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KiCad 7.0工程师上手体验

发布时间:2023-04-10作者来源:电子森林浏览:4090

市场情况

自2015年KiCad 5发布以来收获了众多开源硬件的粉丝,被全球越来越多的工程师使用。KiCad作为一款免费、开源的EDA软件套件,现在有足够多的项目证明, KiCad 已经足够成熟, 用于开发和维护复杂的电路板设计完全没问题。

最近,KICAD刚发布了7.0版本,这个版本是在6.0发布一年之后才做的更新,号称是一次重大更新,开发人员做出了 6000 多次提交,修复了 1200 多个报告的问题并添加了许多新功能。

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产品特点

KiCad更新内容详细描述:(内容较多,可先看“设计体验”部分)

(以下内容来自 KiCad网站作者 Wayne Stambaugh, Jon Evans

1.一般的更新

自定义字体

原理图、PCB 和工作表编辑器现在提供自定义字体支持,允许使用任何系统字体。

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图 1:CJK 自定义字体示例

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图 2:Wingdings 和其他字体示例

文本框

在原理图和 PCB 编辑器中都添加了文本框支持。

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图 3:文本框示例

3Dconnexion SpaceMouse 支持

3Dconnexion为其 SpaceMouse 产品线提供了原理图、符号库、PCB 和封装编辑器以及 3D 查看器的支持。对于那些不熟悉的人,3D 鼠标是替代输入设备,它提供了一种在 3D 和 2D 画布上导航的独特方式,一些用户发现它比传统鼠标更符合人体工程学或更直观。拥有 3Dconnexion SpaceMouse 的用户可能会发现这是对 KiCad 支持他们需求的功能的一个受欢迎的补充。
目前此集成仅适用于 Windows 和 macOS,其中 3Dconnexion 提供官方支持。KiCad 团队正在探索与 libspacenav 的集成,以便为 Linux 和 3Dconnexion 不再支持的旧版 SpaceMouse 产品提供支持。

Sentry 崩溃报告数据收集

Sentry是一个开源平台,用于捕获应用程序事件、故障转储和其他分析。

他们的托管平台和用于处理 C++ 应用程序中的崩溃报告的集成 SDK都在 MIT 许可下在 GitHub 上开源。

Sentry 通过为核心团队提供访问其 SaaS 平台的权限以接收来自 KiCad 用户的崩溃报告来赞助 KiCad。在版本 7 开发周期中,KiCad为 Windows 用户启用了选择加入Sentry 崩溃报告(我们正在探索在未来版本中将 Sentry 扩展到更多平台)。首次启动 KiCad 时会提示用户一次,可以选择是否启用 Sentry。用户还可以随时在 KiCad [敏感词]项中打开或关闭 Sentry 数据收集。

我们为什么要收集用户的数据?

  • KiCad 的主要用途是捕获崩溃报告。如果 KiCad 崩溃,Sentry 工具会自动向 KiCad 团队发送一份报告,其中包含堆栈跟踪和核心转储等信息。
  • 将来,我们还可能使用它来收集更广泛用户群中算法的性能指标,以回答诸如“运行 Fill All Zones 命令平均需要多长时间?”之类的问题。

如果启用哨兵,会收集哪些数据?

  • 为每个 KiCad 安装创建一个随机生成的用户 ID (GUID),用于识别来自同一安装的 Sentry 报告(例如,如果一个用户经历 3 次给定的崩溃)。
  • 用户可以随时通过 KiCad [敏感词]项重置此用户 ID。
  • 与此用户 ID 一起,Sentry 收集故障转储信息并提取相关部分,例如调用堆栈和堆栈帧。故障转储的其余部分将被丢弃。
  • 为了帮助避免收集个人身份信息 (PII),所有 Sentry 报告在传输到 Sentry SaaS 平台之前都会通过 KiCad 拥有的“哨兵中继”服务器。这可以防止将用户 IP 地址泄露给 Sentry。
  • Sentry 从未捕获过任何 KiCad 设计文件。

