KiCad 7: una mirada a las características clave de KiCad 7 y más

Mar 17, 2024

Desde su aparición a principios de la década de 1990, KiCad ha evolucionado hasta convertirse en una alternativa viable a las soluciones comerciales EDA. ¿Listo para probar la séptima versión? Eche un vistazo a KiCad 7 y sus características.

Si está leyendo este artículo, es probable que esté familiarizado con (o al menos haya oído hablar) de KiCad. En caso de que no lo hayas hecho, KiCad es un popular paquete de software de automatización de diseño electrónico (EDA) de código abierto para crear diseños de placas de circuito impreso (PCB). Proporciona herramientas para captura esquemática, diseño de PCB y visualización 3D de la placa. KiCad admite muchos formatos de archivo estándar, lo que lo hace compatible con una amplia gama de otras herramientas EDA. Está disponible para plataformas Windows, macOS y Linux. Puede utilizar KiCad para crear placas de circuito impreso, como la placa enCifra1 . Esta es la placa principal del sistema de control de vuelo HADES UAV, diseñado por Philip Salmony usando KiCad (repositorio GitHub).

Desde que KiCad apareció por primera vez en el mundo CAD de PCB en 1992, ha pasado por siete versiones principales y se ha convertido en una alternativa seria a los productos comerciales. He estado usando KiCad casi a diario desde la versión 4, cuando publiqué la primera edición del libro, KiCad Like a Pro. El equipo de KiCad presentó KiCad 7 a principios de 2023. Representa el siguiente paso de evolución de KiCad, con varios mejoras incrementales y adiciones sobre KiCad 6. Wayne Stambaugh y Jon Evans, los desarrolladores principales de KiCad, presentaron los cambios en KiCad 7 en una publicación de blog detallada en el sitio web de KiCad. Los cambios de KiCad 7 son “evolutivos”, no “revolucionarios” como ocurre con KiCad 6. KiCad 6. La interfaz de usuario de KiCad 7 es muy similar a KiCad 6. Los editores de esquemas y diseño parecen sin cambios sin un examen detallado. La mayoría de los cuadros de diálogo tampoco parecen haber cambiado, excepto algunos widgets (como cuadros de texto y botones de opción) que se mueven. Espero que la mayoría de las personas que están familiarizadas con KiCad 6 puedan orientarse en la interfaz de usuario de KiCad 7 sin ningún problema. En este artículo, presentaré las tres características más importantes de KiCad 7: el Administrador de complementos y contenido, el editor de PCB y el modelado de piezas mejorado. Si desea obtener más información sobre las nuevas funciones y cambios en KiCad, consulte las publicaciones del blog de Wayne y Jon sobre las versiones 7.0.0, 7.0.1 y 7.0.2. Las versiones 7.0.1 y 7.0.2 contienen principalmente correcciones de errores y mejoras. Para seguir las instrucciones y la demostración, utilice la última versión disponible de KiCad 7. Si no tiene KiCad instalado, consígalo en el sitio web de KiCad.

La funcionalidad de KiCad se puede ampliar mediante el sistema de complementos. En KiCad 7, el sistema de complementos, que se introdujo en KiCad 6, ha alcanzado su madurez. No sólo es mucho más utilizable que en versiones anteriores, sino que la cantidad de complementos de alta calidad disponibles a través de él ha aumentado considerablemente. Ahora es probable que pueda encontrar un complemento para la funcionalidad que desea. En KiCad 7, el Administrador de complementos y contenido (PCM) busca automáticamente actualizaciones cada vez que se inicia KiCad. Si encuentra actualizaciones, solicitará permiso al usuario para actualizar los paquetes de complementos. A continuación se muestran algunos ejemplos de complementos útiles:

Para instalar y administrar complementos, utilizará el Administrador de complementos y contenido. Se puede acceder a esta herramienta a través de la aplicación del proyecto KiCad y también le permite instalar y administrar bibliotecas y temas. Puede seguir el mismo proceso para instalar y administrar bibliotecas y temas de esquemas y huellas.

Para instalar un nuevo complemento, inicie la herramienta Administrador de contenidos y complementos haciendo clic en su botón en la ventana del administrador de proyectos KiCad (Cifra2 ). Plugin and Content Manager contiene varios widgets, ya que está diseñado para cumplir múltiples funciones.

Puedes verlo enCifra3.

Dentro de la ventana del Administrador, podrá:

Instalemos el complemento Interactive Html Bom. Puede hacer clic en el botón Instalar en el cuadro de resumen del complemento (4) o en el botón Instalar en el panel de detalles del complemento (6). Una alternativa es descargar el paquete del complemento (haga clic en Descargar en el panel de detalles (7) y luego Instalar desde archivo... (8). Cuando hace clic en el botón Instalar, la acción de instalación se agrega a la lista Pendiente. Puede aplicar los cambios pendientes haciendo clic en el botón Aplicar cambios pendientes (9) También puede ver una lista de cambios pendientes haciendo clic en la pestaña Pendiente en el encabezado de la ventana del Administrador (1).

