電路原理圖設(shè)計的最終目的是生產(chǎn)滿足需要的PCB（印制電路板）。利用KiCad 8.0軟件可以非常輕松地從原理圖設(shè)計轉(zhuǎn)入PCB設(shè)計。KiCad 8.0為用戶提供了一個完整的PCB設(shè)計環(huán)境，既可以進行人工設(shè)計，也可以全自動設(shè)計，設(shè)計結(jié)果可以多種形式輸出。

PCB布線是整個PCB設(shè)計中最重要、最耗時的一個環(huán)節(jié)，可以說前面的工作都是為它而準(zhǔn)備的。在整個PCB設(shè)計中，熟悉PCB設(shè)計流程是很有必要的。

本章內(nèi)容將結(jié)合實戰(zhàn)項目的設(shè)計來介紹PCB設(shè)計的常規(guī)流程，讓讀者熟悉KiCad 8.0軟件的PCB設(shè)計流程，這對于縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期、增強產(chǎn)品的競爭力和節(jié)省研發(fā)經(jīng)費等方面都具有重要意義。

6.1 PCB常用參數(shù)設(shè)置

KiCad中的印刷電路板通常由代表電子元件及其焊盤的封裝、定義這些焊盤如何彼此連接的網(wǎng)絡(luò)、形成每個網(wǎng)絡(luò)中焊盤之間的銅連接的布線、過孔和敷銅以及定義電路板邊緣、絲印標(biāo)記和任何其他所需信息的各種圖形形狀組成。KiCad通常會將PCB上的網(wǎng)絡(luò)信息與相關(guān)的原理圖保持同步，但也可以直接在PCB編輯器中創(chuàng)建和編輯網(wǎng)絡(luò)。

KiCad能夠創(chuàng)建多達32個銅層、14個技術(shù)層(絲印、阻焊、元件粘合劑、錫膏等)和13個通用繪圖層的印刷電路板。KiCad中所有對象的內(nèi)部測量分辨率為1納米，測量值以32位整數(shù)存儲。這意味著可以創(chuàng)建最大約4米乘4米的電路板。KiCad目前支持每個工程/原理圖一個電路板文件。

在PCB繪制時系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的合理與否，直接影響到設(shè)計過程中軟件的功能能否充分發(fā)揮。執(zhí)行菜單欄中的“工具”→“設(shè)置”→“偏好設(shè)置”命令，或使用快捷鍵“Ctrl+,”即可彈出的偏好設(shè)置對話框。

左側(cè)的原理圖編輯器選項卡下有6個子選項卡，分別為顯示選項、柵格選項、編輯選項、批注選項、顏色選項、字段名稱模塊，如圖6-1所示。

圖6-1 PCB編輯器參數(shù)設(shè)置

6.1.1 顯示選項

1.渲染引擎

該項與原理圖中的渲染引擎功能相同，用于生成圖像，為PCB設(shè)計提供實時圖像或高質(zhì)量圖像。

2.柵格顯示

用于設(shè)置PCB繪制界面的柵格顯示效果，具體設(shè)置方式與5.1節(jié)中對應(yīng)參數(shù)相同。

3.光標(biāo)

此項主要根據(jù)設(shè)計者的個人習(xí)慣設(shè)置光標(biāo)的形式，軟件提供小十字和全屏十字。

4.批注

用于顯示PCB繪制中網(wǎng)絡(luò)的名稱，可將其設(shè)置為不顯示、顯示在焊盤上、顯示在線上、顯示在焊盤和走線上其顯示效果如圖6-2所示。

圖6-2 網(wǎng)絡(luò)顯示在焊盤和走線效果

5.輪廓間距

在進行布線時線與線，線與焊盤之間有一定距離要求，那么此時就需要將輪廓間距進行開起幫助我們把握好這個距離，如圖6-3所示。此項可設(shè)置該功能啟用的時機，包括不再顯示間距、在布線時顯示、在布線結(jié)束時顯示、在布線和編輯時顯示以及總是顯示。

圖6-3 輪廓間距顯示效果

6.交叉探測

該項主要是在與原理圖進行關(guān)聯(lián)時的常用功能，其作用是當(dāng)在原理圖中選中器件，那么映射到PCB中的器件也會呈現(xiàn)高亮，如圖6-4所示。

