Guia de KiCAD para estudantes de engenharia

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Introdução 

O Kicad é um dos softwares CAD mais populares quando se fala em design de placas de circuito impresso (PCI) e simulação de circuitos. Um dos principais motivos da sua popularidade é o fato de que esta ferramenta é gratuita, uma vez que o seu código é livre (open source), sendo disponibilizado para a comunidade acadêmica e técnica livremente. Sendo assim, um Guia de KiCAD para estudantes de engenharia é muito bem vindo. 

O Kicad é uma ferramenta muito importante para estudantes de engenharia elétrica, eletrônica e áreas correlatas. Isso porque, com ela, é possível desenvolver PCI’s com facilidade, tanto para manufatura terceirizada (geralmente por empresas chinesas), quanto para fabricação própria. Comumente, estudantes de engenharia e até mesmo engenheiros precisam desenvolver PCI’s de forma artesanal, com revelação de placas de fenolite. Softwares CAD como Kicad são essenciais para tornar essa tarefa mais profissional.

Sendo assim, esse artigo se destina para aqueles que estão em cursos de engenharia e desejam aprender o básico de desenvolvimento de PCI com o Kicad. Também veremos um pouco sobre a simulação de circuitos elétricos na mesma plataforma. Por fim, iremos visualizar o nosso projeto em 3D.

Guia de KiCAD: Vantagens

O Kicad é um software aberto e gratuito. Geralmente, é complicado encontrar softwares gratuitos e bons, mas o Kicad é uma exceção. Ele se apresenta como uma poderosa ferramenta que disputa com softwares como Proteus, Autodesk Inventor, Autodesk Fusion 360, dentre outros. O Kicad se mostra tão capaz quanto todos esses.

Uma das vantagens do Kicad é a extensa biblioteca de componentes pré disponíveis na plataforma. Dificilmente você irá precisar procurar componentes na internet. No Kicad, você tem uma vasta gama de capacitores, indutores, resistores, dentre vários outros tipos de componentes dos mais variados tamanhos e disposições.

Caso você precise de algum componente que não esteja na biblioteca, você pode achar facilmente na internet. O Kicad dispõe de uma vasta comunidade ativa que sempre disponibiliza bibliotecas extras e plugins para aprimorar ainda mais a ferramenta.

Ainda, se você não conseguir encontrar na internet o que procura, você mesmo pode desenhar ou editar as bibliotecas já existentes. Sendo assim, não há motivo para você precisar de outro software.

Ainda, você pode simular circuitos elétricos diretamente na plataforma, possibilitando testar suas ideias virtualmente, contribuindo muito para sua economia no tempo, produtividade e profissionalismo em seus projetos.

Guia de KiCAD: Ferramentas 

As principais ferramentas do Kicad são:

Esquemático

O Esquemático é uma área do Kicad onde você pode adicionar os símbolos que representam os componentes e mostrar, de forma bem clara, onde os terminais são conectados e uma visão geral do seu projeto. 

O esquemático é muito importante, pois nele você vai mostrar para o Kicad onde cada terminal será conectado, para que no futuro ele lhe guie na hora de rotear as trilhas corretamente. 

Ainda, o esquemático é essencial para você visualizar seu projeto como um todo, e para que outras pessoas conseguirem entender o que você fez e como fez de forma mais clara, sem ter que fazer uma engenharia reversa no seu projeto então finalizado.

Layout de PCI

Nessa área do Kicad, você vai desenhar sua PCI realmente. Por aqui, você vai definir as dimensões reais da placa, número de camadas, a disposição dos componentes e por onde as trilhas irão passar.

Para você não ficar perdido, o Kicad oferece uma ferramenta chamada associado de componentes e pacotes. Essa ferramenta associa os símbolos do esquemático aos footprints do layout. Footprints nada mais são que os desenhos das ilhas que cada componente será fixado. Para cada componente, geralmente temos um footprint diferente, pois eles têm dimensões muitas vezes distintas.

