KiCad

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Dieser Artikel behandelt das freie CAD-Programm KiCad, für das gleichnamige kommerzielles CAD/CAE-Programm siehe KiCAD (Elektrotechnik)
KiCad
Kicad logo new.png
Kicad screenshot (2).jpg
Screenshot
Basisdaten
Entwickler Jean-Pierre Charras
Aktuelle Version BZR4022
(7. Juli 2013)
Betriebssystem Linux, Windows ab 2000, Mac OS X
Kategorie EDA
Lizenz GPL
Deutschsprachig ja
KiCad
Beispiel für die 3D-Ansicht einer erstellten Leiterplatte

KiCad ist ein freies CAD-Programm zur Erstellung von Leiterplatten.

Der Autor Jean-Pierre Charras ist Wissenschaftler am Laboratoire des Images et des Signaux (LIS) in Grenoble, Frankreich und Lehrer am IUT de Saint-Martin-d’Hères.

KiCad beinhaltet die folgenden Programmteile:

  • KiCad – Grundmodul mit integrierter Projektverwaltung.
  • EESchema – Schaltplan-Editor mit integriertem Schaltplan-Symbol-Editor.
  • CVpcb – Tool für die Verbindung Schaltplan-Symbol mit dem Bauteil-Footprint.
  • PCBnew – Layout-Editor für Leiterplatten mit integriertem Footprint/Modul-Editor.
  • Gerbview – Programm zum Datenaustausch im Gerber-Format, z. B. für Plotter oder Leiterplattenhersteller.
  • Bitmap2component - (experimentell) Werkzeuge zur Erstellung von Symbolen und Footprints aus Bitmaps (z.B. um Logos zu importieren).
  • PCB Calculator - ein "Taschenrechner" und Formelsammlung für einige Berechnungen rund um die Entwicklung von Schaltungen und Leiterplatten. Enthält z.B. auch Möglichkeiten, den Wellenwiderstand von Leitungen zu berechnen.
  • PL-Editor Ein Editor, um den KiCad üblichen Zeichnungsramen zu editieren.

KiCad basiert auf dem WxWidgets-Framework. Erhältlich ist es für die Plattformen Linux und Windows (ab 2000). Auf Solaris und FreeBSD ist es ebenfalls einsetzbar.

Mit KiCad können Leiterplatten mit bis zu 16 Ebenen erstellt werden. Die Schaltpläne können an Spice weitergegeben werden.

Arbeitsablauf[Bearbeiten]

Zuerst wird mit EESchema (dem Schaltplanmodul von KiCad) ein Schaltbild der zu entwickelnden Platine unter Verwendung der Schaltplansymbole aus der Symbolbibliothek erstellt. Dabei unterstützt EEschema sogenannte hierarchische Schaltpläne, das heißt, ein Schaltplan kann als „Blackbox“ Unterschaltpläne enthalten, die wiederum weitere Unterschaltpläne enthalten können. Umgekehrt kann auch aus vorhandenen Unterschaltplänen durch passendes Einbinden in übergeordnete Schaltpläne sehr schnell ein Schaltplan modular aufgebaut werden.

Schaltplansymbole können mit dem in EESchema enthaltenen Symboleditor angepasst und komplett neu erstellt werden. Des Weiteren enthält EESchema ein Tool für Annotation (Automatisches Vergeben von Referenzbezeichnern für die verwendeten Bauteile) und für einen ERC (Electrical rule check), der den Schaltplan grob auf Fehler untersucht, zum Beispiel, ob alle Pins angeschlossen sind, mit Ausnahme derer, bei denen ausdrücklich kein Anschluss verwendet wird. Des Weiteren kann eine Netzliste erstellt werden, die in verschiedenen Formaten, wie für Spice oder den Specctra Autorouter, exportiert werden kann.

Danach wird diese Netzliste in CVpcb eingelesen. Dort kann jedem Bauteil ein Footprint (die in KiCad Module heißen) zugewiesen werden. Bei einem Technologiewechsel (z. B. beim Übergang von Through hole auf SMD) können hier auch nachträglich andere Footprints eingetragen werden. Nach erneutem Abspeichern der Netzliste kann diese nun im Platinenlayoutmodul von KiCad, PCBnew, eingelesen werden.

In PCBnew können die Bauteile dann auf der Platine verteilt und verbunden werden. Auch können Netzklassen definiert werden, die z. B. Leiterbahnbreiten und Isolationsabstände festlegen. Das Verbinden kann entweder manuell oder über den Autorouter erfolgen. Dabei kann gewählt werden zwischen einem internen Autorouter, und einem externen, der irgendwo auf einem Server läuft. Auch ganz fremde Software, wie z. B. der Specctra Autorouter, kann verwendet werden.