圖6-4 交叉探測效果圖

6.1.2 柵格選項

在6.1.1小節(jié)中我們對柵格的顯示效果進行了設(shè)置，該選項主要是針對捕捉柵格的參數(shù)進行設(shè)置，即光標(biāo)每次移動的距離進行設(shè)置，用戶在該項下可將柵格設(shè)置為很精確的柵格。

快速柵格切換的功能是當(dāng)用戶在繪制原理圖是可以使用快捷鍵在不同柵格之間進行切換，方便設(shè)計者對原理圖的繪制。

6.1.3 原點和軸

在2.5節(jié)中我們提到過KiCad 8.0軟件中默認坐標(biāo)軸與我們平常所用的坐標(biāo)軸有點區(qū)別，所以我們需要對其進行設(shè)置，如圖6-5所示。

圖6-5 PCB編輯界面原點設(shè)置

6.1.4 編輯選項

在編輯選項下，可設(shè)置器件每次旋轉(zhuǎn)時旋轉(zhuǎn)的角度、走線時拐彎的形式、吸附點以及飛線的模式，如圖6-6所示。

圖6-6 PCB編輯選項對話框

6.1.5 顏色選項

可用于設(shè)置PCB編輯界面的主題和顏色等，系統(tǒng)默認帶有三個不可編輯的主題，用戶若想在顏色顯示界面顯示自己喜歡的顏色，可在此選項下選擇新建一個主題，在這個新建的主題中用戶可以隨意更改任意顏色。

6.1.6 插件選項

該項主要是對軟件所安裝的插件進行羅列，即用戶安裝的所有插件都可以在這個地方查看。

KiCad插件系統(tǒng)是一個使用共享庫擴展KiCad功能的框架。使用插件的一個主要優(yōu)點是在開發(fā)插件時沒有必要重建KiCad套件;事實上，可以借助KiCad源代碼樹中的一些暴露出來API構(gòu)建插件。通過確保開發(fā)人員僅編譯與正在開發(fā)的插件直接相關(guān)的代碼，從而減少每個構(gòu)建和測試周期所需的時間，在插件開發(fā)期間無需重新構(gòu)建KiCad的極大地提高了工作效率。

插件最初是為3D模型查看器開發(fā)的，因此可以支持更多類型的3D模型，而無需對支持的每種新模型類型的KiCad源碼進行重大更改。插件框架后來被推廣，以便將來開發(fā)人員可以創(chuàng)建不同類型的插件。目前，已經(jīng)可以直接在KiCad中開發(fā)PCB插件，使用戶能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入和導(dǎo)出、并定制個性化的功能。

6.2 PCB設(shè)計工具介紹

KiCad 8.0軟件提供了非常豐富多的設(shè)計工具幫助設(shè)計者，PCB的設(shè)計工具分別分布在PCB設(shè)計界面的兩側(cè)，如圖6-7所示。

圖6-7 PCB設(shè)計工具

各個工具的功能說明如下。

：顯示或隱藏編輯器右側(cè)的外觀和選擇篩選器面板。

：切換顯示走線的填充和輪廓模式。

：在填充和輪廓模式之間切換過孔的顯示。

：在填充模式和輪廓模式之間切換焊盤的顯示。

：僅顯示區(qū)域輪廓。

：顯示填充區(qū)域。

：當(dāng)選中一個網(wǎng)絡(luò)進行高亮顯示時，打開或關(guān)閉高亮顯示。

注意:當(dāng)沒有網(wǎng)絡(luò)被高亮顯示時，此按鈕將被禁用。要高亮顯示網(wǎng)絡(luò)，請使用熱鍵~。也可以右鍵單擊網(wǎng)絡(luò)中的任何銅對象，然后從“網(wǎng)絡(luò)檢查工具”菜單中選擇“高亮網(wǎng)絡(luò)”，或者右鍵單擊“外觀”面板的“網(wǎng)絡(luò)”選項卡中的列表中的網(wǎng)絡(luò)。

