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KiCad

KiCadとは

KiCad(キーキャド)は電子回路設計(EDA)ソフトウェアである。

主に

  • 回路図作成

  • PCB設計

  • 部品管理

  • 3D表示

  • ガーバーデータ出力

などを行うことができる。


EDAとは

EDA(Electronic Design Automation)は

電子回路設計支援ソフト

のことである。


代表的なEDAソフト

  • KiCad

  • Altium Designer

  • Autodesk Eagle

  • OrCAD


KiCadはその中でも

無料かつ高機能

なことで有名である。


KiCadの特徴

無料

商用利用も可能。


オープンソース

世界中の開発者によって改良されている。


制限なし

多くの無料EDAにある

  • 基板サイズ制限

  • 層数制限

  • ピン数制限

がない。


日本語情報が多い

近年利用者が増えているため学習しやすい。


KiCadでできること

回路図作成

電子回路を図として作成する。


例

STM32
 ↓
I2C
 ↓
EEPROM

PCB設計

実際の基板パターンを作成する。


例

配線
パッド
ビア
GNDプレーン

3D表示

完成後の基板を確認できる。


例

部品配置確認
ケース干渉確認

ガーバー出力

PCB製造会社へ送るデータを生成する。


例

JLCPCB
PCBWay
Fusion PCB

KiCadの構成

主なツールは以下。


Schematic Editor

回路図作成。


PCB Editor

PCB設計。


Symbol Editor

回路図シンボル作成。


Footprint Editor

フットプリント作成。


3D Viewer

3D表示。


回路設計の流れ

一般的な流れ。


① 回路図作成

STM32
DCDC
モータドライバ

などを配置する。


② ERC確認

Electrical Rules Check。


回路ミスを検出する。

例

未接続
電源ミス

③ フットプリント割り当て

部品に実装形状を割り当てる。


例

STM32
↓
LQFP-64

④ PCBへ転送

回路図から基板設計へ移行する。


⑤ 部品配置

部品を並べる。


⑥ 配線

パターンを引く。


⑦ DRC確認

Design Rules Check。


例

配線間隔不足
クリアランス違反

⑧ ガーバー出力

製造データ生成。


シンボルとは

回路図上で使用する部品記号。


例

抵抗
コンデンサ
STM32

フットプリントとは

PCB上での実装形状。


例

0603抵抗
SOT-23
QFN
LQFP

シンボルとフットプリント

重要な違い。


シンボル

回路図用

フットプリント

基板用

ERCとは

Electrical Rules Check。


回路図上のエラーを検出する。


例

未接続ピン
電源競合

DRCとは

Design Rules Check。


PCB上のエラーを検出する。


例

配線間隔不足
パッド重なり

レイヤー

PCBは複数層で構成される。


2層基板

Top
Bottom

4層基板

Top
GND
Power
Bottom

現在のAsterでは

4層

が有力候補である。


GNDプレーン

基板全面をGNDとして利用する設計。


メリット

  • ノイズ低減

  • 放熱向上

  • 配線簡略化


ビア

層を移動するための穴。


例

Top
 ↓
Via
 ↓
Bottom

ガーバーデータ

PCB製造会社へ送る製造データ。


主な内容

  • 配線

  • 穴

  • シルク

  • 外形


BOM

Bill Of Materials。


部品表のこと。


例

STM32F303RET6
1個

10kΩ
5個

3Dビューア

完成予想を確認できる。


確認できる内容

  • 部品干渉

  • コネクタ位置

  • ケース適合


Asterでの利用

AsterではKiCadを用いて

  • ALEO基板

  • AB基板

  • 通信基板

  • 電源基板

などを設計する。


設計対象

STM32
CAN
I2C
DCDC
モータドライバ

など。


よくあるミス

フットプリント間違い

部品が実装できない。


ピン番号違い

配線ミス。


DRC無視

ショートや製造不能の原因。


デカップリング不足

ノイズ増加。


GND設計不足

通信エラーや発熱の原因。


KiCadのメリット

  • 無料

  • 高機能

  • 商用利用可能

  • 4層以上も対応

  • 情報が豊富


KiCadのデメリット

  • 最初は覚えることが多い

  • 部品ライブラリ管理がやや難しい

  • 高速基板設計は知識が必要


まとめ

KiCadはオープンソースのPCB設計ソフトウェアである。

  • 回路図作成

  • PCB設計

  • ERC/DRC検証

  • 3D確認

  • ガーバー出力

を一つの環境で行うことができる。

Asterのような組み込み開発では、回路設計から製造データ作成までを担う中核ツールとなる。