Krótki przewodnik po programie KiCAD v4.0.0 Część II Projektowanie PCB

Transkrypt

1 Krótki przewodnik po programie KiCAD v4.0.0 Część II Projektowanie PCB Michał Swoboda Koło Naukowe Robotyków KoNaR 8 listopada 2015

2 SPIS TREŚCI SPIS TREŚCI Spis treści 1 Plik.net 2 2 Dodawanie footprinów 3 3 Tworzenie płytki PCB Reguły projektowe Czytanie.net i rozmieszczanie elementów Rysowanie obrysu płytki Rozmieszczanie elementów na płytce Dodawanie ścieżek Przelotki Rozlewanie pola masy Sprawdzenie poprawności płytki - DRC Przygotowanie PDF a do termo/fototransferu Opcjonalne: Modele 3D 19 5 Linki 21 6 Many thanks to all KiCAD contributors, community and CERN! 21 1

3 1 PLIK.NET Streszczenie Poniższy dokument ma stanowić pomoc i wprowadzenie dla nowych użytkowników programu KiCAD. Jako, że jest to oprogramowanie typu Open Source i jest ciągle rozwijane, największa uwagę poświęcę absolutnym podstawom, które powinny ułatwić korzystanie z tego narzędzia. 1 Plik.net Posiadając gotowy schemat ideowy należy do wybranych elementów przypisać ich footprinty. Żeby tego dokonać musimy najpierw posiadać plik z rozszerzniem.net, w którym znajdują się informacje dotyczące elementów i połączeń pomiędzy ich wyprowadzeniami. Aby tego dokonać w programie Eeschema klikamy Generate netlist 1, w następnym oknie Generate, zapisujemy nic nie zmieniając. Rysunek 1: Tworzenie pliku połączeń 2

4 2 DODAWANIE FOOTPRINÓW 2 Dodawanie footprinów Teraz możemy dobrać do elementów footprinty. Klikając Run CvPcb 2 otworzy nam się okno nowego programu. Przy każdym pierwszym uruchomieniu, Rysunek 2: CvPcb CvPcb pobiera footprinty z repozytorium na Githubie, może to chwilę potrwać. Możemy pobrać wszystkie footprinty ze wspomnianego repozytorium, zapisać je lokalnie i ustawić ścieżkę do nich poprzez Preferences Configure Paths. Nie polecam tego rozwiązania początkującym. Bardziej interesować nas będzie dodanie nowej, lokalnej biblioteki z elementami. Wchodzimy w Preferences Component Libraries 3. W nowo otwartym oknie wybieramy Append library 4, dodajemy nazwę dla naszej nowej biblioteki i ściężkę dostępu do folderu o nazwie.pretty, który zawiera pliki footprintów.kicad mod. Klikamy OK. Może się zdarzyć, że biblioteka nie będzie widziana od razu, należy włączyć i wyłączyć program. Okno CvPcb skłąda się z trzech głównych kolumn. Lewa zawiera spis bibliotek, środkowa elementy zapisane w pliku.net, natomiast prawa dostępne footprinty w wybranej bibliotece. Ważne, aby odpowiednio ustawić filtry wypisywania elementów, ustawmy je tak aby włączony był tylko filtr działający w obszarze biblioteki tak jak na rysunku 5. Aby dodać footprint wybieramy z lewej kolumny interesującą nas bibliotekę, ze środkowej element do którego ma być przypisany, z prawej natomiast właściwy już footprint. 3

5 2 DODAWANIE FOOTPRINÓW Rysunek 3: Biblioteki elmentów Rysunek 4: Dodawanie bibliotek Możemy również dodawać do kilku elementów ten sam footprint, wystarczy zaznaczyć je w środkowej kolumnie trzymając klawisz ctrl. 4

6 2 DODAWANIE FOOTPRINÓW Rysunek 5: Okno CvPcb, zaznaczone przyciki filtrów Rysunek 6: Jeżeli nie jesteśmy pewni jak wygląda footprint, możemy go podejrzeć Po dodaniu wszystkim elementom footprintów, zapisujemy plik 7, zamykamy CvPcb i ponownie zapisujemy plik.net jak to miało miejsce w punkcie 5

