Salve a tutti! Questo è il mio primo articolo su EY e spero di non deludervi  ;)

Introduzione

Come in molti sapranno, KiCAD è un tool di disegno per circuiti stampati, ho deciso di scrivere un articolo su questo software principalmente per due motivi:

• è open-source, e quindi è usufruibile da tutti gratuitamente
• il suo utilizzo è piuttosto semplice ed intuitivo

Quello che mi propongo di fare, è dare una visione generale del programma descrivendo un flusso di progetto completo, tuttavia non scenderò molto nel dettaglio per il semplice motivo di non rendere troppo lungo (e noioso) questo articolo.

Il circuito

Visto che questo è il nostro primo PCB non realizzeremo certo una scheda madre di un notebook, ma un semplice circuitino con un 7805,come quello in figura.

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Si comincia!

Una volta installato il programma, vi ritroverete davanti a questa schermata.

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Quelli che vedete evidenziati, sono i programmi di cui si compone KiCAD; per ora limitiamoci a capire come si chiamano ed a cosa servono:

• in rosso Eeschema, consente di disegnare lo schema del circuito
• in blu Cvpcb, associa ad ogni componente del circuito una package
• in arancione Pcbnew, è il tool col quale si disegna il PCB
• in verde Gerbview, visualizzatore di file gerber
• in viola Bitmap2componen, genera dei logo per i componenti
• in giallo Pcb_calculator, permette di dimensionare le piste e gli isolamenti

Noi ci limiteremo ad usare solo i primi tre tool visto che questi sono indispensabili, le altre applicazioni sono delle utility che hanno come scopo quello di fornire qualche strumento in più al progettista.

È ora di cominciare!
Clicchiamo su “File -> Nuovo-> Vuoto” e scegliamo il nome del progetto e la cartella che lo dovrà ospitare, poi clicchiamo sull’icona di Eeschema.

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Come prima cosa inseriremo nel foglio i componenti che ci servono per disegnare lo schema; per farlo andiamo su ”Inserisci - > componente”, col cursore clicchiamo sul foglio da disegno, ed allora comparirà la seguente finestra:

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Clicchiamo su “Seleziona componente”; ora apparirà un’altra finestra nella quale sono presenti tutte le librerie, selezioniamo quella che ci interessa e scegliamo il componente che vogliamo inserire.
Gran parte dei componenti più usati (resistori, condensatori, mosfet, induttori, LED, etc…) li potrete trovare nella libreria “devices”, il 7805 dentro la libreria “regul”, ed infine i connettori in “conn” (i connettori che ci servono si chiamano CONN_2).

NB: Nella scelta del regolatore cliccate sull’LM78L05ACZ; lo segnalo perché le altre model non sono complete ed andrebbero modificate.

A questo punto bisogna dire al programma quali sono i nodi di alimentazione; per farlo andiamo su “Inserisci -> Connessione di alimentazione”, cliccando col cursore sul foglio da disegno comparirà una finestra, e lì dovremo cliccare su “seleziona componente”, ripetendo questa operazione più volte inseriremo il riferimento (GND), la tensione di alimentazione in ingresso, e i power flag (PWR_FLAG). Questi ultimi vanno connessi a ciascun nodo che sia di alimentazione per il circuito, proprio per farlo capire al programma.
Una volta che tutti i componenti che costituiscono lo schema sono sul foglio, iniziamo a mettere tutto in ordine e a collegare i componenti tra di loro (per farlo andate su“Inserisci -> Filo).
Per spostare i componenti bisogna cliccare sulla freccina in alto a destra, mettere il cursore sul componente e premere da tastiera il tasto “m”; da allora il componente seguirà il mouse, e per ruotare basta fare la stessa cosa, ma premendo “r”.
Alla fine il risultato avrà un aspetto simile a quello in figura.

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Una volta giunti a questo punto è ora di “dare un nome” ad ogni singolo componente; per farlo andiamo su “Strumenti -> Annota schema”, comparirà questa schermata.

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Lasciamo inalterate le impostazioni di default e clicchiamo su “Annotazione”; dopo questa operazione noteremo che i componenti avranno ricevuto un “nome” (es. R1,C1,C2, etc…).
Andiamo avanti facendo fare al programma un controllo dello schema, questo passaggio è molto importante perché consente all’utente di correggere errori di vario genere, tipo connessioni mancanti, errate o indesiderate. Per farlo andremo su “Strumenti -> Controllo regole”, cliccando su “Avvia controllo regole”, gli eventuali errori verranno riportati sulla apposita finestra.