Una vez instalado el nuevo contenido, aparecerá en el panel Instalado. Para ver qué contenido se ha instalado, haga clic en la pestaña Instalado (1). Puedes ver mi contenido instalado enCifra4 . Desde aquí, puede desinstalar, actualizar o descargar contenido.

La funcionalidad que varios complementos aportan a su instancia de KiCad puede variar. Algunos pueden agregar uno o más botones a las barras de herramientas, mientras que otros pueden agregar widgets a las ventanas de configuración y preferencias. Algunos complementos también pueden tener requisitos adicionales antes de poder usarlos en KiCad. Por ejemplo, aunque he instalado (con éxito) Freerouting, no puedo usarlo hasta que también me asegure de que Java JRE17 también esté instalado en mi computadora. En el caso de Freerouting, el complemento agregó un nuevo botón en la barra de herramientas superior del editor de diseño de mi instancia de KiCad (Cifra5 ). Para enrutar un diseño automáticamente usando el complemento Freerouting, simplemente haga clic en el botón Freerouting.

En KiCad 7, el enrutamiento de una PCB se hace más rápido al pedirle al editor de diseño que complete la ruta que ya comenzó a dibujar. Para que esto funcione, utilice el atajo F (para "finalizar"). Veamos un ejemplo. EnCifra6 Puede ver la versión sin enrutar de la PCB para uno de los proyectos del libro. Comience cambiando la capa activa a cobre frontal, luego escriba X para activar la herramienta Route Tracks y haga clic en el pad 2 de la huella del LED para comenzar a dibujar.

El diseño ahora se parece a lo que ves enCifra7.

Ahora, presione la tecla F en su teclado para que KiCad finalice la operación. La pista finalizará su recorrido en la plataforma 2 de R1, como enCifra8.

Si KiCad no puede completar una ruta automática, dibujará la ruta lo más lejos que pueda y luego esperará a que usted tome el control. Esta función de trazado de ruta automático es una combinación entre un enrutador automático completo, como Freerouting, y el enrutador interactivo, y está diseñada para acelerar su flujo de trabajo.

En KiCad 6, el simulador SPICE se integró en el editor de esquemas. Sin embargo, sólo se modeló un pequeño número de componentes. Para casi cualquier circuito práctico, tendría que buscar en bibliotecas en línea de modelos de componentes SPICE e importar esos modelos a su simulación. Descubrí que para poder simular incluso un circuito simple de manera confiable, habría que desarrollar una gran experiencia en SPICE. Esto no es nada trivial. Sin embargo, en KiCad 7 la situación con los modelos SPICE ha mejorado mucho. El simulador ahora tiene un editor de modelo gráfico que le permite asignar un modelo apropiado a sus componentes esquemáticos, establecer sus diversos parámetros y hacer clic en Iniciar para iniciar la simulación. Veamos un ejemplo simple. Supongamos que tiene este circuito simple, que consta de un LED, una resistencia y una fuente de voltaje. Puedes ver el circuito enCifra9, donde (1) es la versión del circuito lista para la simulación y (2) es el circuito original.

En la versión de simulación del circuito (1), deberá asignar modelos SPICE para los componentes activos y pasivos: la fuente de voltaje, el LED y la resistencia. Profundicemos en el símbolo de la fuente de voltaje. Haga doble clic en el símbolo de la fuente de voltaje para abrir su ventana de propiedades y haga clic en el botón Modelo de simulación para ver la ventana del editor de modelos SPICE. Cada símbolo en KiCad tiene un editor de modelos SPICE que puede usar para configurar varios parámetros relacionados con la simulación, incluido adjuntar código que represente el modelo de simulación del componente de la vida real. La ventana del editor de modelos SPICE contiene dos pestañas: Modelo y Asignaciones de pines. Haga clic en la pestaña Modelo. Aquí es donde puedes configurar este símbolo (que resulta ser una fuente de voltaje) para la simulación. Explore las diversas opciones en el grupo de modelos SPICE incorporado para ver los distintos dispositivos y tipos que están disponibles. Por ejemplo, puede configurar la fuente para que funcione en un patrón de pulso, sinusoidal o exponencial. Por supuesto, puedes configurarlo como una simple fuente de CC o CA. También puedes cambiar el tipo de dispositivo a algo diferente, como un transistor, diodo o condensador.

Como puedes ver enCifra10 , He configurado la fuente de voltaje para producir una salida sinusoidal (sinusoidal) con una amplitud de 5 V a 10 Hz. A medida que define los distintos parámetros, el código SPICE para este símbolo se construye en segundo plano. Puede inspeccionar el modelo SPICE del símbolo en la pestaña Código (Cifra11yCifra12).

