Progettare circuiti stampati con KiCAD 8 - Corso Base

In questa lezione creiamo un primo semplice progetto KiCAD per far lampeggiare un LED con un NE555.

Prima di tutto illustro il ciclo di lavoro del programma e poi impariamo ad aggiungere i simboli dei componenti (A), a selezionarli, spostarli (M) e ruotarli(R) per disporli al meglio nello schema.

Completiamo lo schema aggiungendo i collegamenti, cioè il wiring.

miglioriamo lo schema aggiungendo delle label locali e globali. Le label semplificano i cablaggi e rendono lo schema più leggibile.

Inseriamo anche le informazioni del cartiglio e impariamo a stampare in pdf lo schema.

Le footprint servono per realizzare le piste in rame, i fori, le piazzole e quanto necessario per accogliere i componenti sul circuito stampato. Ogni componante ha una sua "impronta". Kicad ha numerose librerie per la maggior parte dei componenti elettronici. Ti mostro due modi in cui puoi assegnare una footprint ad un simbolo così da concludere il disegno dello schema elettrico. Impariamo anche a generare una BOM (Bill Of Material) o elenco dei materiali.

Lavoriamo con l'editor per il PCB. Importiamo le footprint in automatico e disponiamole nello spazio. Muoviamo (M) e ruotiamo (R) le footprint cercando la disposizione migliore. Ci aiutano nel compito le ratsnest che indicano le connessioni che dovremo realizzare.

Aggiungiamo le tracce collegando le footprint. Disegniamo le tracce sui due livelli possibili F-Cu e B.Cu.

In questa lezione aggiungiamo dei fori di montaggio e modifichiamo una footprint ritornando all'editor dello schema. Verifichiamo la correttezza del progetto utilizzando il tool DRC.

I file Gerber sono un formato standard utilizzato nell'industria della produzione di circuiti stampati (PCB). Si tratta di file che contengono le informazioni necessarie per la fabbricazione di un PCB, inclusi i layout dei circuiti, i percorsi dei conduttori, i fori dei componenti e le informazioni sulla maschera di saldatura e i livelli di rame.

Questi file sono essenziali per la produzione dei PCB poiché forniscono istruzioni dettagliate per le macchine CNC che eseguono i processi di incisione, perforazione e tracciatura dei percorsi dei conduttori sul materiale del circuito stampato. I file Gerber possono essere generati da software di progettazione assistita da computer (CAD) specializzati per la progettazione di PCB.

Con KiCAD è semplice generare file Gerber da inviare a un produttore di circuiti stampati. Utilizziamo GerbView per esaminare i file prodotti

Se intendiamo far montare a macchina il nostro circuito stampato ci servirà u nfile di posizionamento dei componenti. Vediamo come generarne uno con KiCAD.

Creiamo una shield per Arduino approfittando del tema per affrontare argomenti più complessi. Iniziamo importando una libreria esterna di simboli e impronte (footprint) per il nostro progetto.

Se il componente che intendiamo aggiungere non ha un simbolo, possiamo facilmente crearne uno con gli strumenti di KiCAD. Utilizziamo l'editor di simboli per disegnare quanto ci serve aggiungendo pin, testi e grafiche.

Con l'editor per le impronte disegniamo una footprint personalizzata per il nuovo simbolo.

Spesso abbiamo un simbolo ma non c'è una footprint adatta. Utilizzando il datasheet del componente possiamo ricavare le misure per la sua footprint. Disegnamone una con l'editor di impronte di KiCAD.

In KiCad, i "BUS" sono un concetto utilizzato per semplificare la connessione di molteplici linee di segnale all'interno di uno schema elettrico.

Quando hai molte linee di segnale che rappresentano ad esempio bus di indirizzi, bus di dati o altri gruppi di segnali correlati, anziché disegnare linee di connessione tra ciascun componente, puoi utilizzare un "BUS" per collegare tutte queste linee insieme.

Nella pratica, un bus in KiCad è una linea tracciata nello schema elettrico che rappresenta un gruppo di segnali correlati. Questo può semplificare lo schema e rendere più chiara la visualizzazione dei collegamenti, specialmente quando ci sono molte linee di segnale da gestire.

