KiCad进阶中文教程(一):添加新元件

虽然KiCad作为开源软件已经给我们提供了大量的元件库,但是电子元器件发展更新日新月异,我们时常还是会遇到在KiCad的元件库中找不到某个元件的情况。此时就需要我们手动添加新元件到本地的元件库中。

一、元件库检查

在确认手动添加元件之前,首先要确认KiCad元件库和网络上的确没有我们所需要的元件模型。

KiCad库检查

出于减轻电脑运行压力和提升软件流畅度的考虑,在建立一个新项目时,KiCad默认只添加了一部分常用的元器件库,包括power(电源库)、device(电容电阻电感等)、conn(连接器)等。诸如battery_management(电池管理)、sensors(传感器)、leds(LED库)这些功能元件库和maxim(美信集成)、stm32(意法半导体)、xilinx(赛灵思)等厂家元件库虽然已经下载到电脑本地上,新项目却没有将它们全部默认添加进项目里。所以当我们在Eeschema原理图编辑器的放置元件里查找不到我们想要的元件时,首先要考虑这个元件会不会在其他库中,尤其是厂家元件库中,需不需要手动把元件库手动添加到我们当前的项目中。

举个例子,当我们需要放置静电保护装置,譬如说一个瞬态电压抑制器TVS时,在默认的元件库中找不到任何TVS元件。在device库中只找得到普通的二极管。这时可以这样做:

  1. Eeschema原理图编辑器 => 设置(R) => 元件库(L), 在弹出的添加元件库窗口中,点击添加,如下图所示:
  2. 选择KiCad元件库的路径,在库文件中找到ESD_Protection.lib文件,选中,点击打开,如下图所示:
  3. 点击放置元件按钮,在ESD_Protection列表中选择我们需要的静电保护元件。

如果你并不确定哪个元件库文件可能有你需要的元件,可以在谷歌中搜索关键词 KiCad + XXXX(你查找的元件)+library。如果KiCad已经收录了你所查找的元件,你就可以在谷歌的搜索结果里很容易的知道这个元件在哪个库中。(不要尝试百度搜索)

或者,在KiCad的GitHub官方在线数据库中,搜索你需要的元件。

第三方库检查

如之前教程所说,互联网上有很多网站会提供KiCad的元件库供大家免费或付费下载使用,比如SnapEDA、ultralibrarian和EasyEDA。在本地库中找不到我们所需要的元器件时,我们可以去这些网站查找下载元件库。点击这里查看之前的教程

但是需要注意的是,这些互联网上的元件库未必完全正确,所以在我们使用时候需要注意,确认正确后再用于我们的PCB设计。

二、添加元件

在检查元件库确认KiCad跟互联网元件库中都没有收录我们寻找的元件时,就需要我们自己手动在KiCad中添加元件了。

对于PCB设计来说,一个元件应该包括三个部分:

  1. 电路符号(Symbol)
  2. 电路板封装(Footprint)
  3. 三维模型(3D model)

如果机械设计上没有要求的话,三维模型并不是一个必选项。但电路符号和电路板封装是必不可少的。

电路符号、电路板封装和三维模型存放在不同的文件夹中。这篇教程将以德州仪器的LED驱动TLC59108为例,在KiCad中添加新元件。

创建电路符号

打开Eeschema原理图编辑器,在工具栏中选择 库编辑 – 创建/编辑元件。弹出的部件库编辑器并没有选择元件库。在图纸上单击鼠标右键,选择网格格点大小为1.27mm。

点击新建元件按钮。在弹出的对话框的元件名称里填入TLC59108。参考编号保持U不变。点击确定。

缩放窗口,把TLC59108和U?的字样先移动到一边。

首先需要给元器件添加引脚。添加引脚要以数据表datasheet为依据,合理的排布引脚位置。在参考数据表创建元件时,需要关注两个方面:Application Circuit和Pin Description。

通过Application Circuit我们注意到,引脚VCC、SDA、SCL、A0-A3、RESET、REXT和GND脚应当尽量放在电路符号的左边,而OUT0-7应该尽量放在电路符号的右边。