7 2 DODAWANIE FOOTPRINÓW 1-szym. Rysunek 7: Zapis pliku z footprintami 6

8 3 TWORZENIE PŁYTKI PCB 3 Tworzenie płytki PCB 3.1 Reguły projektowe Przechodzimy do programu Pcbnew 8. W nowo otwartym oknie, pierwszą i najważniejszą rzeczą jaką musimy zrobić jest ustawienie reguł projektowych dla naszej płytki, wchodzimy Design Rules Design Rules 9. Warto jednak zwrócić uwagę w obszarze jakich jednostek działamy możemy, je zmieniać z cali na milimetry przy użyciu skrótu klawiszowego ctrl + U lub korzystając z menu z lewej strony. Rysunek 8: Pcbnew W kolejnym oknie klikamy zakładkę Global Design Rules 10 ustawiamy tu szerokości ścieżek (track) oraz średnice przelotek i ich otworów (via). Ścieżki i odstęp definiuje się w milsach czyli tysięcznych częściach cala. Dobrą praktyką, jest ustawienie szerokosći ścieżek nie mniejszej niż 10 milsów. Przelotki i otwory, definiujemy w mm, tutaj dobrą praktyką jest aby średnica przelotki była ok. 2 razy większa od średnicy otworu. W zakładce Net Classes Editor możemy zmienić domyślną odległość pomiędzy ścieżkami, jednak nie polecam początkującym zmniejszać jej poniżej 0,02 cala 7

9 3.1 Reguły projektowe 3 TWORZENIE PŁYTKI PCB Rysunek 9: Reguły projektowe, z lewej zaznaczone jednostki Rysunek 10: Reguły projektowe 8

10 3.2 Czytanie.net i rozmieszczanie elementów 3 TWORZENIE PŁYTKI PCB 3.2 Czytanie.net i rozmieszczanie elementów Teraz należy do naszego pliku dodać elementy i połączenia, robimy to klikajac na Read netlist 11 i następnie Read Current Netlist Rysunek 11: Czytanie netlisty Wszystkie elementy dodały się w jednym miejscu, co nie jest zbyt komfortowe. Przełączamy się więc na domyślny widok wciskając klawisz F9 lub View Switch canvas to default 12 9

11 3.2 Czytanie.net i rozmieszczanie elementów 3 TWORZENIE PŁYTKI PCB Rysunek 12: Zmiana widoku W następnym kroku klikamy Mode footprint 13. Kiedy mamy zaznaczoną tę opcję, klikamy prawym klawiszem gdzieś na ekranie i następnie Global spread and place Spread out all footprints 14 Rysunek 13: Opcja do rozmieszczania elementów 10

12 3.3 Rysowanie obrysu płytki 3 TWORZENIE PŁYTKI PCB Rysunek 14: Rozmieszczenie elementów 3.3 Rysowanie obrysu płytki Przed rysowaniem obrysu płytki dobrze jest zmienić, siatkę na taką o dużym kroku. Klikamy na rozwijaną listę i wybieramy duży krok, np. 5 mm. 15 Rysunek 15: Zmiana rozmiaru siatki 11

13 3.3 Rysowanie obrysu płytki 3 TWORZENIE PŁYTKI PCB Następnie, z menu warstw z prawej strony przełączamy się na warstwę Edge.Cuts, wybieramy narzędzie rysowania linii z menu po prawej 16 i przystępujemy do rysowania obrysu płytki. Możemy także wykorzystać Add graphic circle lub Add graphic arc, jeżeli chcemy aby nasza płytka miała zaokrąglenia. Pamiętamy aby płytka zawsze miała zamknięty obrys! Rysunek 16: Wybór narzędzia do rysowania linii, z prawej zaznaczona warstwa Edge.cuts 12

14 3.3 Rysowanie obrysu płytki 3 TWORZENIE PŁYTKI PCB Będąc dalej w widoku domyślnym, przełączamy się na warstwę przednią miedzi - F.Cu i wybieramy narzędzie Add filled zones 17 służące m.in. do rozlewania pola masy. Rysunek 17: Narzędzie rysowania pól, z lewej zaznaczone filtry widoczności 13

