電路原理圖設計的最終目的是生產滿足需要的PCB（印制電路板）。利用KiCad 8.0軟件可以非常輕松地從原理圖設計轉入PCB設計。KiCad 8.0為用戶提供了一個完整的PCB設計環境，既可以進行人工設計，也可以全自動設計，設計結果可以多種形式輸出。

PCB布線是整個PCB設計中最重要、最耗時的一個環節，可以說前面的工作都是為它而準備的。在整個PCB設計中，熟悉PCB設計流程是很有必要的。

本章內容將結合實戰項目的設計來介紹PCB設計的常規流程，讓讀者熟悉KiCad 8.0軟件的PCB設計流程，這對于縮短產品的開發周期、增強產品的競爭力和節省研發經費等方面都具有重要意義。

6.1 PCB常用參數設置

KiCad中的印刷電路板通常由代表電子元件及其焊盤的封裝、定義這些焊盤如何彼此連接的網絡、形成每個網絡中焊盤之間的銅連接的布線、過孔和敷銅以及定義電路板邊緣、絲印標記和任何其他所需信息的各種圖形形狀組成。KiCad通常會將PCB上的網絡信息與相關的原理圖保持同步，但也可以直接在PCB編輯器中創建和編輯網絡。

KiCad能夠創建多達32個銅層、14個技術層(絲印、阻焊、元件粘合劑、錫膏等)和13個通用繪圖層的印刷電路板。KiCad中所有對象的內部測量分辨率為1納米，測量值以32位整數存儲。這意味著可以創建最大約4米乘4米的電路板。KiCad目前支持每個工程/原理圖一個電路板文件。

在PCB繪制時系統參數設置的合理與否，直接影響到設計過程中軟件的功能能否充分發揮。執行菜單欄中的“工具”→“設置”→“偏好設置”命令，或使用快捷鍵“Ctrl+,”即可彈出的偏好設置對話框。

左側的原理圖編輯器選項卡下有6個子選項卡，分別為顯示選項、柵格選項、編輯選項、批注選項、顏色選項、字段名稱模塊，如圖6-1所示。

圖6-1 PCB編輯器參數設置

6.1.1 顯示選項

1.渲染引擎

該項與原理圖中的渲染引擎功能相同，用于生成圖像，為PCB設計提供實時圖像或高質量圖像。

2.柵格顯示

用于設置PCB繪制界面的柵格顯示效果，具體設置方式與5.1節中對應參數相同。

3.光標

此項主要根據設計者的個人習慣設置光標的形式，軟件提供小十字和全屏十字。

4.批注

用于顯示PCB繪制中網絡的名稱，可將其設置為不顯示、顯示在焊盤上、顯示在線上、顯示在焊盤和走線上其顯示效果如圖6-2所示。

圖6-2 網絡顯示在焊盤和走線效果

5.輪廓間距

在進行布線時線與線，線與焊盤之間有一定距離要求，那么此時就需要將輪廓間距進行開起幫助我們把握好這個距離，如圖6-3所示。此項可設置該功能啟用的時機，包括不再顯示間距、在布線時顯示、在布線結束時顯示、在布線和編輯時顯示以及總是顯示。

圖6-3 輪廓間距顯示效果

6.交叉探測

該項主要是在與原理圖進行關聯時的常用功能，其作用是當在原理圖中選中器件，那么映射到PCB中的器件也會呈現高亮，如圖6-4所示。

圖6-4 交叉探測效果圖

6.1.2 柵格選項

在6.1.1小節中我們對柵格的顯示效果進行了設置，該選項主要是針對捕捉柵格的參數進行設置，即光標每次移動的距離進行設置，用戶在該項下可將柵格設置為很精確的柵格。

快速柵格切換的功能是當用戶在繪制原理圖是可以使用快捷鍵在不同柵格之間進行切換，方便設計者對原理圖的繪制。

6.1.3 原點和軸

在2.5節中我們提到過KiCad 8.0軟件中默認坐標軸與我們平常所用的坐標軸有點區別，所以我們需要對其進行設置，如圖6-5所示。

圖6-5 PCB編輯界面原點設置

6.1.4 編輯選項

在編輯選項下，可設置器件每次旋轉時旋轉的角度、走線時拐彎的形式、吸附點以及飛線的模式，如圖6-6所示。

圖6-6 PCB編輯選項對話框

6.1.5 顏色選項

可用于設置PCB編輯界面的主題和顏色等，系統默認帶有三個不可編輯的主題，用戶若想在顏色顯示界面顯示自己喜歡的顏色，可在此選項下選擇新建一個主題，在這個新建的主題中用戶可以隨意更改任意顏色。

