บทนำ
KiCad เป็นชุดซอฟต์แวร์ออกแบบอิเล็กทรอนิกส์ (EDA) แบบโอเพนซอร์สและฟรี โดยมีคุณสมบัติหลัก ได้แก่ การสร้างแผนผังวงจร (schematic capture) การจำลองวงจรไฟฟ้า (integrated circuit simulation) การออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB layout) การแสดงผลแบบ 3 มิติ (3D rendering) และการส่งออกข้อมูลในรูปแบบต่าง ๆ (plotting/data export), KiCad ยังมีไลบรารีส่วนประกอบคุณภาพสูงที่มีสัญลักษณ์ (symbols) ฟุตพรินต์ (footprints) และโมเดล 3 มิติจำนวนมาก, KiCad ต้องการทรัพยกรของเครื่องคอมพิวเตอร์ต่ำและสามารถทำงานบน Linux, Windows และ macOS
KiCad 8.0 เป็นเวอร์ชันล่าสุดที่มีการเพิ่มคุณสมบัติใหม่และแก้ไขข้อบกพร่องมากมาย คุณสมบัติใหม่ที่สำคัญบางส่วน ได้แก่:
หน้าต่างคุณสมบัติ (Properties Panel): ในตัวแก้ไข Schematic, Symbol และ Footprint ช่วยให้คุณดูและแก้ไขคุณสมบัติของวัตถุที่เลือกได้อย่างรวดเร็ว แม้ว่าจะเลือกวัตถุหลายประเภทพร้อมกันก็ตาม
ไลบรารี HTTP: ช่วยให้ KiCad เชื่อมต่อกับฐานข้อมูลอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ออนไลน์หรือระบบ ERP ผ่าน REST API โดย REST endpoint โดยสามารถดึงข้อมูลเกี่ยวกับสัญลักษณ์ ฟุตพรินต์ และเมตาดาต้าต่างๆ ได้
หน้าต่างค้นหาใน Schematic Editor: ช่วยค้นหาสัญลักษณ์ ป้ายกำกับ (labels) และข้อความในแผนผังวงจร
การปรับปรุงตาราง Symbol Fields ขยายขีดความสามารถและเพิ่มเครื่องมือส่งออก BOM ที่สามารถปรับแต่งได้เต็มรูปแบบ
การปรับปรุงอินเทอร์เฟซการจำลองวงจร SPICE รองรับการวิเคราะห์รูปแบบใหม่ๆ เช่น FFTs, การจำลองสัญญาณรบกวน, การวิเคราะห์โพล-ซีโร่ (pole-zero) และการวิเคราะห์พารามิเตอร์ S (s-parameter analyses) รวมถึงการเพิ่มฟังก์ชันกำหนดสัญญาณแบบกำหนดเอง, การคำนวณทางคณิตศาสตร์, และเครื่องมือวัดค่าคลื่นสัญญาณ นอกจากนี้ ผลการวิเคราะห์จุดทำงานยังสามารถแสดงบนวงจรเพื่อให้เห็นค่าสถานะของแต่ละโหนด
การเพิ่มเติมอินเทอร์เฟซบรรทัดคำสั่ง (CLI) รองรับการรัน ERC/DRC, การส่งออกข้อมูลไปยังหลายรูปแบบ และการกำหนดตัวแปรข้อความเพิ่มเติม
เครื่องมือ Net Navigator ใน Schematic Editor ช่วยแสดงตำแหน่งของ Net ที่ถูกไฮไลต์ในลำดับชั้นของแผนผังวงจร
การตั้งค่า Grid อัตโนมัติ สามารถกำหนดค่า grid ต่างกันสำหรับวัตถุแต่ละประเภท เช่น ใช้ grid แบบละเอียดสำหรับการเคลื่อนย้ายข้อความ และ grid แบบหยาบสำหรับสัญลักษณ์