Cada modelo es configurable y puede obtener automáticamente valores de las propiedades del símbolo esquemático. Por ejemplo, consulte el modelo SPICE para la resistencia en el circuito (Cifra13 ). El valor de la resistencia, “330”, se leyó automáticamente a partir de la propiedad del símbolo de valor de la resistencia. Por supuesto, aún puedes usar código para definir un modelo SPICE para un componente.

Por ejemplo, pasemos al LED. Utilicé mis habilidades de Google para encontrar un modelo apropiado, que se parece al que ves enListado1 (fuente). Puede guardar este modelo en un archivo de texto e importarlo al símbolo KiCad usando el editor de modelos SPICE. Guardé el archivo con el nombre led2.model dentro del directorio Spice Models.Listado 1: Un modelo para simulación. Las líneas que empiezan con un asterisco son comentarios.

Para el símbolo LED, haga doble clic en él para abrir su ventana Propiedades, luego haga clic en Spice Model. Una vez que la ventana del Editor de modelos SPICE esté abierta, haga clic en la pestaña Modelo y cargue el archivo de texto del modelo Spice que acaba de crear usando el widget Archivo en Modelo SPICE desde archivo. Debido a que este archivo de modelo de especias contiene tres modelos, use el widget Modelo para seleccionar "LED1" (Cifra14 ). Como puedes ver en En la captura de pantalla, he utilizado el método del archivo. Guardé el modelo en un archivo de texto titulado led2.model y utilicé el explorador de archivos para encontrarlo y seleccionar (1) en la captura de pantalla.

El archivo de modelo contiene tres modelos individuales. Cada uno tiene un nombre único: “LED1”, “LED2” y “LED3”. Seleccioné el modelo que quería usar usando el menú desplegable Modelo (“2” en la captura de pantalla). En la pestaña Código, puede ver el código SPICE que KiCad utilizará para simular el símbolo LED. Los diversos parámetros que ve en las definiciones del modelo, como IBV (corriente en voltaje de ruptura), BV (voltaje de ruptura inverso) y TT (tiempo de tránsito), se describen en el manual del usuario de Ngspice. Puede encontrar estos valores en la hoja de datos de un componente; puedes usarlos en tus modelos. Haz clic en Aceptar y en Aceptar para volver al editor. El esquema del circuito ya está listo para la simulación. En el siguiente segmento, te mostraré cómo configurar el simulador.

En el editor de esquemas, abra la ventana del simulador (Inspeccionar Simulador) o haga clic en el botón Simulador en la barra de herramientas superior. Haga clic en el botón azul "reproducir" para ejecutar la simulación (Cifra15 ). Mi simulación sólo contiene 500 puntos, por lo que terminar es rápido. En la captura de pantalla, puede ver la señal capturada simulada (1), el gráfico de tiempo (2) y los resultados (3). Por supuesto, puedes cambiar la simulación.

Puede crear gráficos adicionales según sea necesario. Con la ventana de simulación activa, haga clic en Archivo y luego en Nuevo gráfico. Aparecerá una nueva pestaña que contiene un gráfico en blanco en la ventana del simulador. Puede agregar señales y cursores, hacer zoom y desplazarse, y probar escenarios con varios valores de componentes. Por ejemplo, echa un vistazo aCifradieciséis. Este gráfico muestra tres señales, I para R1, I para V1 y V para Vin, y dos cursores, I para R1 y V para Vin. Los cursores me permiten usar el mouse y arrastrar la línea de tiempo vertical hacia la izquierda y hacia la derecha para poder ver el valor de la señal en ese momento. También puedo usar la rueda de desplazamiento para acercar o alejar y el botón central del mouse para desplazarme. La ventana de texto de resultados muestra los resultados del análisis que puedo usar en la documentación de mi experimento.

Acabas de ver mis tres funciones nuevas o actualizadas favoritas en KiCad 7. Como es de esperar, hay mucho más. Además de las funciones que he cubierto, KiCad 7:

Nota del editor: este artículo (230352-01) aparecerá en Elektor en septiembre/octubre de 2023.

El Dr. Peter Dalmaris es educador, ingeniero eléctrico, aficionado a la electrónica y creador. Creador de cursos en vídeo online sobre electrónica de bricolaje y autor de varios libros técnicos, incluidos KiCad Like a Pro (Elektor, 2018) y KiCad 6 Fundamentals and Projects (Elektor, 2022). Su empresa, Tech Explorations, ofrece una variedad de cursos educativos y campamentos de entrenamiento para aficionados a la electrónica, estudiantes y profesores de STEM. Elektor publicará el último libro de Dalmaris, KiCad 7, a mediados o finales de 2023.

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