Tutoriel KiCad PCB : Maîtriser le développement PCB open-source

KiCad est un outil logiciel open-source pour la création de schémas électroniques et de circuits imprimés. Sous sa surface unifiée, KiCad intègre un ensemble élégant des outils autonomes suivants :

Nom du programme	Description	Extension de fichier
KiCAD	Gestionnaire de projet	*.pro
Eeschema	Éditeur de schéma (schéma et composant)	*.sch, *.lib, *.net
CvPcb	Sélecteur d'empreintes	*.net
Pcbnew	Éditeur de circuit imprimé	*.kicad_pcb
GerbView	Visualiseur Gerber	Tous les formats Gerber usuels
Bitmap2Component	Convertir images bitmap en composants ou empreintes	*.lib, *.kicad_mod, *.kicad_wks
Calculateur PCB	Calculateur pour composants, largeur de piste, espacement électrique, codes couleurs, etc.	Aucun
Éditeur de mise en page	Éditeur de mise en page de page	*.kicad_wks

KiCad peut être considéré comme suffisamment mature pour le développement et la maintenance réussis de cartes électroniques complexes. Il ne présente aucune limitation de taille de carte et peut gérer facilement jusqu'à 32 couches de cuivre, 14 couches techniques et 4 couches auxiliaires. KiCad peut créer tous les fichiers nécessaires à la fabrication de circuits imprimés : fichiers Gerber pour photoplotteurs, fichiers de perçage, fichiers de positionnement de composants et bien plus. Étant open source (licence GPL), il représente l'outil idéal pour les projets orientés vers la création de matériel électronique open-source.

Dessin de schémas électroniques

1. Lancez KiCad sur votre ordinateur. Vous accédez à la fenêtre principale du gestionnaire de projet KiCad. Depuis là, vous avez accès aux huit outils autonomes : Eeschema, Éditeur de bibliothèque de schémas, Pcbnew, Éditeur d'empreintes PCB, GerbView, Bitmap2Component, Calculateur PCB et Éditeur de mise en page.

2. Créez un nouveau projet : Cliquez sur Fichier > Nouveau projet. Nommez le fichier projet tutorial1. Le fichier prendra automatiquement l'extension « .pro ». KiCad propose de créer un répertoire dédié, cliquez sur Oui pour confirmer. Tous vos fichiers de projet seront sauvegardés ici.

3. Commençons par créer un schéma. Lancez l'éditeur de schéma Eeschema . C'est le premier bouton à gauche.

4. Cliquez sur l'icône Paramètres de page dans la barre d'outils supérieure. Définissez la Taille de page sur A4 et le Titre sur Tutorial1. Vous verrez qu'on peut entrer plus d'informations si nécessaire. Cliquez OK. Ces informations peupleront la feuille de schéma en bas à droite. Utilisez la molette de la souris pour zoomer. Enregistrez le projet de schéma complet : Fichier > Enregistrer le projet de schéma.

5. Placez maintenant notre premier composant. Cliquez sur l'icône Placer un composant dans la barre d'outils droite.

6. Cliquez au milieu de votre feuille de schéma. Une fenêtre Choisir un composant apparaît. Nous allons placer une résistance. Recherchez/filtrez sur le R de Résistance. Vous remarquerez l'en-tête « device » au-dessus de Résistance. Cet en-tête est le nom de la bibliothèque où se trouve le composant, une bibliothèque générique et utile.

7. Double-cliquez dessus. La fenêtre Choisir un composant se ferme. Placez le composant sur la feuille en cliquant à l'endroit souhaité.

8. Cliquez sur l'icône loupe pour zoomer sur le composant. Alternativement, utilisez la molette pour zoomer/dézoomer. Appuyez sur la molette (bouton central) pour faire un panoramique horizontal et vertical.

9. Survolez le composant R et appuyez sur la touche « r », le composant devrait pivoter. Pas besoin de cliquer dessus pour le faire pivoter.

10. Clic droit au milieu du composant et sélectionnez Éditer le composant > Valeur. Même résultat en survolant et appuyant sur « v ». La touche « e » ouvre la fenêtre d'édition plus générale. Remarquez comment le menu clic droit affiche les raccourcis pour toutes les actions disponibles.

11. La fenêtre Valeur du composant apparaît. Remplacez la valeur actuelle R par 1 k. Cliquez OK.

12. Pour placer une autre résistance, cliquez simplement où vous voulez qu'elle apparaisse. La fenêtre Sélection de composant réapparaît.

13. La résistance précédemment choisie est maintenant dans votre liste d'historique, apparaissant comme R. Cliquez OK et placez le composant.

14. En cas d'erreur pour supprimer un composant, clic droit sur le composant et cliquez Supprimer le composant. Cela le retire du schéma. Alternativement, survolez le composant à supprimer et appuyez sur la touche « suppr ».