单击右侧工具栏添加引脚到元件按钮,光标变成小铅笔以后再图纸中心十字的左上角点按一下,会出现引脚属性对话框。此时按照Pin Description表格给出的信息,填写VCC引脚属性,如下图所示。排布在左边的引脚应当选择方向为右。引脚长度通常选择2.54mm比较合适。

点击确定后把VCC引脚放在合适的位置上,接着重复上述过程,继续添加其余引脚。注意,对于VCC和GND信号,电器类型一般为电源输入。SDA信号是双向,SCL是输入,A0-3是I2C地址选择线所以也是输入。想要在字母上显示上划线,可以用~符号括住想显示上划线的字母。

所有引脚都添加完毕后,按照相对于图纸十字中心中心对称的原则,适当调整引脚位置,如图所示。

接着给元器件添加外框。单击右侧工具栏添加矩形到元件按钮,光标变成小铅笔后在图纸上拉出一个矩形,如图所示。

光标放在矩形的边沿,右键单击选择矩形选项,在弹出的对话框中选择背景填充,点击确定。再单击右侧工具栏添加线和多边形到元件按钮,在矩形的内上部画一个三角形。光标放在三角形的边沿,右键单击选择线条选项,这次选择前景填充。完成后调整符号和编号的位置,如图所示。

最后添加元器件描述。单击上方工具栏编辑元件属性按钮,在弹出的对话框中选择描述选项卡,在描述里输入TLC59108 I2C LED Driver文字,点击确定。

这样TLC59108的电路符号就完成了。现在需要把画好的元件添加到我们自己的元件库中。

在部件编辑器的上方工具栏中单击添加元件到新库。选择好想要保存的路径后,保存库文件为LED_Driver,如图所示。

这样我们在自己的电脑上就建立了一对库文件,名字分别为LED_Driver.lib和LED_Driver.dcm。接着在KiCad最上方工具栏中设置(R) => 元件库(L),点击添加,把我们刚刚新建的库和KiCad项目文件关联起来。

接着,在部件库编辑器的上方工具栏中单击打开当前库。在选择库对话框中找到我们刚刚建立的LED_Driver,点击确定。

再如下图所示顺次点击更新当前库的组件保存当前库,这样TLC59108就可以用在当前项目的原理图编辑器里了。

创建电路板封装

电路符号绘制完毕以后,我们要对新创建的元件指定一个正确的电路板封装。对于大部分电子元器件而言,虽然它们的电路符号跟电气性能各不相同,但是它们都采用了标准的工业封装,通常我们都可以在KiCad的封装库里找到对应的电路板封装文件。

如果在KiCad的封装库里没有找到需要的电路板封装,这时候就需要我们参考元器件的数据表datasheet中给出的PCB Layout Recommendation以及Dimensions信息来手动创建一个合适的电路板封装。

以Littlefuse公司出品的瞬态电压抑制器SMF6.0A为例。SMF6.0A实际上是一个齐纳二极管。所以SMF6.0A的电路符号我们选取Zener Diode即可。1脚是阴极Cathode,2脚是阳极Anode。

查阅数据表我们发现SMF6.0A使用的是SOD-123FL封装。而在Diode_SMD封装库中,我们只找到了SOD-123F的封装。

SOD-123F焊盘的大小参数跟SMF6.0A数据表中的建议值并不一致。所以需要我们自行创建一个SOD-123FL的电路板封装。(其实SOD-123F也适配SMF6.0A,但是焊盘较小,焊接起来相对困难。)

创建并添加封装库到项目

建立新封装,首先需要建立我们自己的封装库。你可以针对某一个项目建立一个项目里的封装库,也可以针对所有项目建立一个统一的个人封装库。我的建议是同时建立两个封装库。这样项目的移植性较好,不会出现把项目文件连同项目库拷贝到其他电脑上时不会出现文件库报错的情况,同时也没有增加很多工作量。

建立项目封装库的方法很简单。在你的项目文件夹里新建一个XXXX.pretty文件夹就可以了。其中,XXXX是你的项目名称,当然你也可以随意取名。建立个人封装库同理,在你想放置封装库的路径下新建一个XXXX.pretty文件夹就可以了。