6.1.6 插件選項

該項主要是對軟件所安裝的插件進行羅列，即用戶安裝的所有插件都可以在這個地方查看。

KiCad插件系統是一個使用共享庫擴展KiCad功能的框架。使用插件的一個主要優點是在開發插件時沒有必要重建KiCad套件;事實上，可以借助KiCad源代碼樹中的一些暴露出來API構建插件。通過確保開發人員僅編譯與正在開發的插件直接相關的代碼，從而減少每個構建和測試周期所需的時間，在插件開發期間無需重新構建KiCad的極大地提高了工作效率。

插件最初是為3D模型查看器開發的，因此可以支持更多類型的3D模型，而無需對支持的每種新模型類型的KiCad源碼進行重大更改。插件框架后來被推廣，以便將來開發人員可以創建不同類型的插件。目前，已經可以直接在KiCad中開發PCB插件，使用戶能夠實現數據導入和導出、并定制個性化的功能。

6.2 PCB設計工具介紹

KiCad 8.0軟件提供了非常豐富多的設計工具幫助設計者，PCB的設計工具分別分布在PCB設計界面的兩側，如圖6-7所示。

圖6-7 PCB設計工具

各個工具的功能說明如下。

：顯示或隱藏編輯器右側的外觀和選擇篩選器面板。

：切換顯示走線的填充和輪廓模式。

：在填充和輪廓模式之間切換過孔的顯示。

：在填充模式和輪廓模式之間切換焊盤的顯示。

：僅顯示區域輪廓。

：顯示填充區域。

：當選中一個網絡進行高亮顯示時，打開或關閉高亮顯示。

注意:當沒有網絡被高亮顯示時，此按鈕將被禁用。要高亮顯示網絡，請使用熱鍵~。也可以右鍵單擊網絡中的任何銅對象，然后從“網絡檢查工具”菜單中選擇“高亮網絡”，或者右鍵單擊“外觀”面板的“網絡”選項卡中的列表中的網絡。

：在正常（Normal）和暗顯（Dim）之間切換非活動層顯示模式。

注意:當非活動圖層顯示模式為“暗顯”或“隱藏”時，此按鈕將突出顯示。在這兩種情況下，按下按鈕將圖層顯示模式更改為Normal。隱藏模式只能通過外觀面板中的控件或熱鍵訪問Ctrl+H。

：飛線在直線和曲線之間切換。

：打開/關閉飛線的顯示。

：在自由角度和45度模式之間切換，用于放置新的走線，區域，圖形形狀，尺寸和其他對象。你也可以在自由角度和45度模式之間切換（Shift+Space）。

：在全屏和小編輯光標(十字準線)之間切換。

：切換坐標和尺寸的單位：英寸、密耳或毫米。

：在狀態欄中切換極坐標和笛卡爾坐標顯示。

：啟用項目特定的網格，覆蓋當前的網格設置。

：打開/關閉網格顯示。

注意:默認情況下，隱藏網格不會禁用網格捕捉（snap）。可以在Preferences的Display Options部分更改此行為。

：選擇工具(默認工具)。

：局部飛線工具：當飛線被隱藏時，使用此工具選擇封裝將顯示所選封裝的飛線。再次選擇相同的封裝將隱藏飛線。

：封裝放置工具：點擊板面打開封裝選擇器，選擇封裝后再點擊確認位置。

：布線工具：該工具激活交互式布線并允許放置走線和過孔。

：調整長度：這些工具允許您調整單個布線的長度或差分對的長度或偏移。

：擺放過孔：允許放置沒有走線的自由過孔。如果在走線時放置過孔，過孔將被賦予走線的網絡，作為整體走線的一部分（如果連接到走線焊盤網絡被更新，過孔網絡也會隨之更新）。在任何銅位置擺放過孔，過孔都將被賦予銅的網絡。

