Tutorial de Design de PCB com KiCAD: Dominando o Desenvolvimento Open-Source de PCI

O KiCad é uma ferramenta de software open-source para a criação de diagramas esquemáticos eletrônicos e artwork de PCI. Sob sua superfície singular, o KiCad incorpora um elegante ensemble das seguintes ferramentas de software autônomas:

Nome do Programa	Descrição	Extensão de Arquivo
KiCAD	Gerenciador de projeto	*.pro
Eschema	Editor esquemático (tanto esquemático quanto componente)	*.sch, *.lib, *.net
CvPcb	Seletor de footprint	*.net
Pcbnew	Editor de placa de circuito	*.kicad_pcb
Gerb View	Visualizador Gerber	Todos os Gerber usuais
Bitmap2component	Converter imagens bitmap em componentes ou footprints	*.lib, *.kicad_mod, *.kicad_wks
PCB Calculator	Calculadora para componentes, largura de trilha, espaçamento elétrico, códigos de cor, e mais	None
Pl Editor	Editor de layout de página	*.kicad_wks

O KiCad pode ser considerado maduro o suficiente para ser usado para o desenvolvimento e manutenção bem-sucedidos de placas eletrônicas complexas. Não apresenta nenhuma limitação de tamanho de placa e pode facilmente lidar com até 32 camadas de cobre, até 14 camadas técnicas e até 4 camadas auxiliares. O KiCad pode criar todos os arquivos necessários para construir placas impressas, arquivos Gerber para fotoplotters, arquivos de furação, arquivos de localização de componentes e muito mais. Sendo open source (licenciado GPL), representa a ferramenta ideal para projetos orientados para a criação de hardware eletrônico com um sabor open-source.

Desenhando Esquemáticos Eletrônicos

1. Primeiro execute o KiCad no seu computador. Você pode entrar na janela principal do gerenciador de projeto KiCad. A partir daqui você tem acesso a oito ferramentas de software autônomas: Eeschema, Schematic Library Editor, Pcbnew, PCB Footprint Editor, GerbView, Bitmap2Component, PCB Calculator e Pl Editor

2. Crie um novo projeto: Clique File > New Project. Nomeie o arquivo do projeto tutorial1. O arquivo do projeto automaticamente assumirá a extensão ".pro". O KiCad solicita a criação de um diretório dedicado, e clique Yes para confirmar. Todos os arquivos do seu projeto serão salvos aqui.

3. Vamos começar criando um esquemático. Inicie o editor esquemático Eeschema . É o primeiro botão da esquerda.

4. Clique no ícone Page Settings na barra de ferramentas superior. Defina o Page Size como A4 e insira o Title como Tutorial1. Você verá que mais informações podem ser inseridas aqui se necessário. Clique OK. Esta informação populará a folha esquemática no canto inferior direito. Use a roda do mouse para dar zoom. Salve todo o projeto esquemático: File > Save Schematic Project.

5. Agora colocaremos nosso primeiro componente. Clique no ícone Place Component na barra de ferramentas direita.

6. Clique no meio da sua folha esquemática. Uma janela Choose Component aparecerá na tela. Vamos colocar um resistor. Pesquise / filtre no R de Resistor. Você pode notar o heading do dispositivo acima do Resistor. Este heading do dispositivo é o nome da biblioteca onde o componente está localizado, que é uma biblioteca bastante genérica e útil.

7. Clique duas vezes nele. Isso fechará a janela Choose Component. Coloque o componente na folha esquemática clicando onde você quer que ele esteja.

8. Clique no ícone de lupa para dar zoom no componente. Alternativamente, use a roda do mouse para dar zoom in e zoom out. Pressione a roda (central) do mouse para pan horizontal e verticalmente.

9. Passe o mouse sobre o componente R e pressione a tecla "r", o componente deve rotacionar. Você não precisa clicar no componente para rotacioná-lo.

10. Clique com botão direito no meio do componente e selecione Edit Component > Value. Você pode alcançar o mesmo resultado passando sobre o componente e pressionando a tecla "v". Alternativamente, a tecla "e" o levará à janela Edit mais geral. Observe como o menu de clique direito abaixo mostra teclas de atalho para todas as ações disponíveis.

11. A janela Component value aparecerá. Substitua o valor atual R por 1 k. Clique OK.

12. Para colocar outro resistor, simplesmente clique onde você quer que o resistor apareça. A janela Component Selection aparecerá novamente.

13. O resistor que você escolheu anteriormente agora está na sua lista de histórico, aparecendo como R. Clique OK e coloque o componente.

