схем.