：添加敷銅區域。點擊開始繪制多邊形敷銅，敷銅的輪廓必須閉合。

：添加規則區域:規則區域，以前稱為保留區域，可以限制對象的放置和區域的填充，還可以定義命名的區域來應用特定的自定義設計規則。

：畫線。注意:線條是圖形對象，與使用“布線”工具放置的走線不同。

：繪制圓弧:選擇圓弧的中心點，然后選擇圓弧的起點和終點。右鍵單擊此按鈕，可以在保持現有圓弧中心的模式和保持圓弧半徑的模式之間切換圓弧編輯模式。

：畫矩形。可以填充矩形或只包含輪廓。

：畫圓。圓可以填充或只包含輪廓。

：繪制圖形多邊形。多邊形可以填充或只包含輪廓

注圖形多邊形不能被分配網絡，并且不會與其他對象保持間隙。

：添加位圖圖片供參考。參考圖像不包括在制造輸出中

：添加文本。

：添加一個文本框。

：對齊尺寸標注顯示兩點之間距離的測量值。測量軸是連接這兩個點的線，尺寸標注圖形與該軸保持平行。

：正交尺寸標注也測量兩點之間的距離，但測量軸是X軸或Y軸。換句話說，這些標注表示兩點之間距離的水平或垂直分量。創建正交尺寸標注時，您可以選擇使用哪個軸作為測量軸。選擇要測量的兩個點后放置尺寸標注的位置。

：中心尺寸標注，創建一個十字標記以表示點或圓/圓弧的中心。

：徑向尺寸標注，顯示中心點與圓或弧外側之間的測量值。中心點用十字表示。

：引線尺寸標注，創建一個箭頭，將一條引線連接到文本字段。此文本字段可以包含任何文本，以及圍繞文本的可選圓形或矩形框。這種類型的尺寸標注通常用來提醒人們注意設計的某些部分，以便在制造說明中參考。

：刪除工具:單擊需要刪除的對象。

：設置網格原點或鉆/位置原點(用于制造輸出)。

：交互式測量兩點之間的距離。

6.3 定義板框即板框原點設置

6.3.1 自定義板框

如果設計項目的板框是簡單的矩形或者規則的多邊形，則直接在PCB中繪制即可。PCB板框在Edge.Cuts內定義。下面以板框放置在Edge.Cuts層為例，詳細介紹板框的繪制。

先切換到Edge.Cuts層，然后執行菜單欄中的“放置（P）”→“繪制線”命令，在PCB編輯界面繪制需要的板框形狀。這里以尺寸為100cm×80cm，圓角半徑為4mm的圓角矩形為例來對自定義板框進行概述。

（1）首先將層切換至Edge.Cuts層，執行畫線命令，在PCB繪制界面隨意繪制4條線如圖，如圖6-8所示。

（2）執行菜單欄“放置（P）”→“鉆孔/放置文件原點”命令放置原點，完成后選擇其中一條在（1）中繪制的線，在線段屬性對話框中填入如圖6-9的信息。

圖6-8 繪制板框

圖6-9 線條信息

（3）將四根線的位置信息編輯完成之后會得到一個沒有閉合的矩形。剩下四個角我們需要將其添加上圓角，圓角可以防止被PCB板割傷。首先將層切換到Edge.Cuts層，執行菜單欄“防止（P）”→“繪制弧線”命令，或直接使用快捷鍵“Ctrl+Shift+A”隨意繪制一個弧線。

（4）雙擊所繪制的弧線在弧線屬性對話框中填入如圖6-10所示的信息。

圖6-10 弧線信息

（5）弧線添加完成后，自定義板框就繪制完成，如圖6-11所示。

圖6-11 弧線信息

6.3.2 從CAD里導入板框

很多項目的板框結構外形都是不規則的，手工繪制板框的復雜度比較高，這時就可以選擇導入CAD結構工程師繪制的板框數據文件，例如.DWG或者.DXF格式文件，進行導入板框結構定義。導入之前最好將結構文件轉換為較低的版本，確保KiCad 8.0軟件能正確導入。

導入CAD板框文件的步驟如下：

（1）新建一個PCB文件，然后將其打開，執行菜單欄中的“文件”→“圖形”命令，或直接使用使用快捷鍵“Ctrl+Shift+F”,選擇需要導入的DXF文件，如圖6-12所示。