有关 KiCad 中哨兵的更多详细信息

  • 添加了一个新的 CMake 变量,KICAD_USE_SENTRY其中 OFF 值将完全禁用包含 Sentry SDK。当前默认值为 OFF,因为只测试了 Windows 支持。
  • Sentry 最多只会为每个报告存储 1 个原始故障转储以供分析。
  • Sentry 中的数据最多保留 90 天,然后被删除。
  • Sentry 的引入解决了 KiCad 团队长期以来在没有用户参与的情况下捕获故障转储的愿望,而 Sentry 的使用为我们提供了一个非常简单的解决方案来做到这一点,并帮助让 KiCad 更好地为每个人服务。
  • 在 KiCad 7 的整个开发过程中,Sentry 工具已经证明了它的实用性,它允许开发团队解决超过两打用户以前没有报告的崩溃错误。我们期待这一功能使我们能够随着时间的推移不断提高 KiCad 的可靠性。

PCM 自动更新

插件和内容管理器现在可以自动检查已安装包的更新版本是否可用,并提示用户进行更新。内容。每次启动 KiCad 时,都会在后台自动查询插件状态并显示:

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图 4:PCM 自动更新指示

自动更新检查行为是可选的,可以禁用。

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图 5:PCM 自动更新[敏感词]项设置

拖放

拖放手柄已添加到 KiCad 的各个部分,从而导致以下操作:

  • KiCad
    • 将一个kicad_propro文件拖到项目管理器上将打开该项目。
    • 将 Gerber 或 Gerber Job 文件拖到项目管理器上将打开带有这些文件的 Gerber Viewer。
    • 拖动 Eagle 和 Cadstar 文件将触发这些文件的导入。
  • 原理图编辑器
    • kicad_sch文件拖到编辑器上会将原理图附加到打开的设计中。
  • PCB编辑器
    • 将文件拖到kicad_pcb编辑器上会将电路板附加到打开的设计中。
  • 格柏浏览器
    • 将文件拖到 Gerber Viewer 上将打开它们。
  • 图纸编辑器
    • 将文件拖到kicad_wks编辑器上将打开它。

macOS Apple Silicon 支持

KiCad 现在可以构建并可以正确打包为原生 Apple 硅处理器(M1、M2 等)。这意味着 KiCad 不再需要在[敏感词]的 Apple 硬件下以仿真模式运行。

命令行界面

已实施单独的kicad-cli二进制文件以允许编写许多 KiCad 编辑器输出的脚本。

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图 6:调用帮助的命令行界面

KiCad 命令行界面提供了所有必要的功能来自动导出原理图和 PCB 设计的元素。

当前可用的命令是:

kicad-cli sch export bomkicad-cli sch export python-bomkicad-cli sch export netlistkicad-cli sch export pdfkicad-cli sch export svgkicad-cli pcb export drillkicad-cli pcb export dxfkicad-cli pcb export gerberkicad-cli pcb export gerberskicad-cli pcb export pdfkicad-cli pcb export poskicad-cli pcb export stepkicad-cli pcb export svgkicad-cli fp export svgkicad-cli fp upgradekicad-cli sym export svgkicad-cli sym upgradekicad-cli version

您可以使用该-h参数来了解有关命令特定选项的更多信息。

与原始二进制文件不同,这些更改还使 STEP 导出能够在 Linux 上无头地工作kicad2step

2.原理图和符号编辑器

原理图和符号编辑器中添加了对简单矩形和圆形图元的支持,以完善已提供的形状。

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图 7:新形状示例

正交拖动

什么是正交拖动?在 6.0 及更早版本中,原理图编辑器中的拖动操作会移动符号,同时保持导线连接到符号。然而,这是“连接”的字面形式,电线最终会以奇怪的角度和方向结束。

可以在此处看到旧行为的示例:

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图 8:旧的基本拖动

正交拖动迫使所有电线按照原理图的预期延伸和移动形成直角。

此动画演示了新行为:

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图 9:新的正交拖动

符号编辑器管脚表增强

Symbol Editor Pin Table 获得了许多新功能,包括以下功能:

  • 过滤引脚到一个单元。
  • 从表中更改引脚的单位。
  • 通过添加/删除引脚编号来创建或删除组符号中的引脚。
  • 查看分组引脚的数量。

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图 10:符号编辑器管脚表

离网 ERC 警告

新的 ERC 检查会在使用不兼容的网格放置符号时发出警告。网格不匹配可能会导致无法真正建立连接的情况,并且一系列其他问题(例如引脚无源)可能会导致您最终生产出不良 PCB 的情况。

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图 11:新的离网 ERC 警告示例

45 度角的连线

KiCad 6 最初包括固定直角线和“任意角度”模式之间的单个切换。此更改引入了 45 度开始和结束的线模式,以帮助绘制清晰的原理图。

您可以开始画线并按下组合键Shift + Spacebar以在线画模式之间循环。左侧工具栏上的图标指示当前模式。

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图 12:有线模式转换示例

不要填充支持

添加了对在原理图中将符号明确标记为不填充(“DNP”)的支持。生成的符号在原理图中变灰并标有红叉。DNP 符号被排除在任何 KiCad 生成的放置文件之外。

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图 13:不填充指示

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图 14:不填充符号设置

仿真模型编辑器

现在有一个模拟模型编辑器。这是一个新对话框,可作为任何原理图符号的符号属性中的“仿真模型”按钮使用。它允许在 GUI 中配置仿真模型参数,而不是在原理图上[敏感词] spice 文本。生成的配置按预期传递给模拟器。支持从将符号配置为“标准”spice 模型(电阻器、电容、二极管、bjts)到在库中分配自定义模型(它甚至会加载库并让您选择其中包含的单个模型)的所有内容。它还允许自定义原理图引脚到 spice 模型引脚映射。

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图 15:符号属性对话框旁边的仿真模型编辑器对话框

数据库图书馆

许多 KiCad 用户长期以来要求的功能是能够将符号选择链接到数据库,这在其他原理图 CAD 工具中很常见。KiCad 现在可以通过 KiCad 的三个主要平台上的 ODBC 功能添加与外部数据库的连接。

数据库库系统允许创建符号与封装关联的集中式数据库,以及关于您的零件的任何元数据,您和连接到同一数据库的其他人可以在您的原理图中共享这些元数据。

可以在 KiCad数据库库文档中找到更多信息。

正在进行的关于该功能的论坛讨论显示了一些用户如何开始在他们的 KiCad 工作流程中使用数据库。

符号选择器中的动态字段列

数据库库支持还引入了在交易品种选择器中显示和搜索自定义字段的能力。

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图 16:选择符号对话框中的动态列

原理图上的超链接

原理图中现在支持超链接。这意味着原理图页面上的文本对象可以检测文本是否为超链接属性。超链接文本使文本对象变得可点击。

支持的超链接是:

  • http://
  • https://
  • 文件://
  • #:(其中是任何有效的示意图页)

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图 17:原理图超链接示例

PDF改进

PDF 书签(目录)

添加了对使用有用信息填充 PDF 查看器的书签部分(也称为目录)的支持。

由原理图编辑器中的 plot 操作生成的原理图 PDF 将包含书签,其中填充了工作表列表和指向工作表中符号的链接。单击书签列表中的项目将跳转到相关页面和位置。

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图 18:原理图 PDF 书签

嵌入式符号信息

添加了将原理图中的符号信息导出到绘制的 PDF 的支持。这是在 PDF 查看器中单击符号时显示的符号字段数据列表。不幸的是,这个工作所需的功能是根据 PDF 规范实现的,但对 PDF 查看器的支持并不一致。只有 Adobe PDF Reader/Acrobat 才能正确显示列表。

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图 19:PDF 中的符号信息

PDF超链接

原理图超链接现在嵌入到 PDF 中并且可以交互。

这包括:

  • 页面之间的超链接。
  • 指向外部 URL 的超链接。
  • 表符号链接到数据表。

电路板和封装编辑器

PCB封装一致性检查

一项新的可选检查,以确定您的电路板设计是否有偏离它们链接到的库的封装。

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图 20:电路板到库封装检查示例

忽略的 DRC 测试选项卡

忽略的测试现在列在它们自己的单独选项卡中。

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图 21:DRC 窗口中显示的 Ignored Tests 选项卡