：在正常（Normal）和暗顯（Dim）之間切換非活動層顯示模式。

注意:當(dāng)非活動圖層顯示模式為“暗顯”或“隱藏”時，此按鈕將突出顯示。在這兩種情況下，按下按鈕將圖層顯示模式更改為Normal。隱藏模式只能通過外觀面板中的控件或熱鍵訪問Ctrl+H。

：飛線在直線和曲線之間切換。

：打開/關(guān)閉飛線的顯示。

：在自由角度和45度模式之間切換，用于放置新的走線，區(qū)域，圖形形狀，尺寸和其他對象。你也可以在自由角度和45度模式之間切換（Shift+Space）。

：在全屏和小編輯光標(biāo)(十字準(zhǔn)線)之間切換。

：切換坐標(biāo)和尺寸的單位：英寸、密耳或毫米。

：在狀態(tài)欄中切換極坐標(biāo)和笛卡爾坐標(biāo)顯示。

：啟用項目特定的網(wǎng)格，覆蓋當(dāng)前的網(wǎng)格設(shè)置。

：打開/關(guān)閉網(wǎng)格顯示。

注意:默認情況下，隱藏網(wǎng)格不會禁用網(wǎng)格捕捉（snap）。可以在Preferences的Display Options部分更改此行為。

：選擇工具(默認工具)。

：局部飛線工具：當(dāng)飛線被隱藏時，使用此工具選擇封裝將顯示所選封裝的飛線。再次選擇相同的封裝將隱藏飛線。

：封裝放置工具：點擊板面打開封裝選擇器，選擇封裝后再點擊確認位置。

：布線工具：該工具激活交互式布線并允許放置走線和過孔。

：調(diào)整長度：這些工具允許您調(diào)整單個布線的長度或差分對的長度或偏移。

：擺放過孔：允許放置沒有走線的自由過孔。如果在走線時放置過孔，過孔將被賦予走線的網(wǎng)絡(luò)，作為整體走線的一部分（如果連接到走線焊盤網(wǎng)絡(luò)被更新，過孔網(wǎng)絡(luò)也會隨之更新）。在任何銅位置擺放過孔，過孔都將被賦予銅的網(wǎng)絡(luò)。

：添加敷銅區(qū)域。點擊開始繪制多邊形敷銅，敷銅的輪廓必須閉合。

：添加規(guī)則區(qū)域:規(guī)則區(qū)域，以前稱為保留區(qū)域，可以限制對象的放置和區(qū)域的填充，還可以定義命名的區(qū)域來應(yīng)用特定的自定義設(shè)計規(guī)則。

：畫線。注意:線條是圖形對象，與使用“布線”工具放置的走線不同。

：繪制圓弧:選擇圓弧的中心點，然后選擇圓弧的起點和終點。右鍵單擊此按鈕，可以在保持現(xiàn)有圓弧中心的模式和保持圓弧半徑的模式之間切換圓弧編輯模式。

：畫矩形。可以填充矩形或只包含輪廓。

：畫圓。圓可以填充或只包含輪廓。

：繪制圖形多邊形。多邊形可以填充或只包含輪廓

注圖形多邊形不能被分配網(wǎng)絡(luò)，并且不會與其他對象保持間隙。

：添加位圖圖片供參考。參考圖像不包括在制造輸出中

：添加文本。

：添加一個文本框。

：對齊尺寸標(biāo)注顯示兩點之間距離的測量值。測量軸是連接這兩個點的線，尺寸標(biāo)注圖形與該軸保持平行。

：正交尺寸標(biāo)注也測量兩點之間的距離，但測量軸是X軸或Y軸。換句話說，這些標(biāo)注表示兩點之間距離的水平或垂直分量。創(chuàng)建正交尺寸標(biāo)注時，您可以選擇使用哪個軸作為測量軸。選擇要測量的兩個點后放置尺寸標(biāo)注的位置。

：中心尺寸標(biāo)注，創(chuàng)建一個十字標(biāo)記以表示點或圓/圓弧的中心。

：徑向尺寸標(biāo)注，顯示中心點與圓或弧外側(cè)之間的測量值。中心點用十字表示。

：引線尺寸標(biāo)注，創(chuàng)建一個箭頭，將一條引線連接到文本字段。此文本字段可以包含任何文本，以及圍繞文本的可選圓形或矩形框。這種類型的尺寸標(biāo)注通常用來提醒人們注意設(shè)計的某些部分，以便在制造說明中參考。