15 3.4 Rozmieszczanie elementów na płytce 3 TWORZENIE PŁYTKI PCB W kolejnym oknie wybieramy sygnał który chcemy rozlać. W naszym przypadku będzie to GND. Możemy również zmienić odstęp i szerokość ścieżek, jednak przede wszystkim radzę zmienić Outline slope na opcję H, V and 45 deg only 18. Zapewni to ładne proste linie. Klikamy ok i rysujemy obrys pola masy wewnątrz płytki, stosunkowo blisko krawędzi. Warto przy tym zmienić szerokość siatki na taką, która zapewni komfortową pracę. Pamiętamy, aby ponownie zamknąć obrys np. prawym przyciskiem myszy Close zone outline Rysunek 18: Właściwości rozlewanego pola 3.4 Rozmieszczanie elementów na płytce Przyszedł czas na najważniejszy proces wymagający dużo pracy i wyobraźni. Wszystkie elementy znajdujące się poza płytką należy umieścić wewnątrz obrysu płytki. Na samym początku, warto zmienić widok na OpenGL, analogicznie jak w 12 lub nacisnąć F11. Aby przesunąć element wystarczy najechać na niego kursorem i nacisnąć klawisz M a następnie upuścić naciskając lewy przycisk myszy. Możemy także kliknąć na element a następnie wykonać operację przeciągnij i upuść. Aby zobaczyć jakie opcje możemy wykonać na elemencie wystaczy kliknąć na nim prawym przyciskiem myszy. Najważniejsze to przesunięcie, obrót i przeniesienie elementu na drugą stronę płytki(f lip). Elementy rozmieszczamy tak, aby białe linie sygnalizujące połączenia ze schematu ideowego krzyżowały się jak najrzadziej (najlepiej wcale). 14

16 3.5 Dodawanie ścieżek 3 TWORZENIE PŁYTKI PCB Rysunek 19: Rozmieszczanie elementów Podczas rozmieszczania elementów z menu po prawej możemy kliknąć zakładkę Render 19 oraz odznaczyć widoczność niektórych fragmentów, np. wartości (values). 3.5 Dodawanie ścieżek Po rozmieszczeniu wszystkich elementów należy połączyć ze sobą pola lutownicze. Aby tego dokonać z rozwijanej listy wybieramy jaką szerokość ścieżki zamierzamy poprowadzić, a następnie klikamy na Add tracks and vias lub naciskamy klawisz X. 20. Wciskając klawisz E możemy podejrzeć opcje z jakimi będą prowadzone ścieżki 21. Na początku najważniejszą opcją jest Walk around dzięki temu, ścieżka będzie szukać najkrótszej drogi za kursorem, przestrzegając reguł projektowych. Na późniejszym etapie, jeżeli będziemy musieli dokonać edycji, opcja shove pozwoli na przesunięcie istniejących już ścieżek. Prowadzone ścieżki mają opcję automatycznego usuwania nadmiarowych, starych połączeń, jeżeli stwierdzimy, że ścieżkę można puścić lepszą drogą przeważnie wystarczy ją pociągnąć, stare połączenie zostanie usuniąte. Jeżeli chcemy całkowicie usunąć fragment ścieżki, przemieszczamy nad niego kursor i wciskamy klawisz delete. Możemy także usunąć cąłą ścieżkę, zaznacząjąc ją. Kierujemy kursor nad fragment, wciskamy klawisz U (zmieni się kolor)i następnie delete. 15

17 3.6 Przelotki 3 TWORZENIE PŁYTKI PCB Rysunek 20: Dodawanie ścieżek, zaznaczone rozmiary ścieżek i przelotek 3.6 Przelotki Rysunek 21: Opcje prowadzenia ścieżek Dodawanie przelotek jest bardzo proste, wystarczy podczas prowadzenia ścieżki wcisnąć klawisz V postawić przelotkę lewym przyciskiem myszy, przelotka będzie miałą wymiar zgodny z wybranym z listy 20. Przesuwając kursor, 16