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Se dopo il controllo non compare nulla vuol dire che non ci sono errori, clicchiamo su chiudi ed andiamo su “Strumenti -> Genera lista componenti dello schema” e clicchiamo su “Salva lista componenti”.

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Questo passaggio consente di creare la netlist, ovvero quel file di testo che descrive il circuito che stiamo sviluppando.

A questo punto possiamo chiudere eeschema (salvando) ed aprire Cvpcb, questa applicazione come detto prima, crea un’ associazione tra ogni componente ed il suo package. Realizzare questa operazione è molto semplice, Cvpcb mostrerà due colonne: quella a sinistra che contiene la lista dei componenti dello schema e quella a destra contiene tutti i package a disposizione.

Se vogliamo vedere come è fatto il package basterà cliccare una volta su di esso dalla lista e cliccare sull’icona evidenziata in figura.

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L’associazione viene fatta selezionando il componente dalla colonna a sinistra, e cliccando due volte sul nome del package nella colonna a destra, completata l’operazione salviamo e chiudiamo Cvpcb.

Ora arriva il bello! Apriamo PCBnew! Questo si presenterà nel seguente modo.

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Nella lista evidenziata in verde sono presenti i layer sui quali possiamo lavorare, quelli più importanti per il nostro scopo sono Rame.Retro, Rame.Fronte e Contorno.scheda, per effettuare la selezione naturalmente basta cliccare sopra quello su cui vogliamo lavorare.

Ora dovremo importare il circuito tramite la netlist precedentemente creata, per farlo andiamo su “Strumenti -> Importa lista componenti”, comparirà la seguente schermata.

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Clicchiamo su “Verifica Lista componenti dello schema” ed una volta finita l’operazione su chiudi.

Ritroveremo tutti i componenti ammassati in un punto in alto a sinistra dello schermo, per “sparpagliarli”, mettiamoci in “modalità impronta” cliccando sull’icona evidenziata in rosso in figura 9, successivamente cliccando col destro sul foglio da disegno andiamo su “Spostamento e posizionamento globale -> Sposta tutti i moduli”, fatto ciò la situazione sarà quella in figura.

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Come potrete notare i componenti sono “legati” da linee bianche, questo ci darà un aiuto nel momento in cui dovremo collegarli tramite le piste. Per posizionare (ruotare e traslare) i componenti usiamo gli stessi comandi visti su eeschema, facendo in modo che ci siano meno intersezioni possibili di linee bianche, quando avremo raggiunto un risultato che ci soddisfa potremo iniziare a tracciare le piste.

Prima di procedere dovremo impostare le larghezze di pista con cui vogliamo lavorare, per farlo andiamo su “Preferenze -> Preferenze circuito stampato” e selezioniamo la scheda “Regole globali di disegno”.

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Come potete vedere in questa finestra sono presenti i valori limite da rispettare per il layout, ma a noi per il momento ci basta semplicemente inserire lo spessore desiderato nella casella Pista 1 della tabella evidenziata, per l’occasione ho inserito un valore pari a 1,27 mm (50 mils).
Naturalmente possiamo inserire più valori in tabella, si pensi ad un circuito in cui sono presenti piste che devono portare grossi correnti, ed altre che sono attraversate da segnali ben più deboli.

Quando avremo finito, clicchiamo su chiudi, selezioniamo dalla casella evidenziata in rosa (fig 9) lo spessore di pista che intendiamo usare e selezioniamo pure il layer Rame (Fronte o Retro, a voi la scelta) su cui vogliamo disegnare la pista.

Per collegare i componenti clicchiamo sul comando pista (icona evidenziata in arancione in fig 9) e scateniamoci, quando avremo finito selezioniamo il layer “Contorno.scheda” e col comando Linea (icona in viola sempre in fig 9) disegnamo il perimetro della scheda, il risultato finale sarà il seguente.

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Considerando che lo scopo dell’articolo è quello di illustrare KiCAD, faccio notare che non ho seguito nessuna regola particolare nel disegnare le piste visto che questo è solo un esempio.

Arrivati a questo punto vi sarete accorti che abbiamo finito! Però se volete una chicca andate su “Visualizza-> Visualizzazione 3D” e avrete questo risultato.

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Non vi resta che stampare il master e scatenare bromografi, “fogli blu” e ferri da stiro ;)

Conclusioni

Come detto all’inizio dell’articolo, e come vi sarete accorti durante la lettura, le funzionalità messe a disposizione dal programma sono molte di più da quella da me illustrate, tuttavia non avevo assolutamente la pretesa di spiegare tutto in un unico articolo, bensì di dare una visione panoramica di come si proceda al disegno di un PCB con questo programma.

Spero di non avervi annoiato e che l’articolo sia stato di vostro gradimento.

A presto!