机械间隙规则

两个新的 DRC 规则约束mechanical_clearance并mechanical_hole_clearance已添加到补充clearancehole_clearance约束的自定义规则中。

虽然后者不在同一网络的项目上运行,但 mechanical_* 版本是。

# Prevent solder wicking from SMD pads(rule holes_in_pads    (constraint mechanical_hole_clearance (min 0.2mm))    (condition "B.Pad_Type == 'SMD'"))

自定义规则严重性

现在可以为每个自定义规则定义自定义规则严重性,可能的值为ignorewarningerrorexclusion

(rule "Via Hole to Track Clearance"    (constraint hole_clearance (min 0.254mm))    (condition "A.Type =='Via' && B.Type =='Track'")    (severity warning))

填充到区域规则

新的自定义规则约束thermal_relief_gapthermal_spoke_widthzone_connection已添加用于规则检查焊盘和区域填充之间生成的铜连接。

约束zone_connection具有solidthermal_reliefs或 的有效选项none

(rule heavy_thermals   (constraint thermal_spoke_width (min 0.5mm))   (condition "A.NetClass == 'HV'"))# Don't use thermal reliefs on heatsink pads(rule heat_sink_pad    (constraint zone_connection solid)    (condition "A.Fabrication_Property == 'Heatsink pad'"))

径向尺寸

现在可以使用径向尺寸。

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图 22:径向尺寸示例

PCB 中的反向文本对象

文本对象现在可以声明为“Knockout”,这意味着文本将从阴影框中减去。这对于制作更引人注目的丝网印刷很有用。

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图 23:符号编辑器管脚表

自动区域填充

现在有一个新选项,可以在检测到电路板更改时自动重新填充区域,而不需要用户手动触发区域填充。默认情况下启用此功能以帮助新用户,但如果它妨碍高级用户或从事超大型设计的用户,则可能会被禁用。

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图 24:自动区域填充[敏感词]项设置

PCB 工具增强功能

对电路板和封装编辑器进行了许多易用性增强。

背景位图

用户要求的一项功能是能够在背景中显示图像,以便可以从一些原始参考 PCB 或被逆向工程的封装中轻松复制 PCB 走线和封装布局。

取消路由选择

现在可以完全取消路线封装。

自动完成跟踪路由

现在可以部分绘制轨迹,电路板编辑可以完成剩余的轨迹,直到最近的 ratsnest 端。如果找不到路线,它将停止并强制您手动路线。

尝试完成选择

与上面的跟踪路由完成功能相关,板编辑器中的选定项目可以尝试在它们之间自动路由跟踪。它将迭代项目的每个未路由部分,并尝试将其连接到最近的老鼠巢。

搜索面板

添加到板编辑器的新面板允许使用通配符键入查询字符串并过滤掉设计中的对象,同时在列表中显示剩余结果。可以单击该列表以选择编辑画布上的对象。

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图 25:新的搜索面板

属性面板

板编辑器中现在提供了一个新的属性面板。

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图 26:选定文本项的属性面板

此面板允许快速访问对象的许多属性,并允许您同时编辑多个对象。随着时间的推移,将添加对更多属性的访问,未来的 KiCad 版本会将属性面板扩展到原理图和库编辑器。

改进的打包和移动封装工具

改进了在 PCB 上放置封装的算法,使布局更加紧凑。

此更改的算法之前:

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图 27:使用旧算法的初始封装布局

这种变化后的算法:

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图 28:使用新算法的初始封装布局

添加了一个强大的新工具,允许在原理图编辑器中选择原理图的逻辑部分,并使用新的右键单击菜单选项或P电路板编辑器中的热键,选定的符号封装现在可以使用“打包和移动”算法创建一个紧凑的组,而不必在电路板编辑器中手动定位和拖动封装。

STEP 导出器更改

STEP 导出器现在使用与 KiCad 其余部分相同的 PCB 解析引擎。此更改现在将附加相关 3d 模型路径添加到封装中。只需以预期的 ./ 或 ../ 开始路径,3D 查看器和 STEP 导出器将尝试查找与封装文件相关的模型。此更改应允许封装库和 3d 模型具有更好的可移植性。