15. Vous pouvez aussi dupliquer un composant déjà sur la feuille en le survolant et en appuyant sur « c ». Cliquez où placer le nouveau composant dupliqué.

16. Clic droit sur la seconde résistance. Sélectionnez Déplacer le composant. Repositionnez et clic gauche pour déposer.

17. Changez la taille de la grille. Vous avez probablement remarqué que tous les composants sont alignés sur une grille à grand pas. Vous pouvez changer la taille de la grille par Clic droit > Sélectionner grille. En général, une grille de 50,0 mils est recommandée pour la feuille de schéma.

18. Nous allons ajouter un composant d'une bibliothèque non configurée dans le projet par défaut. Dans le menu, choisissez Préférences > Bibliothèques de composants et cliquez sur Ajouter pour les fichiers de bibliothèque de composants. Ensuite, vous pouvez placer symboles d'alimentation et de masse, ajouter des broches, faire des connexions avec des étiquettes selon des étapes similaires jusqu'à la fin du schéma.

19. Vérifions maintenant notre schéma pour les erreurs. Cliquez sur l'icône Vérification des règles électriques dans la barre d'outils supérieure. Cliquez sur Exécuter. Un rapport indiquant erreurs ou avertissements (fils déconnectés, etc.) est généré. Vous devriez avoir 0 Erreurs et 0 Avertissements. En cas d'erreurs/avertissements, une petite flèche verte apparaît sur le schéma à la position concernée. Cochez Créer fichier rapport ERC et appuyez à nouveau sur Exécuter pour plus d'informations.

20. Pour créer une Nomenclature (BOM), allez dans l'éditeur de schéma Eeschema et cliquez sur l'icône Nomenclature dans la barre d'outils. Par défaut aucun plugin n'est actif. Ajoutez-en un en cliquant sur Ajouter un plugin. Sélectionnez le fichier *.xsl souhaité, ici bom2csv.xsl. Appuyez sur Générer. Le fichier (même nom que votre projet) se trouve dans votre dossier projet. Ouvrez le *.csv avec LibreOffice Calc ou Excel. Une fenêtre d'import apparaît, appuyez OK.

Mise en page du circuit imprimé

1. Depuis le gestionnaire de projet KiCad, cliquez sur l'icône Pcbnew . La fenêtre Pcbnew s'ouvre. Si un message d'erreur dit qu'un fichier *.kicad_pcb n'existe pas et demande s'il faut le créer, cliquez Oui.

2. Commencez par entrer des informations du schéma. Cliquez sur l'icône Paramètres de page dans la barre d'outils. Définissez le format papier sur A4 et le titre sur Tutorial1.

3. Il est bon de commencer par définir le dégagement et la largeur de piste minimale requis par votre fabricant PCB. Généralement, réglez le dégagement à 0,25 et la largeur de piste minimale à 0,25. Cliquez sur Règles de conception > Règles de conception. Si pas déjà affiché, cliquez sur l'onglet Éditeur de classes de nets. Modifiez le champ Dégagement à 0,25 et Largeur de piste à 0,25 comme ci-dessous. Les mesures sont en mm.

4. Cliquez sur l'onglet Règles de conception globales et réglez Largeur de piste min à 0,25. Cliquez OK pour valider et fermer l'éditeur de règles.

5. Importez maintenant le fichier netlist. Cliquez sur l'icône Lire Netlist dans la barre d'outils. Cliquez sur Parcourir fichiers netlist, sélectionnez tutorial.net dans la boîte de dialogue, cliquez sur Lire netlist courant. Puis fermez.

6. Tous les composants sont connectés via un fin groupe de fils appelé ratsnest. Assurez-vous que le bouton Cacher ratsnest est enfoncé pour voir le ratsnest reliant tous les composants.

7. Vous pouvez déplacer chaque composant en le survolant et appuyant sur « g ». Cliquez où le placer. Déplacez tous les composants jusqu'à minimiser les croisements de fils. Puis modifiez jusqu'à obtenir une mise en page PCB idéale.

Générer les fichiers Gerber

Une fois votre conception de circuit personnalisée terminée, vous pouvez générer les fichiers Gerber pour chaque couche et les envoyer au fabricant pour la production PCB.

1. Depuis KiCad, ouvrez l'outil Pcbnew et chargez votre fichier de carte en cliquant sur l'icône .

2. Cliquez sur Fichier > Tracer. Sélectionnez Gerber comme Format de tracé et le dossier pour tous les fichiers Gerber. Cliquez sur Tracer.

Toutes les opérations mentionnées ne sont qu'une partie des fonctions globales de KiCad. Plus de détails seront découverts dans votre pratique.

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