圖6-12 選擇DXF文件

（2）導入屬性設置。

①在“比例”選項組中設置導入單位（須和CAD單位保持一致，否則導入的板框尺寸不對），用戶可通過Size參數進行大致判斷。

②選擇需要導入的層參數（為了簡化導入操作，“PCB層”這一項可以保持默認，成功導入之后在PCB中更改），如圖6-13所示。

圖6-13 DXF文件導入設置

6.4 層的相關設置

6.4.1 層的顯示與隱藏

在制作多層板時，經常需要只看某一層，或者把其他層隱藏，這種情況就要用到層的顯示與隱藏功能。

在PCB編輯面板右側層管理器單擊層名稱前面的圖標，即可設置層的顯示與隱藏，如圖6-14所示?？梢葬槍螌踊蚨鄬舆M行顯示與隱藏設置。

圖6-14 層的顯示與隱藏

6.4.2 層的顏色設置

為了便于層的快速識別，可以對不同的層設置不同的顏色。執行菜單欄“設置（P）”→“偏好設置”命令，或直接使用快捷鍵“Ctrl+,”在彈出的偏好設置對話框中選擇顏色選項，新建一個主題，在新建的主題中單擊層名稱前面的顏色圖標即可設置層的顏色，如圖6-15所示。

圖6-15 層的顏色設置

6.5 PCB布局

在整體PCB設計中，布局是一個重要的環節。布局結果的好壞直接影響布線的效果，因此合理的布局是PCB設計成功的基礎。

6.5.1 交互式布局與模塊化布局

1.交互式布局

交互式布局的實質就是交叉選擇功能，以實現原理圖與PCB的器件對應。

2.模塊化布局

實現同一功能的相關電路稱為一個模塊。所謂模塊化布局就是結合“交叉選擇”功能與“區域內排列器件”功能將同一模塊的元件布局在一起，然后根據電源流向和信號流向對整個電路進行模塊劃分，將每個電路模塊大致排列在PCB板框周邊，實現預布局。

3.就近集中原則

同一模塊中的電路元件，應采用就近集中原則。比如電源管腳基本都會帶有去耦電容，那么電容應靠近該管腳擺放。

6.5.2 布局常用的基本原則

布局常見的基本原則如下：

（1）先放置與結構相關的固定位置的元件，根據結構圖設置板框尺寸，按結構要求放置安裝孔、接插件等需要定位的器件，并將這些器件鎖定。

（2）明確結構要求，注意針對某些器件或區域的禁止布線區域、禁止布局區域及限制高度的區域。

（3）元件擺放要便于調試和維修，小元件周圍不能放置大元件，需調試的元件周圍要有足夠的空間，需拔插的接口、排針等元件應靠板邊擺放。

（4）結構確定后，根據周邊接口的元件及其出線方向，判斷主控芯片的位置及方向。

（5）先大后小、先難后易原則。重要的單元電路、核心元件應當優先布局，元件較多、較大的電路優先布局。

（6）盡量保證各個模塊電路的連線盡可能短，關鍵信號線最短。

（7）高壓大電流與低壓小電流的信號完全分開；模擬信號與數字信號分開；高頻信號與低頻信號分開。

（8）同類型插裝元件或有極性的元件，在X或Y方向上應盡量朝一個方向放置，便于生產。

（9）相同結構電路部分，盡可能采用“對稱式”標準布局，即電路中元件的放置保持一致。

（10）電源部分盡量靠近負載擺放，注意輸入/輸出電路。

6.5.3 元件對齊及換層

1.元件的對齊

KiCad 8.0提供了非常方便的對齊功能，可以對元件實行左對齊、右對齊、頂對齊、底對齊、水平等間距、垂直等間距等操作。

元件對齊方法如下：

（1）選中需要對其的兩個或兩個以上的器件，鼠標右鍵選擇“對齊/分布”命令，在彈出的選項中自己需要的對齊方式。

圖6-16 對齊命令

2.元件的換層

KiCad 8.0默認的元件層是F.Cu和B.Cu，用戶可根據板子器件密度、尺寸大小和設計要求判斷是否進行雙面布局。原理圖導入PCB后，元件默認放在F.Cu，若想切換放到B.Cu，最便捷的方式是在拖動元件的過程中按快捷鍵F。

當然，也可以選中需要反轉的器件用鼠標右鍵選擇“換面/翻轉”，如圖6-17所示。

圖6-17 元件的換層

6.6 PCB布線

待更新。。。