14. Caso você cometa um erro e queira deletar um componente, clique com botão direito no componente e clique Delete Component. Isso removerá o componente do esquemático. Alternativamente, você pode passar sobre o componente que quer deletar e pressionar a tecla "del".

15. Você também pode duplicar um componente já na sua folha esquemática passando sobre ele e pressionando a tecla "c". Clique onde você quer colocar o novo componente duplicado.

16. Clique com botão direito no segundo resistor. Selecione Drag Component. Reposicione o componente e clique esquerdo para soltar.

17. Mude o tamanho da grade. Você provavelmente notou que na folha esquemática todos os componentes são encaixados em uma grade de passo grande. Você pode facilmente mudar o tamanho da grade por Right-Click > Grid select. Em geral, é recomendado usar uma grade de 50.0 mils para a folha esquemática.

18. Vamos adicionar um componente de uma biblioteca que não está configurada no projeto padrão. No menu, escolha Preferences > Component Libraries e clique no botão Add para Component library files. Então, você pode colocar símbolos de potência e terra, adicionar pinos, fazer conexões usando labels com passos similares aos acima até o esquemático eletrônico ser completado.

19. Agora verificaremos nosso esquemático por erros. Clique no ícone Perform electrical rules check na barra de ferramentas superior. Clique no botão Run. Um relatório informando sobre quaisquer erros ou avisos como fios desconectados é gerado. Você deve ter 0 Errors e 0 Warnings. Em caso de erros ou avisos, uma pequena seta verde aparecerá no esquemático na posição onde o erro ou o aviso está localizado. Marque Create ERC file report e pressione o botão Run novamente para receber mais informação sobre os erros.

20. Para criar uma Lista de Materiais (BOM), vá ao editor esquemático Eeschema e clique no ícone Bill of materials na barra de ferramentas superior. Por padrão não há plugin ativo. Você adiciona um, clicando no botão Add Plugin. Selecione o arquivo *.xsl que você quer usar, neste caso, selecionamos bom2csv.xsl. Agora pressione Generate. O arquivo (mesmo nome do seu projeto) está localizado na sua pasta de projeto. Abra o arquivo *.csv com LibreOffice Calc ou Excel. Uma janela de importação aparecerá, pressione OK.

Layout de Placa de Circuito Impresso

1. Do gerenciador de projeto KiCad, clique no ícone Pcbnew . A janela Pcbnew abrirá. Se você receber uma mensagem de erro dizendo que um arquivo *.kicad_pcb não existe e pergunta se você quer criá-lo, apenas clique Yes.

2. Comece inserindo alguma informação esquemática. Clique no ícone Page settings na barra de ferramentas superior. Defina tamanho do papel como A4 e título como Tutorial1.

3. É bom começar definindo o clearance e a largura mínima de trilha para aqueles requeridos pelo seu fabricante de PCI. Geralmente, você pode definir o clearance para 0.25 e a largura mínima de trilha para 0.25. Clique no menu Design Rules > Design Rules. Se não mostrar já, clique na aba Net Classes Editor. Mude o campo Clearance no topo da janela para 0.25 e o campo Track Width para 0.25 como mostrado abaixo. Medidas estão em mm.

4. Clique na aba Global Design Rules e defina Min track width para 0.25. Clique OK para confirmar suas mudanças e fechar a janela Design Rules Editor.

5. Agora importaremos o arquivo netlist. Clique no ícone Read Netlist na barra de ferramentas superior. Clique no botão Browse Netlist Files, selecione tutorial.net na caixa de diálogo File selection, e clique em Read Current Netlist. Então clique no botão Close.

6. Todos os componentes estão conectados via um grupo fino de fios chamado ratsnest. Certifique-se que o botão Hide board ratsnest está pressionado. Dessa forma você pode ver o ratsnest ligando todos os componentes.

7. Você pode mover cada componente passando sobre ele e pressionando a tecla "g". Clique onde você quer colocá-los. Mova todos os componentes até minimizar o número de cruzamentos de fios. Então você pode fazer modificações aqui até obter um layout de PCI ideal.

Gerar Arquivos Gerber

Uma vez que seu design de circuito personalizado esteja completo, você pode gerar arquivos Gerber para cada camada e enviá-los ao fabricante para produção de PCI.

1. Do KiCad, abra a ferramenta de software Pcbnew e carregue seu arquivo de placa clicando no ícone .

2. Clique em File > Plot. Selecione Gerber como Plot Format e selecione a pasta na qual colocar todos os arquivos Gerber. Prossiga clicando no botão Plot.

Todas as operações mencionadas nesta passagem são apenas uma parte das funções gerais do KiCad. Mais detalhes serão descobertos em sua prática.

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