.pretty文件夹建立完毕后,在KiCad主界面或者Eeschema界面的上方工具栏里点击PCB封装编辑器按钮,弹出封装编辑器窗口。这时我们注意到,封装编辑器窗口提示我们当前还没有工作库。在上方工具栏里点击设置–>封装库管理,如图所示。

在弹出的PCB库列表窗口中,按照自己的需求选择全局库或者工程专用库选项卡后,点击使用添加向导。选择我的计算机上的文件后点击Next,把我们之前新建的.pretty文件夹添加进去即可。

添加完成后回到PCB封装编辑器窗口。点击上方工具栏最左边的按钮选择工作库,在弹出的窗口中选取我们的封装库即可,如图所示。

创建封装

选择好封装库后,点击工具栏上新建封装按钮,输入封装名称为SOD-123FL,点击确定。编辑黄色的SOD-123FL为不可见并拖动到一边。在F.Fab层新建一个和F.SilkS层一样的REF**字样,同时也把两个REF**字样拖动到一边。选择合适的网格(如0.2mm格点)。如图所示。

接下来需要参照数据表中给出的参数添加焊盘和外形尺寸。SOD-123FL的封装参数如图所示。

在封装编辑器里点击右侧绿色圆圈添加焊盘按钮,鼠标光标改成小铅笔以后在画面中心十字的左侧单击,出现编号为1的通孔焊盘。但是根据SMF6.0A的数据表,我们需要的是表面装贴焊盘。于是将光标指向这个通孔焊盘,按下E,在键盘属性中编辑参数如图所示:

注意,1号焊盘对应电路符号的1号管脚,也就是阴极。焊盘的位置、尺寸都是由数据表中给出的Mounting Pad Layout数据得来。铜层里选择F.Cu,也就是说这个元件的焊盘默认是装贴在电路板的上层表面的。(需要装贴在下层表面是在Pcbnew里按下F键即可。)技术层里我们选择了了F.Paste(助焊层)和F.Mask(阻焊层),通常而言这两个层就足够了。同样的把2号焊盘也放置在封装编辑器上,如图所示。

接着,在右侧层选择中选中F.Fab,再点击右侧添加图形按钮,将SMF6.0A的外形尺寸绘制在封装编辑器中,如图所示。F.Fab层的图样会再之后的PCB装配图纸中使用到。

接下来绘制丝印层的元件图样。在右侧层选择中选中F.SilkS,再点击右侧添加图形按钮,在焊盘周围画上一圈SMF6.0A的形状。注意尽量不要让丝印层盖过焊盘。一个好的丝印图样可以大大方便我们装配元器件或者检查电路性能。画好的SOD-123FL封装如图所示。

保存封装到封装库

画好元件封装后,点击上方工具栏中的保存封装在当前工作库按钮,点击确定。如果需要把封装在保存在另外一个封装库中,只需要再在上方工具栏中点击选择当前工作库按钮,换一个封装库为当前工作库后,再次点击保存封装在当前工作库按钮即可。

《KiCad进阶中文教程(一):添加新元件》有8个想法

    1. 你好,通孔元件可以在焊盘上按下E或者鼠标右键,进入 《焊盘属性》,焊盘类型选择为《通孔》,窗口右侧《钻孔》的焊盘样式依元件针脚的形状而定,可能是圆形也可能是椭圆形(通常是圆形),原则上应该比元件针脚的最大直径要略大一些。窗口左侧《焊盘(导电片)》的样式可以为矩形也可以为圆形,通常pin 1会选择矩形其他pin选择圆形以便安装元件时区分方向。焊盘(导电片)的尺寸应参考数据手册,通常比钻孔的尺寸略大一些。

        1. 我懂你的意思了,可是机械加工的时候,刀头是没有办法钻出方形的孔洞的。就算你设计成方孔的焊孔,在四个顶点也一定会被生产成圆角。建议你设计成椭圆形的焊孔或者把圆形焊孔适当放大

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