Com isso, basta você definir no esquemático as conexões e associar no layout de PCI. Haverão linhas indicando as conexões a realizar e, assim, você pode desenhar as trilhas.

Simulador SPICE integrado

Muitas vezes é necessário simular o circuito desenhado antes da etapa da prototipação. Porém, muitos usam softwares baseados em SPICE para fazer isso. Contudo, o mais utilizado é o LTSpice, que é um software que só funciona em Windows. 

O Kicad tem um simulador SPICE integrado, disponível na área do esquemático. Isto significa que você não precisa sair da plataforma para testar seu circuito. Nela, você pode fazer isso com precisão e profissionalismo.

Guia de KiCAD: Criação do esquemático

Para criar seu esquemático, você deve iniciar o Kicad e, em seguida, o Editor de esquemático. Uma nova janela será aberta com uma região em branco. Você pode adicionar componentes digitando “a”, abrindo uma nova janela onde você pode procurar o componente desejado. 

Após isso, você insere o componente onde você quiser. Fazendo isso com todos os componentes desejados, e os dispondo cada um em seus lugares, você pode uni-los clicando em seus terminais e conectando-os.

Nessa etapa você também pode adicionar textos ao esquemático, dentre outras opções. Em posts futuros eu posso me aprofundar ainda mais nessas questões. Após terminar seu esquema, você pode teclar F8 e atualizar o layout a partir do esquemático. Lembre-se de associar cada símbolo a um footprint, caso não o faça, alguns erros irão aparecer. 

Guia de KiCAD: Criação do layout

Se na janela inicial do Kicad você iniciar o “Editor da PCI”, uma nova janela será aberta. Todavia, essa janela é diferente da anterior e servirá como ambiente de desenho para sua placa de circuito impresso.

Se você seguiu os passos anteriores corretamente, provavelmente os componentes já estarão dispostos. Mas, caso não tenha feito, basta você mudar seus locais e dispor como deseja. Em sequencia, selecione a camada “Edge Cuts”, e insira um retângulo que cubra seus componentes, assim, esse retângulo indicará onde sua PCI termina. 

Feito isso, basta teclar “x” e rotear suas pistas. Note que o Kicad já lhe mostra onde as conexões iniciam e terminam, e você não precisa se preocupar com isso. No final, basta ir em “Visualizar” e em seguida “Visualizar em 3d” para ver uma prévia da sua placa PCI.

Guia de KiCAD: Simulação de circuitos

Para realizar a simulação de circuitos, você precisa ir na janela de esquema, e inserir um texto no esquemático. Algo como “.tran 1u 10m”. Pois, fazendo isso, você informa que o Kicad deve fazer uma análise transparente do circuito, iniciado em t = 0, e finalizando em t = 10 mili segundos. Também, o período de amostragem é de 1 microssegundo.

Após isso, basta ir em “inspecionar” e em “simulador”. Lá você consegue realizar a simulação e escolher em qual nó a visualização irá ocorrer. 

Conclusão

Em suma, percorremos as várias facetas dessa ferramenta de código aberto que se estabeleceu como uma escolha popular para estudantes e profissionais. Discutimos suas vantagens marcantes, desde a gratuidade até a extensa biblioteca de componentes pré-existentes. Reconhecemos a natureza colaborativa da comunidade KiCad, onde recursos adicionais estão sempre ao alcance da mão, e a possibilidade de personalização da ferramenta permite um ajuste perfeito às necessidades individuais.

Além disso, exploramos as ferramentas essenciais do KiCad, desde a criação do esquemático, que define a estrutura do circuito, até o layout da PCI, onde os componentes encontram sua disposição física. Demonstramos como a associação de componentes e pacotes simplifica o processo e como o simulador SPICE integrado proporciona uma simulação precisa, economizando tempo e recursos valiosos.

Portanto, aguarde os posts futuros, pois iremos fazer um pequeno projeto no Kicad com direito a simulação e a visualização da PCI em 3D. Até a próxima!

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