18 3.7 Rozlewanie pola masy 3 TWORZENIE PŁYTKI PCB będziemy prowadzić ścieżkę na drugiej warstwie. 22 Rysunek 22: Dodana przelotka 3.7 Rozlewanie pola masy Powinniśmy teraz mieć połączone wszystkie sygnały za wyjątkiem masy. Jednak w rozdziale 3.3 narysowaliśmy obszar masy. Teraz wystarczy wcisnąć klawisz B. Na płytce rozleje się w ten sposób pole miedzi, połączone z polami lutowniczymi w każdym miejscu w którym pozwalają na to reguły projektowe i ustawienia pola. Możemy cofnąć rozlanie poprzez ctrl + B lub ukryć wyświatlanie pola poprzez filtry zaznaczone na rysunku Sprawdzenie poprawności płytki - DRC Kiedy cała płytka wygląda dobrze, dobrą praktyką jest wykonanie DRC. Dzięki temu sprawdzimy czy nie pogwałciliśmy reguł projektowych oraz czy każdy element jest połączony. Klikamy na ikonę debugowania 23 a następnie Start DRC. Jeżeli nie otrzymamy żadnych komunikatów w zakładkach Problems/Markers oraz Unconnected płytka jest wolna od błedów w obszarze zdefiniowanych reguł i połączeń! 17

19 3.9 Przygotowanie PDFa do termo/fototransferu 3 TWORZENIE PŁYTKI PCB Rysunek 23: DRC 3.9 Przygotowanie PDFa do termo/fototransferu Wybieramy opcję P lot tak jak na rysunku 24. Następnie w nowym oknie 25 z rozwijanej listy Plot format w lewym górnym rogu wybieramy P DF. Zaznaczamy interesujące nas warstwy, w tym przypadku będzie to warstwa przednia F.Cu. Z rozwijanej listy po prawej Drill marks wybieramy Actual size. Najważniejsza rzecz dla termotransferu: Drukując warstwy przednie zawsze zaznaczamy Mirrored Plot!!! Dla warstwy spodniej B.Cu NIE zaznaczamy odbicia lustrzanego Dla metody fotochemicznej nie jest to obowiązek, ale dobra praktyka. Klikamy P lot. 18

20 3.9 Przygotowanie PDFa do termo/fototransferu 3 TWORZENIE PŁYTKI PCB Rysunek 24: Przycisk drukowania PDFów i plików Gerber Rysunek 25: Ustawienia poprawnego drukowania PDFa 19

21 4 OPCJONALNE: MODELE 3D Rysunek 26: Poprawnie wykonany PDF, gotowy do stworzenia PCB 4 Opcjonalne: Modele 3D W repozytorium KiCADa na Githubie, znajdują się również modele 3D dla sporej części elementów. Korzystając z programu na Windowsie, modele te znajdują się w miejscu instalacji KiCADa czyli.../kicad/share/kicad/modules/packages3d Należy zmienić domyślną ścieżkę dostepu poprzez Preferences Configure path i podmienić KISYS3DMOD na tę wspomnianą powyżej. Innym sposobem jest skorzystanie z metody Linuksowej czyli Preferences 3D shapes library downloader 27 Klikamy Next, Select all, Next, F inish. W ten sposób po chwili, będziemy mogli się cieszyć widokiem 3D naszej płytki. Klikamy View 3D viewer albo alt Czasami należy włączyć i wyłączyć program aby biblioteki się załadowały. 20

22 4 OPCJONALNE: MODELE 3D Rysunek 27: Menedżer pobierania modeli 3D Rysunek 28: Widok 3D płytki 21

23 6 MANY THANKS TO ALL KICAD CONTRIBUTORS, COMMUNITY AND CERN! 5 Linki Oficjalna strona KiCADa Oficjalne repozytorium KiCADa Dobry tutorial Inny dobry tutorial Dobry generator bibliotek 6 Many thanks to all KiCAD contributors, community and CERN! 22