Ad esempio, potresti avere un bus chiamato "D[7:0]" che rappresenta un bus di dati a 8 bit. Invece di disegnare otto linee separate tra il tuo processore e la tua memoria, puoi semplicemente collegare il bus "D[7:0]" al processore e alla memoria, semplificando così lo schema e rendendo più evidente che si tratta di un gruppo di segnali correlati.

In KiCad, puoi definire e utilizzare bus in modo simile ad altri componenti elettrici. Possono essere rinominati, collegati e gestiti come entità unificate all'interno dello schema elettrico.

I diagrammi multi-pagina e i pin gerarchici sono due funzionalità importanti in KiCad che consentono di gestire progetti complessi in modo organizzato e strutturato.

1. Schemi Multi-Pagina: KiCad consente di creare schemi suddivisi su più pagine. Questo è utile quando uno schema diventa troppo grande per essere contenuto in una singola pagina. Puoi dividere lo schema in sezioni logiche e assegnare ciascuna sezione a una pagina separata. KiCad ti consente di collegare i componenti tra le pagine usando un simbolo di "federazione" che indica che un componente è presente in un'altra pagina. Quando generi il netlist, KiCad combinerà automaticamente le connessioni tra i componenti su diverse pagine.

2. Pin Gerarchici: I pin gerarchici consentono di creare simboli personalizzati che rappresentano blocchi funzionali complessi all'interno dello schema. Questi blocchi possono avere pin virtuali che rappresentano i segnali di ingresso e uscita del blocco. Quando inserisci un simbolo gerarchico nello schema, puoi collegare i suoi pin virtuali ai componenti su altre pagine o ai pin reali dei componenti all'interno dello stesso schema. Questo ti consente di creare una rappresentazione ad alto livello di un blocco funzionale senza dover disegnare i dettagli interni dello schema. I pin gerarchici sono particolarmente utili quando si lavora con progetti complessi o quando si desidera creare librerie di simboli riutilizzabili per blocchi funzionali comuni.

Utilizzando schemi multi-pagina e pin gerarchici insieme, puoi creare e gestire schemi di progetti complessi in modo efficiente e organizzato in KiCad.

Questa lezione di KiCad offre una guida sulla creazione dei layer e sull'aggiunta di un piano di massa nel tuo progetto. I layer sono fondamentali per organizzare i componenti e le tracce del circuito stampato in modo chiaro e ordinato. Imparerai a navigare tra i diversi layer disponibili in KiCad e a sfruttarli per la progettazione ottimale del tuo circuito. Inoltre, esploreremo l'importanza di un piano di massa nel garantire un'adeguata distribuzione delle correnti e nella riduzione del rumore elettromagnetico.

Vedremo anche come spostare i componenti da una faccia all'altra del PCB.

Questa lezione di KiCad è dedicata al tuning delle piste e alla gestione delle coppie differenziali. Esploreremo le tecniche per ottimizzare le piste del circuito stampato, garantendo un'adeguata integrità del segnale e minimizzando le interferenze. Imparerai ad utilizzare gli strumenti di KiCad per regolare la lunghezza delle piste, adattandole alle specifiche del tuo progetto. Inoltre, approfondiremo la progettazione delle coppie differenziali, essenziali per la trasmissione di segnali ad alta velocità con ridotto rumore elettromagnetico. Attraverso esempi pratici e consigli di ottimizzazione, acquisirai le competenze necessarie per affrontare con sicurezza il tuning delle piste e la gestione delle coppie differenziali nei tuoi progetti con KiCad.

Importiamo un logo da apporre al PCB. Il logo sarà generato a partire da un'immagine in png.

In questa lezione troverai una serie di trucchi e consigli per creare PCB senza errori o come fare per recuperare le funzionalità del progetto in caso di problemi. Parleremo di test point, aggiunta di label, swap di piste e aggiunta di condensatori.

Grazie per aver seguito e completato il corso! A presto!