Tutorial de diseño PCB con KiCad: Domine el desarrollo PCB de código abierto

KiCad es una herramienta de software de código abierto para la creación de diagramas esquemáticos electrónicos y arte de PCB. Bajo su superficie única, KiCad incorpora un elegante conjunto de las siguientes herramientas de software independientes:

Nombre del Programa	Descripción	Extensión de Archivo
KiCAD	Gestor de proyectos	*.pro
Eschema	Editor esquemático (tanto esquemático como componente)	*.sch, *.lib, *.net
CvPcb	Selector de huellas	*.net
Pcbnew	Editor de placa de circuito	*.kicad_pcb
GerbView	Visor Gerber	Todos los Gerber habituales
Bitmap2component	Convertir imágenes bitmap a componentes o huellas	*.lib, *.kicad_mod, *.kicad_wks
PCB Calculator	Calculadora para componentes, ancho de pista, espaciado eléctrico, códigos de color y más	Ninguno
Pl Editor	Editor de diseño de página	*.kicad_wks

KiCad puede considerarse lo suficientemente maduro para ser usado para el desarrollo y mantenimiento exitoso de placas electrónicas complejas. No presenta ninguna limitación de tamaño de placa y puede manejar fácilmente hasta 32 capas de cobre, hasta 14 capas técnicas y hasta 4 capas auxiliares. KiCad puede crear todos los archivos necesarios para construir placas impresas, archivos Gerber para fotoplotters, archivos de taladro, archivos de ubicación de componentes y mucho más. Al ser de código abierto (licencia GPL), representa la herramienta ideal para proyectos orientados hacia la creación de hardware electrónico con un sabor de código abierto.

Dibujo de esquemáticos electrónicos

1. Primero ejecute KiCad en su computadora. Puede ingresar a la ventana principal del gestor de proyectos de KiCad. Desde aquí tiene acceso a ocho herramientas de software independientes: Eeschema, Editor de Biblioteca Esquemática, Pcbnew, Editor de Huella PCB, GerbView, Bitmap2Component, Calculadora PCB y Pl Editor.

2. Cree un nuevo proyecto: Haga clic en Archivo > Nuevo Proyecto. Nombre el archivo de proyecto tutorial1. El archivo de proyecto tomará automáticamente la extensión ".pro". KiCad solicita crear un directorio dedicado, y haga clic en Sí para confirmar. Todos los archivos de su proyecto se guardarán aquí.

3. Comencemos creando un esquemático. Inicie el editor esquemático Eeschema . Es el primer botón desde la izquierda.

4. Haga clic en el icono Configuración de página en la barra de herramientas superior. Establezca el Tamaño de página como A4 e ingrese el Título como Tutorial1. Verá que se puede ingresar más información aquí si es necesario. Haga clic en OK. Esta información poblará la hoja esquemática en la esquina inferior derecha. Use la rueda del ratón para hacer zoom. Guarde todo el proyecto esquemático: Archivo > Guardar Proyecto Esquemático.

5. Ahora colocaremos nuestro primer componente. Haga clic en el icono Colocar Componente en la barra de herramientas derecha.

6. Haga clic en el medio de su hoja esquemática. Aparecerá una ventana Elegir Componente en la pantalla. Vamos a colocar una resistencia. Busque/filtre en la R de Resistencia. Puede notar el encabezado de dispositivo encima de la Resistencia. Este encabezado de dispositivo es el nombre de la biblioteca donde se encuentra el componente, que es una biblioteca genérica y útil.

7. Haga doble clic en él. Esto cerrará la ventana Elegir Componente. Coloque el componente en la hoja esquemática haciendo clic donde desea que esté.

8. Haga clic en el icono de lupa para hacer zoom en el componente. Alternativamente, use la rueda del ratón para hacer zoom in y zoom out. Presione la rueda (central) del ratón para desplazarse horizontal y verticalmente.

9. Pase el ratón sobre el componente R y presione la tecla "r", el componente debería rotar. No necesita hacer clic en el componente para rotarlo.

10. Haga clic derecho en el medio del componente y seleccione Editar Componente > Valor. Puede lograr el mismo resultado pasando sobre el componente y presionando la tecla "v". Alternativamente, la tecla "e" lo llevará a la ventana de Edición más general. Observe cómo el menú de clic derecho a continuación muestra teclas de acceso rápido para todas las acciones disponibles.

11. Aparecerá la ventana Valor del Componente. Reemplace el valor actual R por 1 k. Haga clic en OK.

12. Para colocar otra resistencia, simplemente haga clic donde desea que aparezca la resistencia. La ventana de Selección de Componente aparecerá de nuevo.

13. La resistencia que eligió anteriormente ahora está en su lista de historial, apareciendo como R. Haga clic en OK y coloque el componente.

14. En caso de que cometa un error y quiera eliminar un componente, haga clic derecho en el componente y haga clic en Eliminar Componente. Esto eliminará el componente del esquemático. Alternativamente, puede pasar sobre el componente que desea eliminar y presionar la tecla "del".