Das manuelle Routen wird von einem abschaltbaren permanenten DRC (design rule check, überprüft, ob Leiterbahnbreiten und Abstände gemäß der Netzlistendefiniton eingehalten werden) unterstützt, der das Platzieren nicht DRC-konformer Leiterbahnen unterbindet. Der DRC kann auch nach Abschluss der Arbeit extra gestartet werden, falls man ihn z. B. abgeschaltet hatte, um Ausnahmen durchzuführen. In diesem Fall werden Ausnahmen und alle anderen DRC-Verletzungen gemeldet, so dass man entscheiden kann, ob man die Regelverletzung beseitigt oder als Ausnahme zulässt. Die Ausgabe der Platine kann als Extended Gerber, Postscript, DXF, HPGL, SVG oder direkt auf einen Drucker erfolgen. Natürlich können auch Bohrdatenfiles, Pick+Place-Daten für SMD-Bestückungsroboter und eine Stückliste erstellt werden. Die Stückliste kann als klassische Textliste oder als in Excel importierbare CSV-Datei erzeugt werden.

PCBnew unterstützt auch das Einbinden schon vorhandener gerouteter Platinen, so dass aus verschiedenen Platinen Ausschnitte entnommen und zu einer neuen verbunden werden können. Allerdings muss alle dafür nötigen Annotationen von Hand vorgenommen werden.

Eine Besonderheit stellt die Fähigkeit von KiCad dar, „Extended Gerber“ mit dem mitgebrachten Gerberviewer „Gerbview“ nicht nur ansehen zu können, sondern auch als Layout in PCBnew importieren zu können.

Dort kann man die Platine bearbeiten, z. B. zu größeren Nutzen vervielfachen, und wieder als Extended Gerber exportieren. Eine weitergehende Bearbeitung ist aber nur möglich, wenn eine Netzliste besteht. Diese könnte durchaus von Hand unter Benutzung von Gerbview und PCBnew erstellt werden. Insofern ist KiCad für reverse engineering geeignet.

Der Programmteil Bitmap2component wandelt Bitmaps wahlweise in Symbole oder in Footprints um. Auf diese Weise können also auch Logos oder spezielle Muster für HF-Anwendungen in KiCad importiert werden, sofern sie als Bitmap vorliegen. Diese Funktion ist allerdings sehr neu (im Frühjahr 2011 eingefügt) und eher als experimentell zu bezeichnen.

Der Programmteil PCB Calculator enthält einige kleine Berechnungsprogramme bzw. Tabellen. Z. B. können die Dimensionierungswiderstände von Spannungsreglern, die ähnlich dem LM317 arbeiten, berechnet werden, dazu die Wellenwiderstände diverser Leitungen, Leiterbahnbreiten, Leiterbahnwiderstände etc.

KiCad ermöglicht auch die 3D-Vorschau der erstellten Leiterplatten. Diese basiert auf Wings 3D. Voraussetzung ist, dass für die verwendeten Bauteile nicht nur Footprints (in KiCad Module genannt), sondern auch 3D-Modelle als WRL-Dateien hinterlegt wurden. KiCad bindet diese Dateien lediglich ein. Zum Bearbeiten bzw. Erstellen der 3D-Modelle ist externe Software (Wings 3D oder Blender (ebenfalls open source)) erforderlich.

Durch die Arbeit einer aktiven Community rund um KiCad stehen viele Bauteilbibliotheken zur Verfügung.

Mit dem externen Werkzeug TTConv können AutoCAD-dxf-Dateien im- und exportiert werden.

KiCad besitzt eine Python-Schnittstelle (Python 2.6) die aber zur Zeit nur für das Board implementiert ist. Geplant ist etwas Ähnliches, wie Eagle mit den ULPs bereits eingeführt hat. Allerdings kann durch das offene, klarschriftartig lesbare Dateiformat jede beliebige Programmiersprache herangezogen werden, um die Dateien extern zu manipulieren.

Im Laufe des Jahres 2012 wurde das Dateiformat für Boards umgestellt. Die Dateien endeten im alten (Legacy) Format auf „.brd“ und im neuen auf „.kicad_pcb“. Aktuelle Kicad-Versionen können beide Formate einlesen und beide nach Wahl abspeichern.

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: KiCad – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Symbol und Bauteil Bibliotheken