KiCad – alternatívny návrh dosiek plošných spojov zadarmo

KiCad je voľne dostupný EDA (Electronic Design Automation) softvér zameraný na návrh schém a dosiek plošných spojov (DPS). Vývoj začal Jean-Pierre Charras, dnes ho vyvíja tím vývojárov a samotní používatelia. Dostupný je pre operačné systémy Microsoft Windows, Linux a pre Mac OS X s plnou kompatibilitou dát medzi jednotlivými systémami a v rôznych jazykových variáciách, vrátane podpory českého jazyka. Množstvo knižníc dostupných na webe spolu s 3D modelmi z neho robia zaujímavý alternatívny nástroj na návrh a vývoj zariadení nielen pre amatérov.

Inštalácia KiCad-u je jednoduchá, plne automatizovaná. Po inštalácii programu je na výber na stiahnutie program Wings3D, ktorý slúži na vizualizáciu 3D modelov. Program je prehľadný, ľahko ovládateľný a po naučení sa klávesových skratiek je práca s ním rýchla. Na internete je k dispozícii množstvo zrozumiteľných tutoriálov k práci v KiCad-e.

KiCad je organizovaný do siedmich funkčných blokov:

• KiCad – projektový manažér a manažér jednotlivých podprogramov,
• Eeschema – editor schém,
• Cvpcb – program slúžiaci na priradenie footprintov na základe netlistu k schéme,
• Pcbnew – editor DPS,
• Gerbview – prehliadač výstupných dát vo formáte GERBER a EXCELLON,
• Bitmap2Component – nástroj na prevod bitmapových súborov do formátov vhodných pre programy Eeschema a Pcbnew,
• PCB calculator – užitočný nástroj při návrhu DPS na rôzne výpočty.

KiCad dovoľuje pracovať v editore schém (obr. 1) s jednotlivými listami schém alebo hierarchickými listami. Po anotácii schémy a priradení očíslovania súčiastok môžeme použiť nástroj kontroly elektrických pravidiel, takzvaný ERC (ElectricalRulesCheck). Vytvorený netlist je možné exportovať do Spice simulátora alebo editora DPS. Veľkou výhodou je aj možnosť spätnej anotácie schémy.

Obr. 1 Pohľad na editor schém

Priradenie puzdier jednotlivým komponentom pomocou programu Cvpcb je jednoduché s možnosťou automatického priradenia a pri dostupnosti knižnice s 3D modelom umožňuje zobrazenie vybranej súčiastky v 3D náhľade.

Práca v editore DPS je intuitívna, po načítaní netlist-u je možné rozmiestniť komponenty automaticky (obr. 2). Editor dokáže pracovať na maximálne 16 vrstvách medi a 12 technických vrstvách (pájkovacie masky a iné) a nie je limitovaný rozmermi plošného spoja. Pri návrhu je, samozrejme, možné použiť implementovaný autorouter pre rýchly návrh, ktorý však nezvláda návrh na úrovni skúseného návrhára. Sklamaním je posúvanie uložených súčiastok, keď sa cesty „prilepia“ k súčiastke a sledujú pohyb kurzora, tu však zostávajú na pôvodných miestach, čo značne komplikuje návrh.

Obr. 2 Pohľad na editor dosiek

KiCad podporuje vizualizáciu navrhnutej DPS v 3D (obr. 3). Pomocou programu Wings3D, ktorý je takisto voľne dostupný, dokáže vygenerovať 3D model z uložených knižníc, ktoré sa dajú ľahko modifikovať. Pridanie knižníc alebo modifikácia puzdier je možná hocikedy počas návrhu, čo je veľkou výhodou napríklad oproti Eagle-u, u nás veľmi rozšíreného.

Obr. 3 Pohľad na 3D zobrazenie dosky

Podporovaný formát 3D modelov je *.wrl a je možné získať ich na internete. Na funkcii importu z iných formátov sa neustále pracuje. Program Wings3D tiež ponúka možnosť nakresliť si vlastné modely. Program má problémy s priraďovaním puzdier pri použití samostatných priečinkov, preto je vhodné vkladať súbory s príponou .wrl priamo do priečinka \KiCad\share\modules\packages3d, respektíve každej súčiastke umiestnenej mimo prednastaveného priečinka samostatne nájsť cestu k modelu.

Výstupné dáta sú generované vo formáte GERBER (dáta pre fotoploter), EXCELLON (vŕtanie) a BOM (Bill of Material – zoznam materiálu).

Vďaka neustálemu vývoju, podpore a odstraňovaniu chýb nielen zo strany vývojárov, ale aj zo strany používateľov, sa teší neustálemu rastu, čo robí z KiCadu zaujímavú alternatívu ku komerčným produktom. Na domovskej stránke projektu [1] je možné program stiahnuť a dozvedieť sa viac informácií. Zaujímavé knižnice footprintov vrátane 3D modelov s pravidelnou aktualizáciou nájdete na weboch [2] a [3]. Slovensky písaný návod na KiCad nájdete na stránke [4].