KiCAD – od schémy k DPS

Po nakreslení schémy v programe KiCAD nastáva ďalší krok, a tým je návrh dosky plošného spoja (DPS). V tomto článku popíšem postup krokov, ktoré je potrebné úrobiť na to, aby sme nakreslenú schému pripravili na samotný návrh plošného spoja.

Samotný proces prípravy návrhu dosky plošného spoja pozostáva z niekoľkých krokov:

1. generovanie netlistu;
2. priradenie footprintov súčiastkám.

Zdá sa Vám, že píšem jazykom cudzieho kmeňa? No, vlastne áno, je to jazyk (terminológia) programu KiCAD, ktorú som nepreložil. Teda nie sú to termíny až také špecifické pre KiCAD, ale s týmito pojmami sa stretnete aj v iných programoch podobného typu:

netlist – definícia elektrotechnickej schémy spôsobom, ktorému rozumie program pre návrh plošných spojov, čiže voľne preložené je to zoznam siete, čiže popis prepojenia súčiastok.
footprint – definícia rozmeru súčiastky a rozmiestnenia jej vývodov, čiže popis púzdra.

Generovanie netlistu

Pred tým, ako pristúpime k samotnému generovaniu netlistu, je potrebné sa presvedčiť, že všetky súčiastky majú priradené číslo (jedinečné). Ak si nepamätáte, ako to treba urobiť, postup je na konci článku KiCAD – kreslenie schém. Neváhajte využiť aj nástroj pre kontrolu schémy, veď na to v programe je! Po prekontrolovaní číslovania možno pristúpiť k samotnému generovaniu netlistu. Na tento účel je k dispozícii ikona v paneli nástrojov, ktorú možno pomôže ľahšie nájsť nasledujúci obrázok:

Po kliknutí na túto ikonu sa objaví okno Netlistu, v ktorom je možné zvoliť výstupný formát netlistu. KiCAD má hneď po inštalácii dostupných niekoľko formátov, pričom ako prvý je uvedený pcbnew – teda nástroj na tvorbu DPS, ktorý je súčasťou KiCAD. Ďalšie ponúknuté možnosti sú Orcad, CadStar a Spice. Ako posledná možnosť je pridanie vlastného zásuvného modulu (pliginu), pomocou ktorého je možné vygenerovať netlist aj pre iné programy. Avšak tieto pluginy nie sú súčasťou KiCAD.

My budeme pokračovať generovaním netlistu pre pcbnew. V okne generátora netlistu, na záložke Pcbnew (ale aj na ostatných) je k dispozícii zaškrtávacie pole, pomocou ktorého možno vybrať, ktorý formát bude pre KiCAD východzí. Toto meniť netreba a možno pokračovať stlačením tlačítka Netlist, ktoré je zvýraznené červenou farbou, a to priamo v programe, nei len na tomto obrázku. Stlačením tohoto tlačítka sa najprv objaví dialóg pre výber mena a umiestnenia súboru s netlistom. Takže si vyberte vhodné meno i umiestnenie a stlačením tlačítka pre uloženie bude netlist vygenerovaný a uložený.

Verte alebo nie, tým prvá úloha hotová a možno pristúpiť k druhej.

Priradenie footprintov

Priradenie footprintov je vlastne priradenie rozmerov a umiestnenia vývodov jednotlivým súčiastkám. Na rozdiel od programe Eagle (to je jediný s ktorým môžem porovnať) je priradnie rozmerov oddelené od vytváranie schémy. Na prvý pohľad mi to prišlo ako zbytočné duplikovanie a trochu som hundral, prečo to nemožno urobiť napríklad spolu s priradením hodnoty súčiastke. Ale tento oddelený postup som ocenil, keď som si navrhoval nový plošný spoj k už existujúcej schéme, pretože som nakúpil iné súčiastky (rozmerovo) ako predtým. Nemusel som takto nanovo kresliť celú schému, prosto som len zmenil rozmery súčiatok.

Toto priraďovanie footprintov má na starosti časť KiCAD, zvaná cvpbc, ktorú možno spustiť opäť pomocou ikony na hornom paneli nástrojov, tak ako to je vidieť na obrázku:

Po kliknutí na ikonu nástroja CVpcb, sa otvorí okno, ktoré obsahuje v ľavej časti zoznam súčiastok (ich pomenovaní), vrátane ich poradového čisla a hodnoty. V pravej časti je zoznam dostupných footprintov, čiže rozmerov súčiastok a rozmiestnení ich vývodov. Úlohou je priradiť všetkým súčiastkam vľavo príslušný footprint z pravej časti. Najmä zo začiatku je to úloha náročná, pretože v knižnice je footprintov neúrekom, ako iste vidíte i sami. Najprv však upozorním na stavový riadok, v ktorom je zobrazený celkový počet súčiastok (tu 11) a počet súčiastok, ktorým ešte treba priradiť púzdra. V stavovom riadku je aj počet footprintov, ktorý je zobrazený.

Pre výber toho správneho footprintu však CVpcb poskytuje niekoľko nástrojov. Ako prvý spomeniem filter. Pomocou filtra je možné obmedziť zoznam footprintov, a to na footprinty, ktoré zodpovedajú súčiastke zvolenej vpravo. Na priloženom obrázku si môžete všimnúť, že úplný zoznam footprintov obsahuje 397 púzdier. Ak však použijeme filter, tak napríklad pre kondenzátor klesne počet na 15, či pre rezistory je k dispozícii len 8 footprintov. Ovládanie filtra umožňujú posledné dve ikony na paneli vpravo.

Je veľmi pravdepodobné, že ani obmedzený zoznam veľmi nepomôže, pretože názvy (označenie) footprintov veľmi vypovedajúce nie sú. Panel nástrojov však obsahuje ikonu, pomocou ktorej si môžete vzhľad zvoleného púzdra nechať zobraziť (príklad je vľavo). Alebo si môžete nechať zobraziť priložený súbor PDF, obsahujúci všetky oficiálne footprinty.

Na obrázku vpravo sú z panela vybraté tieto štyri ikony v poradí ako sú na paneli a značia:

• zobrazenie vybraného púzdra;
• zobrazenie všetkých púzdier;
• filtrovaný zoznam a
• úplný zoznam.

Spomenutý PDF súbor je možno vhodné si vytlačiť, určite aspoň zo začiatku výrazne uľahčí orientáciu v dostupných footprintoch.

Takže, keď už viete ktorý footprint máte použiť, ostáva ho len priradiť. Postup je veľmi jednoduchý. Najprv kliknete na príslušnú súčiatku (v zozname vľavo) a potom dvojklikom zvolenej súčiastke priradíte footprint. Priradením footprintu sa zároveň posunie výber na ďalšiu súčiastku v poradí a samozrejme upraví sa počet súčiatok bez footprintu v stavovom riadku.

Po priradení všetkým súčiastkam ostáva púzdra uložiť, a to pomocou ikoony s disketou. Rozloženie sa uloží do netlistu, takže ak chcete použiť rovnakú schému pre iné typy súčiastok, stačí vygenerovať nový netlist. Prípadne zmeniť len príslušnú súčiastku, či vymazať celé priradenie – pomocou ikony v paneli. Výsledné priradenie môže vyzerať napríkald aj takto:

Po úspešnom priradení ostáva už len navrhnúť plošný spoj, ale to zase niekedy nabudúce. Na iný článok si nechám aj postup ako si vytvoriť vlastné púzdro. Celý postup priradenia si môžete vyskúšať napríklad na schému z článku KiCAD – schéma blikača.