การปรับปรุงการทำงานกับ Power Symbols การกำหนดเส้นทาง (Net) ของ Power Symbols ทำได้ง่ายขึ้น โดยกำหนดจากค่าของสัญลักษณ์แทนชื่อขา (pin name)
เครื่องมือเปรียบเทียบกราฟิก สำหรับเปรียบเทียบสัญลักษณ์และฟุตพรินต์ระหว่างไลบรารีและไฟล์ที่ฝังอยู่ในวงจรหรือ PCB
การส่งออกไฟล์ IPC-2581: รองรับการส่งออกข้อมูลการผลิตและการประกอบในไฟล์เดียว
การปรับปรุงเครื่องมือปรับแต่งความยาวสัญญาณ (Interactive Length Tuning) ใน PCB Editor มีการปรับปรุงให้ใช้งานง่ายขึ้น
การซิงค์ข้อมูล Symbol กับ Footprint: ข้อมูลเมตาดาต้าจาก Schematic สามารถใช้ใน PCB ได้
Polygons ในชั้นทองแดง (Copper Layers) ของ PCB สามารถกำหนด Net ได้โดยตรง ซึ่งมีประโยชน์ในการสร้างโครงสร้างทางไฟฟ้าตามรูปทรงเฉพาะ
เครื่องมือ "Pin Helper" ใน Schematic Editor ช่วยให้สามารถเชื่อมต่อขาสัญลักษณ์กับสายไฟ, Net หรือกำหนดให้ไม่มีการเชื่อมต่อได้อย่างรวดเร็ว
3D Viewer ที่ปรับปรุงใหม่ มีแผงควบคุมการแสดงผล ทำให้สามารถปรับแต่งการแสดงผลของแผงวงจรในมุมมอง 3D ได้ง่ายขึ้น
การนำเข้าและส่งออกไฟล์ รองรับการนำเข้าไฟล์จาก EasyEDA (JLCEDA) ทั้ง Standard และ Professional Edition, ไลบรารีสัญลักษณ์และฟุตพรินต์จาก CADSTAR, ไฟล์ PCB จาก Solidworks, ไลบรารีสัญลักษณ์และฟุตพรินต์จาก Altium Designer, ไลบรารีสัญลักษณ์จาก EAGLE และวงจรจาก LTSpice
การส่งออกไฟล์แบบใหม่และปรับปรุงของเดิม เช่น การส่งออกโครงสร้างทองแดงใน STEP และการส่งออก Netlist สำหรับ Cadence Allegro
การปรับปรุงไลบรารี มีการปรับปรุงไลบรารีสัญลักษณ์ ฟุตพรินต์ และโมเดล 3 มิติอย่างมีนัยสำคัญ
KiCad 9.0 เป็นเวอร์ชันหลักล่าสุดที่เพิ่งออกมา ซึ่งรวมถึงคุณสมบัติใหม่และแก้ไขข้อบกพร่องหลายร้อยรายการ บางส่วนของคุณสมบัติใหม่ที่น่าสนใจมีดังนี้:
ระบบ Output Jobsets สามารถกำหนด jobset เพื่อสร้างไฟล์เอาต์พุตหลายรายการจากไฟล์ Schematic และ PCB ได้เพียงคลิกเดียว ใช้สำหรับสร้างไฟล์การผลิต, ตรวจสอบ ERC และ DRC และทำงานอัตโนมัติอื่นๆ นอกจากนี้ jobset ยังสามารถนำกลับมาใช้ซ้ำระหว่างโปรเจกต์ได้
ปรับปรุง Interactive Router เพิ่มความสามารถในการลากเส้นวงจร (Trace) หลายเส้นพร้อมกัน และปรับปรุงประสิทธิภาพ
รองรับ Net Classes หลายระดับ สามารถกำหนด net class หลายคลาสให้กับแต่ละสายสัญญาณ (net) พร้อมคุณสมบัติที่กำหนดตามลำดับความสำคัญ
Schematic (แผนผังวงจร) คือชุดของหน้า (sheets) ที่แสดงการวาดวงจรไฟฟ้า แต่ละไฟล์ Schematic ของ KiCad แสดงถึงหน้าเดียว