：刪除工具:單擊需要刪除的對象。

：設(shè)置網(wǎng)格原點或鉆/位置原點(用于制造輸出)。

：交互式測量兩點之間的距離。

6.3 定義板框即板框原點設(shè)置

6.3.1 自定義板框

如果設(shè)計項目的板框是簡單的矩形或者規(guī)則的多邊形，則直接在PCB中繪制即可。PCB板框在Edge.Cuts內(nèi)定義。下面以板框放置在Edge.Cuts層為例，詳細介紹板框的繪制。

先切換到Edge.Cuts層，然后執(zhí)行菜單欄中的“放置（P）”→“繪制線”命令，在PCB編輯界面繪制需要的板框形狀。這里以尺寸為100cm×80cm，圓角半徑為4mm的圓角矩形為例來對自定義板框進行概述。

（1）首先將層切換至Edge.Cuts層，執(zhí)行畫線命令，在PCB繪制界面隨意繪制4條線如圖，如圖6-8所示。

（2）執(zhí)行菜單欄“放置（P）”→“鉆孔/放置文件原點”命令放置原點，完成后選擇其中一條在（1）中繪制的線，在線段屬性對話框中填入如圖6-9的信息。

圖6-8 繪制板框

圖6-9 線條信息

（3）將四根線的位置信息編輯完成之后會得到一個沒有閉合的矩形。剩下四個角我們需要將其添加上圓角，圓角可以防止被PCB板割傷。首先將層切換到Edge.Cuts層，執(zhí)行菜單欄“防止（P）”→“繪制弧線”命令，或直接使用快捷鍵“Ctrl+Shift+A”隨意繪制一個弧線。

（4）雙擊所繪制的弧線在弧線屬性對話框中填入如圖6-10所示的信息。

圖6-10 弧線信息

（5）弧線添加完成后，自定義板框就繪制完成，如圖6-11所示。

圖6-11 弧線信息

6.3.2 從CAD里導(dǎo)入板框

很多項目的板框結(jié)構(gòu)外形都是不規(guī)則的，手工繪制板框的復(fù)雜度比較高，這時就可以選擇導(dǎo)入CAD結(jié)構(gòu)工程師繪制的板框數(shù)據(jù)文件，例如.DWG或者.DXF格式文件，進行導(dǎo)入板框結(jié)構(gòu)定義。導(dǎo)入之前最好將結(jié)構(gòu)文件轉(zhuǎn)換為較低的版本，確保KiCad 8.0軟件能正確導(dǎo)入。

導(dǎo)入CAD板框文件的步驟如下：

（1）新建一個PCB文件，然后將其打開，執(zhí)行菜單欄中的“文件”→“圖形”命令，或直接使用使用快捷鍵“Ctrl+Shift+F”,選擇需要導(dǎo)入的DXF文件，如圖6-12所示。

圖6-12 選擇DXF文件

（2）導(dǎo)入屬性設(shè)置。

①在“比例”選項組中設(shè)置導(dǎo)入單位（須和CAD單位保持一致，否則導(dǎo)入的板框尺寸不對），用戶可通過Size參數(shù)進行大致判斷。

②選擇需要導(dǎo)入的層參數(shù)（為了簡化導(dǎo)入操作，“PCB層”這一項可以保持默認，成功導(dǎo)入之后在PCB中更改），如圖6-13所示。

圖6-13 DXF文件導(dǎo)入設(shè)置

6.4 層的相關(guān)設(shè)置

6.4.1 層的顯示與隱藏

在制作多層板時，經(jīng)常需要只看某一層，或者把其他層隱藏，這種情況就要用到層的顯示與隱藏功能。

在PCB編輯面板右側(cè)層管理器單擊層名稱前面的圖標(biāo)，即可設(shè)置層的顯示與隱藏，如圖6-14所示?？梢葬槍螌踊蚨鄬舆M行顯示與隱藏設(shè)置。