“3D 路径别名”已从 KiCad 中删除。这些是来自“环境变量”系统的独立系统,也用于路径。它有自己的文件格式和使用语法,这都引入了意想不到的错误。统一系统使得整个 KiCad 环境变量的使用成为标准。“3D 路径别名”将在启动时自动迁移到环境变量。但是,由于跨平台环境变量的限制,如果别名包含大写 AZ、0-9 和下划线以外的字符,则别名可能会被重命名。

设计体验

下面我们在使用过程中一起看一下KiCad的基础功能和新版本的特性。

打开KiCad7.0,主界面与之前的6.0版本没有区别,右侧是KiCad的工具套装,应用最多的是原理图编辑器,符号编辑器,PCB编辑器和封装编辑器。另外几个都是实用小工具。

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图1:KiCad7.0软件主界面

下面我们通过设计一块电源小板子来体验一下KiCad的基础功能。使用KiCad 最主要的两个任务是绘制原理图和布局布线电路板。

1)新建工程

新建一个工程,这里自动新建两个文件,一个原理图文件,另一个是PCB文件。

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图2:新建工程

2)放置元件符号

双击原理图文件会自动打开原理图编辑器,软件默认设置了一张A4的图纸,我们可以在图框设置里更换图纸和模板,如果没有合适的模板也可以在图框编辑器里编辑一张新的模板。

在图纸上,我们可以放置原理图符号,编辑它的属性,移动位置,调换方向等,这和AD等其他PCB软件是一样的。

当然这些操作有的会有快捷键,比如移动是M,旋转是R,编辑属性是E,编辑值是V,另外滚动鼠标滚轮可以调整视野,按住鼠标右键可以拖动图纸。这些操作非常方便实用。

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图3:器件右键功能选项

3)编辑符号属性

放置的元件符号我们需要编辑它的属性,设置值、标号或名称,添加封装等等,此外还可以编辑符号的仿真模型,在KiCad7.0中增加了仿真模型的参数设置窗口,以前只能通过文本的方式配置。

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图4:器件符号属性编辑

原理图中除了放元件符号之外,还可以放文本,绘图,KiCad7.0原理图编辑器中增加了一个文本框功能,并且可以自定义文本的字体,此外还多了一个圆形和矩形的绘画工具,这几点都是KiCad7.0的新功能。

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图5:新增圆形和矩形绘图工具

4)符号连线

放置元件符号后,可以通过连线,把符号的电气引脚按照电路设计功能完成连接,当然除了线之外,还可以通过放置标签来连接,这两种方式是一样的,电路中的电源和地我们需要单独放置,放置电源,选择一个电源符号,选择一个地符号。

5)原理图符号编辑器

如果需要的元件在符号库中没有,则可以找网络资源,比如器件厂商的网站或专业的PCB资源下载网站,比如ultralibrarian,或者可以从先前的设计中提取。如果以上渠道无法获取,只能根据数据手册在符号编辑器中绘制。比如我们新建一个自己的库,在库中添加自己的符号。

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图6:绘制原理图符号

原理图和PCB之间是通过网表联结在一起的,KiCad在由原理图更新到PCB时会自动检查标号,封装,然后生成网表,将封装和连接信息导入到PCB文件中。

在更新到CB文件之前,还需要批注标号,在KiCad7.0版本中,会自动标号,以前的版本是没有这个功能的。批量编辑封装,检查电气规则。当然此时所有的元器件已经确定的话,可以导出BOM,去采购物料了。

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图7:绘制原理图

6)PCB编辑器

下面的工作就是在PCB编辑器中,布局布线完成设计,导出可加工的Gerber文件。

PCB编辑器右侧是不同的层,在PCB图纸上,不管放置什么,都需要切到对应的层,先切到Edge Cuts层,使用绘图工具绘制板框。

7)布局

下面就是布局工作,把元件封装放到该放的位置,布局的原则是信号流向清晰,在保证电气功能的基础上,整齐美观。

以原理图为参考,将同一个功能模块的元件靠近放置,我们在原理图中选择元件符号,在PCB中这个元件的封装也会被选中,这样就可以移动它。在KiCad7.0中有一个我认为是最重要最实用的一个功能,在原理图中选择多个元件符号,在PCB中可以一起打包移动,这一点在以前的版本中是没有的,只能单个选中。这个功能非常赞。