Hierarchical Schematic (แผนผังวงจรแบบลำดับชั้น) คือแผนผังที่ประกอบด้วยหลายหน้าที่ซ้อนกันภายใน, KiCad รองรับแผนผังวงจรแบบลำดับชั้น แต่ต้องมีหน้า root sheet เพียงหน้าเดียวที่ด้านบนของลำดับชั้น หน้าย่อยภายในลำดับชั้น (ที่ไม่ใช่ root sheet) สามารถใช้ซ้ำได้ เช่น เพื่อสร้างสำเนาของวงจรย่อย
Symbol (สัญลักษณ์วงจร) คือองค์ประกอบวงจรที่สามารถวางบนแผนผังวงจรได้ สัญลักษณ์สามารถแทนองค์ประกอบทางไฟฟ้าที่มีตัวตน เช่น ตัวต้านทานหรือไมโครคอนโทรลเลอร์ หรือแนวคิดที่ไม่มีตัวตน เช่น แรงดันหรือกราวด์ สัญลักษณ์มีขา (pins) ที่ทำหน้าที่เป็นจุดเชื่อมต่อที่สามารถเชื่อมต่อกันในแผนผังวงจร สำหรับองค์ประกอบทางกายภาพ แต่ละขาจะสัมพันธ์กับการเชื่อมต่อทางกายภาพบนองค์ประกอบ (เช่น สัญลักษณ์ตัวต้านทานจะมีสองขา หนึ่งขาสำหรับแต่ละขั้วของตัวต้านทาน) สัญลักษณ์จะถูกเก็บไว้ในไลบรารีสัญลักษณ์เพื่อให้สามารถใช้ในแผนผังวงจรหลาย ๆ แผ่นได้
Netlist (รายการเชื่อมต่อทางไฟฟ้า) คือการแสดงแผนผังวงจรที่ใช้เพื่อส่งข้อมูลไปยังโปรแกรมอื่น มีรูปแบบเน็ตลิสต์หลายรูปแบบที่ใช้โดยโปรแกรม EDA ต่าง ๆ และ KiCad มีรูปแบบเน็ตลิสต์ของตัวเองที่ใช้ภายในเพื่อส่งข้อมูลระหว่างตัวแก้ไข Schematic และ PCB เน็ตลิสต์ประกอบด้วยข้อมูลต่าง ๆ เช่น ขาใดเชื่อมต่อกัน และชื่อที่ควรกำหนดให้กับแต่ละเน็ต (หรือชุดของขาที่เชื่อมต่อกัน) เน็ตลิสต์สามารถเขียนลงในไฟล์เน็ตลิสต์ได้ แต่ในเวอร์ชันสมัยใหม่ของ KiCad การทำเช่นนี้ไม่จำเป็นในกระบวนการทำงานปกติ
Printed Circuit Board (PCB) หรือแผงวงจรพิมพ์ คือเอกสารการออกแบบที่แสดงการนำ schematic ไปใช้จริงในทางกายภาพ แต่ละไฟล์บอร์ดของ KiCad จะแสดงถึงการออกแบบ PCB หนึ่งชุด KiCad ไม่มีฟังก์ชันอย่างเป็นทางการสำหรับการสร้างแผง PCB แบบ array หรือ paneling แต่มีปลั๊กอินที่พัฒนาขึ้นโดยชุมชนที่ช่วยให้สามารถทำได้
Footprint (ฟุตพรินต์) คือองค์ประกอบของวงจรที่สามารถวางลงใน PCB, Footprint มักใช้แทนส่วนประกอบไฟฟ้าจริง แต่ก็สามารถใช้สำหรับองค์ประกอบการออกแบบอื่นๆ เช่น โลโก้บน silkscreen, เสาอากาศทองแดง หรือขดลวด, Footprint ประกอบด้วย Pads (แผ่นรองรับขา) ซึ่งเป็นพื้นที่ทองแดงที่ใช้เชื่อมต่อทางไฟฟ้า Netlist จะกำหนดให้ขาของ Symbol เชื่อมต่อกับ Pad ของ Footprint
Worksheet (เวิร์กชีต) คือเทมเพลตสำหรับการวาด schematic และ PCB โดยมักจะมีกรอบและช่องข้อมูล เช่น ชื่อโครงการและหมายเลขเวอร์ชัน
Plotting (การสร้างไฟล์ผลิต) คือกระบวนการสร้างข้อมูลสำหรับการผลิต ซึ่งอาจรวมถึงไฟล์ที่ใช้กับเครื่องจักร เช่น ไฟล์ Gerber หรือไฟล์ Pick-and-Place ตลอดจนไฟล์ที่อ่านได้โดยมนุษย์ เช่น PDF ของแผนผังวงจร