圖6-14 層的顯示與隱藏

6.4.2 層的顏色設(shè)置

為了便于層的快速識別，可以對不同的層設(shè)置不同的顏色。執(zhí)行菜單欄“設(shè)置（P）”→“偏好設(shè)置”命令，或直接使用快捷鍵“Ctrl+,”在彈出的偏好設(shè)置對話框中選擇顏色選項，新建一個主題，在新建的主題中單擊層名稱前面的顏色圖標(biāo)即可設(shè)置層的顏色，如圖6-15所示。

圖6-15 層的顏色設(shè)置

6.5 PCB布局

在整體PCB設(shè)計中，布局是一個重要的環(huán)節(jié)。布局結(jié)果的好壞直接影響布線的效果，因此合理的布局是PCB設(shè)計成功的基礎(chǔ)。

6.5.1 交互式布局與模塊化布局

1.交互式布局

交互式布局的實質(zhì)就是交叉選擇功能，以實現(xiàn)原理圖與PCB的器件對應(yīng)。

2.模塊化布局

實現(xiàn)同一功能的相關(guān)電路稱為一個模塊。所謂模塊化布局就是結(jié)合“交叉選擇”功能與“區(qū)域內(nèi)排列器件”功能將同一模塊的元件布局在一起，然后根據(jù)電源流向和信號流向?qū)φ麄€電路進行模塊劃分，將每個電路模塊大致排列在PCB板框周邊，實現(xiàn)預(yù)布局。

3.就近集中原則

同一模塊中的電路元件，應(yīng)采用就近集中原則。比如電源管腳基本都會帶有去耦電容，那么電容應(yīng)靠近該管腳擺放。

6.5.2 布局常用的基本原則

布局常見的基本原則如下：

（1）先放置與結(jié)構(gòu)相關(guān)的固定位置的元件，根據(jù)結(jié)構(gòu)圖設(shè)置板框尺寸，按結(jié)構(gòu)要求放置安裝孔、接插件等需要定位的器件，并將這些器件鎖定。

（2）明確結(jié)構(gòu)要求，注意針對某些器件或區(qū)域的禁止布線區(qū)域、禁止布局區(qū)域及限制高度的區(qū)域。

（3）元件擺放要便于調(diào)試和維修，小元件周圍不能放置大元件，需調(diào)試的元件周圍要有足夠的空間，需拔插的接口、排針等元件應(yīng)靠板邊擺放。

（4）結(jié)構(gòu)確定后，根據(jù)周邊接口的元件及其出線方向，判斷主控芯片的位置及方向。

（5）先大后小、先難后易原則。重要的單元電路、核心元件應(yīng)當(dāng)優(yōu)先布局，元件較多、較大的電路優(yōu)先布局。

（6）盡量保證各個模塊電路的連線盡可能短，關(guān)鍵信號線最短。

（7）高壓大電流與低壓小電流的信號完全分開；模擬信號與數(shù)字信號分開；高頻信號與低頻信號分開。

（8）同類型插裝元件或有極性的元件，在X或Y方向上應(yīng)盡量朝一個方向放置，便于生產(chǎn)。

（9）相同結(jié)構(gòu)電路部分，盡可能采用“對稱式”標(biāo)準(zhǔn)布局，即電路中元件的放置保持一致。

（10）電源部分盡量靠近負載擺放，注意輸入/輸出電路。

6.5.3 元件對齊及換層

1.元件的對齊

KiCad 8.0提供了非常方便的對齊功能，可以對元件實行左對齊、右對齊、頂對齊、底對齊、水平等間距、垂直等間距等操作。

元件對齊方法如下：

（1）選中需要對其的兩個或兩個以上的器件，鼠標(biāo)右鍵選擇“對齊/分布”命令，在彈出的選項中自己需要的對齊方式。

圖6-16 對齊命令

2.元件的換層

KiCad 8.0默認的元件層是F.Cu和B.Cu，用戶可根據(jù)板子器件密度、尺寸大小和設(shè)計要求判斷是否進行雙面布局。原理圖導(dǎo)入PCB后，元件默認放在F.Cu，若想切換放到B.Cu，最便捷的方式是在拖動元件的過程中按快捷鍵F。

當(dāng)然，也可以選中需要反轉(zhuǎn)的器件用鼠標(biāo)右鍵選擇“換面/翻轉(zhuǎn)”，如圖6-17所示。

圖6-17 元件的換層

6.6 PCB布線

待更新。。。