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图8:布局新功能-打包并移动

8)布线

封装布局完成后,下面就是布线。在7.0中增加了几个新功能,比如,简单的自动布线功能,自动寻找布线路径功能。

这里选中这个芯片封装,按shift键+F,这时会自动把这个元件相关的线布完。

如果需要删除布线,可以选中这个元件或某个网络的线,右键有一个“取消布线所选项”。这也是KiCad7.0的新功能,之前的版本只能一点一点选中删除。这个功能也非常赞。

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图9:布线新功能-取消布线所选项

完成布线之后,调整丝印,DRC检查,没有问题后,我们导出gerber文件和钻孔文件,文件-绘制,生成Gerber生成钻孔文件。交给加工厂可以打板了。

以上呢,就是KiCad7.0最简单的功能使用,比较简洁,实用。

优势&局限

总结一下KiCad7.0的几个新特性。

1、整体层面的更新

  • 自定义字体,可以使用系统字体
  • 添加了一个文本框功能
  • 3D鼠标支持,没有用过,听说很好用
  • Sentry 崩溃报告数据收集
  • 插件和内容管理器自动更新功能
  • 拖放-文件拖到编辑器上会自动打开
  • macOS Apple Silicon 支持
  • 命令行界面,通过脚本自动导出原理图和 PCB 设计的元素

2、原理图和符号编辑器的更新

  • 正交拖动,以前拖到元件符号,线会乱跑,现在可以自动帮整理一下,行吧,这个功能早就应该是这样。
  • 符号编辑器管脚表增强
  • 离网 ERC 警告,主要是针对断头线,现在ERC检查会报警告了
  • 45 度角的连线,原理图中一般不会画45度的线
  • 不要填充支持,有些元件符号,虽然画在图上,但是只是调试用,加工时去掉就可以设置为DNP
  • 仿真模型编辑器,可以用图形界面来配置仿真参数了,以前是[敏感词]文本的方式,不过仿真功能还是弱项,希望后续版本会加强这个功能。
  • 数据库图书馆,将符号选择链接到数据库
  • 原理图上加超链接,可链接到网站或文件
  • PDF 功能改进

3、PCB和封装编辑器的更新

  • PCB封装一致性检查,这一点可以避免库里封装改了,忘了更新到PCB的错误
  • 忽略的 DRC 测试选项卡
  • 增加机械间隙规则
  • 自定义规则严重性
  • 填充到区域规则
  • 径向尺寸
  • PCB中的反向文本对象,对于制作更引人注目的丝网印刷很有用
  • 自动区域填充

4、PCB 布局布线功能更新

  • 背景位图:能够在背景中显示图像,以便可以从一些原始参考 PCB 或被逆向工程的封装中轻松复制 PCB 走线和封装布局。抄板很有用。
  • 取消布线选择
  • 自动完成布线路径
  • 局部自动布线
  • 搜索面板、属性面板改进
  • 更新封装布局算法,从原理图更新到PCB之后,布局更加紧凑
  • STEP 导出器更改,将附加相关 3d 模型路径添加到封装中

从一名工程师的角度来讲,我之所以喜欢用KiCad设计PCB,除了他免费、开源,不用考虑版权问题之外,还有好多优点吸引我。它可以跨平台运行,对硬件要求极低,在树莓派上都可以安装,此外具有丰富的元件库、封装库,简洁易用的操作工具,足够用的功能模块,这些对设计一般的PCB项目已经足够了。

但是KiCad的功能还不够强大,有些设计功能欠缺,比如电路模型仿真功能太简单,缺乏批量操作工具,很多功能依赖Python扩展不够简单,PCB设计中文支持不好,布线时弧形走线、内电层设计、焊盘开窗等操作比较麻烦。这些缺点不能说鸡蛋里挑骨头,确实影响了设计体验,毕竟工欲善其事必先利其器。KiCad会每年发布一次大版本的更新,期待KiCad会越做越好用。

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