Ngspice (เครื่องมือจำลองวงจร) คือซอฟต์แวร์จำลองสัญญาณผสม (mixed-signal circuit simulator) ที่พัฒนาจาก Berkeley SPICE และรวมเข้ากับ Schematic Editor ของ KiCad สามารถใช้ Symbol ที่มีโมเดล SPICE เพื่อรันการจำลองวงจรและแสดงผลในรูปแบบกราฟได้
KiCad ประกอบด้วยซอฟต์แวร์ย่อยหลายตัว บางตัวได้รับการรวมเข้าด้วยกันเพื่อช่วยให้การออกแบบ PCB เป็นไปอย่างราบรื่น ขณะที่บางตัวเป็นแอปพลิเคชันแบบแยกเดี่ยว
ในเวอร์ชันแรกๆ ของ KiCad ซอฟต์แวร์แต่ละตัวทำงานแยกจากกัน ตัวอย่างเช่น Schematic Editor (เดิมเรียกว่า Eeschema) และ PCB Editor (เดิมเรียกว่า PcbNew) เป็นแอปพลิเคชันที่ไม่มีการเชื่อมโยงกันโดยตรง หากต้องการสร้าง PCB จาก schematic ผู้ใช้ต้องสร้างไฟล์ netlist ใน Eeschema แล้วนำไฟล์นั้นไปเปิดใน PcbNew
ในเวอร์ชันใหม่ของ KiCad Schematic Editor และ PCB Editor ได้รับการรวมเข้ากับ KiCad Project Manager ทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้ไฟล์ netlist อีกต่อไป
องค์ประกอบหลักของ KiCad โดยทั่วไปแล้ว ส่วนประกอบหลักของ KiCad สามารถเปิดได้จากปุ่มตัวเปิด (launcher buttons) ในหน้าต่าง KiCad Project Manager ซึ่งประกอบด้วย:
ชื่อองค์ประกอบ คำอธิบาย
Schematic Editor ใช้สร้างและแก้ไข schematic, จำลองวงจรด้วย SPICE, และสร้างไฟล์ BOM (Bill of Materials)
Symbol Editor ใช้สร้างและแก้ไขสัญลักษณ์ schematic และจัดการไลบรารีสัญลักษณ์
PCB Editor ใช้สร้างและแก้ไข PCB, ส่งออกไฟล์ 2D และ 3D, และสร้างไฟล์สำหรับการผลิต
Footprint Editor ใช้สร้างและแก้ไข footprint ของชิ้นส่วนบน PCB และจัดการไลบรารี footprint
Gerber Viewer เครื่องมือสำหรับเปิดดูไฟล์ Gerber และไฟล์เจาะ (drill files)
Image Converter ใช้แปลงภาพบิตแมป (bitmap) ให้เป็นสัญลักษณ์หรือ footprint
Calculator Tools เครื่องมือคำนวณสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น ความกว้างของร่องทองแดง (track width), ระยะ ห่างทางไฟฟ้า (electrical spacing), และรหัสสีของตัวต้านทาน
Drawing Sheet Editor ใช้สร้างและแก้ไขไฟล์แบบฟอร์ม (worksheet)
Plugin and Content Manager ใช้สำหรับจัดการแพ็กเกจที่สามารถดาวน์โหลดได้จาก KiCad และ แหล่งข้อมูลของบุคคลที่สาม
(3rd party repositories) เช่น ปลั๊กอิน ไลบรารีสัญลักษณ์ ไลบรารี footprint และโมเดล 3D ที่สามารถ
ติดตั้งหรืออัปเดตได้โดยตรงจากภายในโปรแกรม