KiCad使用笔记(01)-介绍及设置

KiCad是一款跨平台的开源电子设计自动化套件,适用于绘制原理图和PCB。本文介绍了KiCad的功能特点、安装配置方法及使用流程,适合初学者快速上手。

为什么使用KiCad

这里写图片描述

KiCad
A Cross Platform and Open Source Electronics Design Automation Suite

上面的描述是KiCad官方页面对自己的描述,翻译过来就是说“一种跨平台的开源电子设计自动化套件”,简单来说就是个EDA工具,用来画电路板的。

KiCad功能特点如下:

  • 绘制原理图;
  • 绘制电路板;
  • PCB推挤布;
  • 自动布线(需要安装外部工具);
  • 3D视图查看;
  • 软件内查看光绘文件;
  • 集成PCB参数计算工具;

上面的几个功能就是KiCad的功能了,光看这些其实基本现在所有的EDA软件都具备,市面上常见的EDA软件比如Cadence、Pads、Altium Designer等每一个功能都很强大,用的人也很多。为什么这里我会专门选择用KiCad呢?
免费的本地软件:
上面提到的几个软件每一个都不便宜,对于很多非全职使用的人来说费用可不划算,虽然也有在线的免费EDA软件,但是在线软件对于经常需要出差的人来说也不怎么友好。
小巧实用:
前面提到的几个软件功能非常强大,但是基本上很多时候不是专业EDA从业人员基本用不到这么多功能。而且这些软件基本上打开都不快,有时候我就为了瞅一眼原理图需要等软件慢慢启动真是令人抓狂。
跨平台:
虽然我现在工作的主力平台是Windows,但也有可能下台电脑就用Linux了呢。
有中文:
有中文真是太感动了这里写图片描述

使用前工作

使用前首先从这里下载并安装KiCad:http://kicad-pcb.org/(在编写此文时我用的版本为4.0.7)
现在官网更新为:https://www.kicad.org/

按照提示一路安装即可,中途应该会提示安装一个外部的3D软件用来提供3D视图支持。
安装完成后可以直接使用了,但是这里存在一点点问题,就是封装库打开比较慢,原因是KiCad安装之后虽然在本地已经有库了,但是软件中还是连接到了外部地址上。
这里写图片描述

5.0版本对库进行了改动,打开速度已经变快,不需要再进行下面设置!

针对这个问题需要解决方法如下(仅Windows):

  1. 找到个人文件夹中 fp-lib-table文件;
    这里写图片描述
  2. 打开该文件 把type Github修改为type KiCad把${KIGITHUB}修改为${KISYSMOD} ,注意有多处需要修改,可以使用查找/全部替换,修改完成后保存就行。
    详细的修改方法可以查看这个:http://www.rationmcu.com/elecjc/2477.html

安装完成之后可以先看官方的入门说明,如果有EDA经验的话单看这个说明基本就能开始用了。
这里写图片描述
相关中文教程可以参考:
http://bbs.ppptalk.com/forum.php?mod=viewthread&tid=1&highlight=KicAD
或者有搬运上面链接的:
https://www.bilibili.com/video/av9110214/

简单认识

主界面

这里写图片描述
KiCad所有功能都以一个界面为入口。
界面左侧是项目文件,所有的原理图、PCB图、网表、钻孔文件、光绘文件、项目元件库缓存都在这里,可以在这里直接双击打开文件。
界面右上方是主要功能入口,包含原理图编辑器、原理图库编辑器、PCB编辑器、PCB封装编辑器、Gerber浏览器、位图转元件工具、PCB计算器、图框编辑器,所有功能都集中在这里,从这里打开。
界面有下会记录一些操作信息。

使用流程

这里写图片描述
上图是官方入门说明中的使用流程图,图中流程标示的非常清楚,主要的步骤如下:

  1. 建立工程;
  2. 使用原理图编辑器;
  3. 添加元件(如果没有所需元件则另外绘制);
  4. 完成原理图;
  5. 标注元件序号;
  6. 检查原理图;
  7. 关联元件和封装(如果没有所需封装则另外绘制);
  8. 导出网表;
  9. 使用PCB编辑器;
  10. 导入网表;
  11. 完成PCB绘制;
  12. DRC检查;
  13. 导出光绘文件;
  14. 如果需要可以使用光绘文件浏览器查看生成的光绘文件;

完成上面步骤就可以投放厂家生产PCB了,但是如果要SMT打样则还需要一些别的文件,之后我会另外写出;

已知存在问题

目前我个人使用下来的存在的问题如下:

  • 无法将一个工程中的原理图内容复制到另一个工程中,但可以整张原理图导入到一个工程中(可以将常用的模块单独画到一张张原理图中,以后可以方便地直接导入到工程里。);
  • PCB绘制中没有添加泪滴功能;
  • 绘图过程中文字、注释等不能用中文;

总结

综合来说KiCad非常适合那些不需要绘制复杂电路板,并且只需要能以下三项功能的人:

  1. 绘制原理图;
  2. 绘制PCB并生成光绘文件;
  3. 出BOM表、坐标文件、元件位号图;
<think>嗯,用户需要关于KiCAD四层PCB设计的具体指南,包括布局布线和电源层设置等关键内容。从引用材料看,用户提供的参考信息虽然涉及KiCAD与FreeCAD的协作、PCB设计技巧等,但核心需求是四层板的设计流程。 用户可能是电子工程师或硬件设计学习者,正在尝试进阶的多层板设计。四层板相比双层板增加了电源和地层管理复杂度,用户需要避免常见错误(如层叠结构不合理导致EMI问题)。从引用[3]提到的"高速设计规则"推断,用户可能涉及高速电路,需要关注阻抗控制和信号完整性。 准备分四个部分构建回答:层叠规划是基础,必须明确各层功能;布局阶段需注意电源分区和敏感信号隔离;布线要分层处理高频/低速信号;最后通过DRC和3D检查规避生产问题。每个环节都会结合KiCAD操作细节,比如如何在层叠管理器中设置正片负片,如何用Route命令优化关键路径。 用户可能没明说但隐含的需求:如何验证设计(引用[2]提到FreeCAD协作可补充说明);量产前的检查清单(引用[1]强调图层管理的重要性)。因此会在"设计验证"部分强调跨软件检查和Gerber输出要点。 相关问题设计成阶梯式:从基础操作(问题1)到进阶优化(问题4),覆盖用户可能遇到的后续疑问。特别加入问题5的散热设计,因为四层板散热常被忽视但影响可靠性。</think>以下是KiCAD四层PCB设计的核心要点及操作指南,结合高速电路设计原则和工程实践整理: --- ### 一、层叠结构规划(关键基础) **推荐配置**(自上而下): ``` 1. 顶层信号层(Top Layer) 2. 内部电源层(Power Plane) *负片设计* 3. 内部地层(GND Plane) *负片设计* 4. 底层信号层(Bottom Layer) ``` **KiCAD设置步骤**: 1. 打开PCB设计 → 按`Ctrl+Shift+L`调出层叠管理器 2. 添加层:右键选择"Add Copper Layer" → 设置层类型为**Internal Plane** 3. 分配网络: - 电源层关联`VCC`网络(支持多电压分割) - 地层关联`GND`网络 4. 设置负片属性:勾选`Negative plot`[^3] > **设计原则**:信号层与相邻平面层间距≤0.2mm(如FR4板材),电源/地层间距可放宽至0.4mm以降低电容效应[^1] --- ### 二、布局策略 1. **电源分区**(关键!) - 使用`板边切割工具`分割电源层(如3.3V/5V区域) ```mermaid graph LR A[电源输入区] --> B{电源分割} B --> C[3.3V区域] B --> D[5V区域] B --> E[1.8V区域] ``` 2. **敏感器件优先定位**: - 晶振:距MCU<10mm,下方铺地屏蔽 - 高速IC:电源引脚就近放置去耦电容(0.1μF+10μF组合) --- ### 三、布线规范 | 信号类型 | 布线层 | 特殊要求 | |----------------|---------------|---------------------------| | 高速差分对 | 顶层/底层 | 长度匹配±0.1mm[^3] | | 时钟信号 | 相邻地层 | 包地处理(GND Guard) | | 电源输入 | 直连电源层 | 线宽≥40mil(1A电流) | | 普通IO | 任意层 | 避免跨越电源分割槽 | **操作技巧**: 1. 差分对布线:选择网络 → 右键`创建差分对` → 使用`交互式差分对布线器`(快捷键`W`) 2. 过孔优化:高速信号换层时添加接地过孔(间距<λ/20) --- ### 四、电源完整性设计 1. **去耦电容布局**: ```plaintext [IC]--(≤2mm)--[0.1μF陶瓷电容]--(≤3mm)--[10μF钽电容] ↳ 接地引脚直接连接地层 ``` 2. **电源层分割规则**: - 不同电压区域间隙≥40mil - 关键电源(如DDR供电)采用星型拓扑 --- ### 五、设计验证 1. **DRC检查**: - 设置电源层安全间距:`设计规则` → `网络类` → 设置电源网络间距≥30mil - 检查未连接区域:运行`工具` → `检查设计规则` 2. **3D模型检查**: - 按`Alt+3`查看3D视图 → 旋转检查元件碰撞 - 导出STEP文件与机械外壳验证(引用[2]方法) --- ### 六、生产输出 1. Gerber文件生成: ```markdown 文件 → 绘图 → 添加层: - F.Cu/B.Cu (信号层) - In1.Cu/In2.Cu (电源/地层) - Edge.Cuts (板框) - 勾选"排除负片层中的非连接区域" ``` 2. 阻抗控制:在层叠管理器输入板材参数(Er值/厚度),KiCAD自动计算线宽[^1] > **避坑提示**:四层板常见错误——电源层未完全覆盖元件供电引脚,导致电压跌落。使用`显示未连接项`工具(快捷键`Ctrl+U`)复查。
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