15. También puede duplicar un componente ya en su hoja esquemática pasando sobre él y presionando la tecla "c". Haga clic donde desea colocar el nuevo componente duplicado.

16. Haga clic derecho en la segunda resistencia. Seleccione Arrastrar Componente. Reposicione el componente y haga clic izquierdo para soltar.

17. Cambie el tamaño de la cuadrícula. Probablemente haya notado que en la hoja esquemática todos los componentes se ajustan a una cuadrícula de gran paso. Puede cambiar fácilmente el tamaño de la cuadrícula haciendo Clic Derecho > Seleccionar cuadrícula. En general, se recomienda usar una cuadrícula de 50.0 mils para la hoja esquemática.

18. Vamos a agregar un componente de una biblioteca que no está configurada en el proyecto predeterminado. En el menú, elija Preferencias > Bibliotecas de Componentes y haga clic en el botón Agregar para Archivos de biblioteca de componentes. Luego, puede colocar símbolos de potencia y tierra, agregar pines, hacer conexiones usando etiquetas con pasos similares a los anteriores hasta que el esquemático electrónico se complete.

19. Ahora verificaremos nuestro esquemático en busca de errores. Haga clic en el icono Realizar verificación de reglas eléctricas en la barra de herramientas superior. Haga clic en el botón Ejecutar. Se generará un informe informándole de cualquier error o advertencia como cables desconectados. Debería tener 0 Errores y 0 Advertencias. En caso de errores o advertencias, una pequeña flecha verde aparecerá en el esquemático en la posición donde se encuentra el error o la advertencia. Marque Crear archivo de informe ERC y presione el botón Ejecutar de nuevo para recibir más información sobre los errores.

20. Para crear una Lista de Materiales (BOM), vaya al editor esquemático Eeschema y haga clic en el icono Lista de materiales en la barra de herramientas superior. Por defecto no hay ningún plugin activo. Agregue uno, haciendo clic en el botón Agregar Plugin. Seleccione el archivo *.xsl que desea usar, en este caso, seleccionamos bom2csv.xsl. Ahora presione Generar. El archivo (mismo nombre que su proyecto) se encuentra en su carpeta de proyecto. Abra el archivo *.csv con LibreOffice Calc o Excel. Aparecerá una ventana de importación, presione OK.

Layout de Placa de Circuito Impreso

1. Desde el gestor de proyectos de KiCad, haga clic en el icono Pcbnew . Se abrirá la ventana de Pcbnew. Si recibe un mensaje de error diciendo que un archivo *.kicad_pcb no existe y pregunta si desea crearlo, simplemente haga clic en Sí.

2. Comience ingresando algo de información esquemática. Haga clic en el icono Configuración de página en la barra de herramientas superior. Establezca el tamaño de papel como A4 y el título como Tutorial1.

3. Es bueno comenzar estableciendo el clearance y el ancho mínimo de pista a los requeridos por su fabricante de PCB. Generalmente, puede establecer el clearance a 0.25 y el ancho mínimo de pista a 0.25. Haga clic en el menú Reglas de Diseño > Reglas de Diseño. Si no se muestra ya, haga clic en la pestaña Editor de Clases de Red. Cambie el campo Clearance en la parte superior de la ventana a 0.25 y el campo Ancho de Pista a 0.25 como se muestra a continuación. Las medidas están en mm.

4. Haga clic en la pestaña Reglas de Diseño Globales y establezca Ancho mínimo de pista a 0.25. Haga clic en OK para confirmar sus cambios y cerrar la ventana Editor de Reglas de Diseño.

5. Ahora importaremos el archivo netlist. Haga clic en el icono Leer Netlist en la barra de herramientas superior. Haga clic en el botón Examinar Archivos Netlist, seleccione tutorial.net en el diálogo de selección de archivo, y haga clic en Leer Netlist Actual. Luego haga clic en el botón Cerrar.

6. Todos los componentes están conectados a través de un grupo delgado de cables llamado ratsnest. Asegúrese de que el botón Ocultar ratsnest de placa esté presionado. De esta manera puede ver el ratsnest que vincula todos los componentes.

7. Puede mover cada componente pasando sobre él y presionando la tecla "g". Haga clic donde desea colocarlos. Mueva todos los componentes hasta que minimice el número de cruces de cables. Luego puede hacer modificaciones aquí hasta obtener un layout de PCB ideal.

Generar archivos Gerber

Una vez que su diseño de circuito personalizado esté completo, puede generar archivos Gerber para cada capa y enviarlos al fabricante para la producción de PCB.

1. Desde KiCad, abra la herramienta de software Pcbnew y cargue su archivo de placa haciendo clic en el icono .

2. Haga clic en Archivo > Plot. Seleccione Gerber como Formato de Plot y seleccione la carpeta en la que colocar todos los archivos Gerber. Proceda haciendo clic en el botón Plot.

Todas las operaciones mencionadas en este pasaje son solo una parte de las funciones generales de KiCad. Más detalles se descubrirán en su práctica.

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