KiCad 层次原理图的使用方法

在很多项目实践中,一张A3或者A4大小的图纸并不能承载全部的项目电路原理图。如果强行把所有的电路原理图画在一张纸上,查阅起来会非常困难。这种情况下我们往往需要依功能组别划分,将整个项目的电路原理图拆解成几页独立而又互相关联的原理图,如《电源电路》、《控制电路》、《外设电路》、《显示电路》等。在KiCad中,可以使用层次原理图功能实现对电路原理图的拆解。

本篇教程将以锂电池充电电路为例,介绍层次原理图的使用方法,以及全局标签、网络标签、层次标签的使用。

本教程中,要设计一个USB接口的锂电池充电电路,并以锂电池为能源,实现3.3V的直流输出。

首先打开KiCad,选择新建项目,建立项目文件如图所示:

在项目文件中打开Eeschema原理图编辑器。在原理图编辑器中,我们将把项目的电路原理图分成两个部分:

  1. 锂电池充电电路
  2. 3.3V低压差线性稳压器电路

锂电池充电电路

点击右侧工具栏中的 创建层次图页 按钮 ,光标变为铅笔形状。在原理图页上单击鼠标左键,拉成一个矩形后再次点击鼠标左键,建立一个层次图页。在跳出的 原理图页属性 窗口中,修改文件名称为Li-Po Charger.sch, 修改图页名称为Li-Po Charger,如图所示:

按下键盘Escape键后把光标移至层次原理图上,点击鼠标右键进入分页。在Li-Po Charger原理图中,构造电路原理图如图所示:

左侧的USB_B_Micro是一个USB连接器,用了一个TVS二极管进行ESD保护。中间的TP4056是中国集成电路厂家南京拓品微电子出品的锂电池线性充电IC,使用了一个红色LED和绿色LED进行充电状态的指示。最右侧是锂电池连接器。

以上已经完成了锂电池充电电路的部分。但我们想把锂电池作为电源,完成3.3V和5V的直流输出。

在右侧工具栏中点按 放置一个层次标签 按钮。在弹出的 原理图层次标签属性 窗口中输入如下参数:

放置标签在锂电池VBAT旁边并完成连接。同样放置另外一个GND层次标签,放置在锂电池GND旁边并完成连接,如图所示:

点击鼠标右键 离开分页 。回到主原理图页后在Li-Po Charger原理图页上点击鼠标右键,选择 导入图页连接,直到放置完所有的图页连接,放置图页连接如图所示:

在右侧工具栏中点按 放置全局标签 按钮。在弹出的 全局标签属性 窗口中输入如下参数:

放置全局标签在层次标签旁,完成连接,如图所示:

在Li-Po Charger原理图中VBAT和GND属于电路输出,会提供给3.3V低压差线性稳压器电路以及5V直流直流转换器。

3.3V低压差线性稳压器电路

点击右侧工具栏中的 创建层次图页 按钮 ,光标变为铅笔形状。在原理图页上单击鼠标左键,拉成一个矩形后再次点击鼠标左键,建立一个层次图页。在跳出的 原理图页属性 窗口中,修改文件名称为3.3V LDO.sch, 修改图页名称为3.3V LDO,如图所示:

按下键盘Escape键后把光标移至层次原理图上,点击鼠标右键进入分页。在3.3V LDO原理图中,构造电路原理图如图所示:

使用的TLV75533是德州仪器出品的一款LDO芯片。注意,左侧的VBAT和GND层次标签是Input类型,右侧的3.3V层次标签是Output类型。

点击鼠标右键 离开分页 。回到主原理图页后在3.3V LDO原理图页上点击鼠标右键,选择 导入图页连接,直到放置完所有的图页连接。再放置全局标签,连接如图所示:

注意,左侧的VBAT和GND全局标签是Input类型,右侧的3.3V全局标签是Output类型。

最后在主原理图上添加3.3V输出的连接器,如图所示:

注意,3.3V Connector中的3.3V和GND全局标签都为Input类型。

点击上方 批注原理图 按钮,对原理图进行批注。KiCad会将所有的层次分页一次性全部批注。不同原理图上不会出现同样的参考编号。

网络标签、全局标签和层次标签

网络标签只在当前的层次标签中有效,不区分“输入”或“输出”的类型。具有同样网络标签的网络会被视为具有同样的电气连接。

全局标签在所有的层次分页中都有效,虽然有“输入”、“输出”或“双向”等类型,但仅仅用来示意。具有同样名称的全局标签,不论是何类型,都视为同一电气连接。

层次标签是层次分页与其他层次分页的接口。在层次分页中建立层次标签后,要在外部将全局标签或者连线连接到该层次标签以建立电气连接。

为什么不建议全部使用全局标签?

因为电路的可读性会变得非常差。

《KiCad 层次原理图的使用方法》有3个想法

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