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Jason's Study

KiCad — 电子电路 CAD

待复核

是什么

Section titled “是什么”

KiCad 是一套开源电子设计自动化工具：从原理图、PCB 走线、制造文件到 3D 预览，都放在同一个项目里管理。

日常类比：它像一间电子硬件厨房。原理图是菜谱，PCB 是摆盘，Gerber / 钻孔文件是交给工厂的订单，3D 预览则是在下锅前先看成品会不会塞进外壳。

最小命令例子：

Terminal window
kicad-cli sch export pdf --output out/schematic.pdf demo.kicad_sch

这行命令把 KiCad 原理图导成 PDF。你平时可以在 GUI 里画图，也可以用 kicad-cli 把检查、导出和评审放进脚本或 CI。

KiCad 的官方定位是免费、跨平台、专业可用的 EDA 套件。它不是只画线的画图软件，而是让“电路逻辑”和“实际板子”互相校验的一整条流水线。

为什么重要

Section titled “为什么重要”

不理解 KiCad，下面这些事会很难解释：

  • 为什么做硬件不能只把元件接起来，还要把符号、封装、走线、孔位和工厂文件全都对上
  • 为什么开源硬件项目常强调“用开源工具打开”，因为闭源 EDA 许可证会挡住协作和复现
  • 为什么一块 PCB 下单前要跑 ERC / DRC，不然错误可能等到板子寄回来才暴露
  • 为什么 3D 预览不是花哨功能，而是提前发现连接器高度、外壳干涉和器件方向的低成本办法

核心要点

Section titled “核心要点”

KiCad 的核心可以拆成三件事：

  1. 项目把文件绑在一起。类比：做一道菜不能只留照片，还要留菜谱、食材清单和采购单。.kicad_pro 会把原理图、PCB、库表和规则放进同一个上下文，单独打开某个文件容易丢设置。

  2. 原理图和 PCB 双向约束。类比：建筑图纸和施工现场要互相核对。原理图告诉 PCB 哪些引脚必须连接，PCB 的走线和封装又会反过来暴露“图上没说清”的工程问题。

  3. 输出面向制造，而不是只面向屏幕。类比：漂亮海报不能直接拿去开模。KiCad 最终要生成 Gerber、钻孔、装配位置、BOM、STEP 等文件，让制造、采购和结构设计都能接上。

这也是它和普通绘图工具的差异：KiCad 关心的是“这块板能不能被正确生产”，不只是“屏幕上看起来像电路”。

实践案例

Section titled “实践案例”

案例 1：官方入门项目里检查原理图

Section titled “案例 1：官方入门项目里检查原理图”

真实场景：官方 Getting Started 教程让新手先建 getting-started 项目，画 LED、限流电阻和连接线。画完后不要急着进 PCB，先做电气规则检查和可读输出。

Terminal window
kicad-cli sch erc --output reports/erc.rpt getting-started.kicad_sch
kicad-cli sch export pdf --output out/schematic.pdf getting-started.kicad_sch
kicad-cli sch export bom --output out/bom.csv getting-started.kicad_sch

逐部分解释：

  • sch erc 检查原理图层面的错误，比如电源脚没连、输出脚互相打架
  • sch export pdf 把图纸导出来，方便 mentor、同事或未来的你快速审一遍
  • sch export bom 生成物料清单，让“图上用了什么元件”变成可采购的数据

这个案例的重点不是命令本身，而是流程顺序：先把电路逻辑确认干净，再进入板子布局。

案例 2：把 PCB 交给工厂前自动打包

Section titled “案例 2：把 PCB 交给工厂前自动打包”

真实场景：教程后半段会从原理图同步到 PCB，放置封装、画板框、走线、铺铜，最后生成制造输出。这个阶段最怕“看起来画完了”，但工厂文件少层或 DRC 还有错误。

Terminal window
kicad-cli pcb drc --refill-zones --exit-code-violations \
  --format json --output reports/drc.json board.kicad_pcb
kicad-cli pcb export gerbers --output fab/gerbers board.kicad_pcb
kicad-cli pcb export drill --format excellon --output fab/drill board.kicad_pcb

逐部分解释：

  • pcb drc 是板级体检，检查间距、未连线、板框、过孔和规则冲突
  • --refill-zones 先重铺铜皮，避免旧铜皮状态骗过检查
  • export gerbers 输出每个铜层、阻焊层、丝印层和板框等制造图层
  • export drill 输出孔位文件，工厂靠它知道哪里要钻通孔或安装孔

这类命令适合放进 release 脚本：每次下单前跑同一套动作，减少“手点漏一步”的风险。

案例 3：用 3D 和 STEP 做结构协同

Section titled “案例 3：用 3D 和 STEP 做结构协同”

真实场景：KiCad 官方文档强调 3D Viewer 可以检查 PCB 外观。做外壳、面板或连接器位置时，还要把板子导出给 FreeCAD、机械同事或外壳设计流程。

Terminal window
kicad-cli pcb export step --output out/enclosure-check.step board.kicad_pcb
kicad-cli pcb export 3dpdf --output out/review-3d.pdf board.kicad_pcb
kicad-cli pcb export position --output out/positions.csv board.kicad_pcb

逐部分解释：

  • export step 生成结构 CAD 常用的 3D 模型，用来检查板子能不能装进外壳
  • export 3dpdf 方便非 KiCad 用户直接旋转查看板子，不必安装完整工具链
  • export position 给贴片装配或人工核对器件方向时使用

这个案例说明 KiCad 的价值不止在电路设计：它把电气设计、结构设计和制造协作接到同一份项目源头。

踩过的坑

Section titled “踩过的坑”

  1. 只保存 .kicad_pcb 不保存项目文件夹：很多库表、规则和备份在项目目录里，单文件迁移容易缺上下文。

  2. 符号和封装以为是一回事：符号负责原理图语义，封装负责真实焊盘尺寸，二者匹配错会导致板子装不上元件。

  3. DRC 前忘记重铺铜区：铺铜区域不会永远自动反映最新走线，旧状态可能让错误看起来不存在。

  4. 把 3D 模型当制造真相：3D 好看不代表焊盘、孔径、层叠和工厂规则都正确，制造仍要看 Gerber、钻孔和 DRC。

适用 vs 不适用场景

Section titled “适用 vs 不适用场景”

适用：

  • 开源硬件、创客项目、课程项目和初创团队，希望别人能无许可证门槛打开设计
  • 从原理图到 PCB 到制造文件都想放进一个项目里管理的电路设计
  • 需要 ERC / DRC、3D 预览、BOM、Gerber、STEP 等完整输出的板级设计
  • 希望用命令行自动导出评审文件、制造包或检查报告的团队流程

不适用：

  • 只想画一张概念电路图，不需要真实封装、走线和制造输出
  • 公司流程强绑定某个商业 EDA、专有库、仿真模型和审签系统
  • 高速射频、复杂约束驱动布局等场景，如果团队已经有成熟专用工具链
  • 完全不愿意理解基础电子概念；KiCad 可以降低软件门槛，但不能替代电路常识

历史小故事（可跳过）

Section titled “历史小故事（可跳过）”
  • 1992 年：Jean-Pierre Charras 首次发布 KiCad，最早就是一组配合使用的电子设计程序。
  • 2010 年代：便宜 PCB 制造和开源硬件兴起，让 KiCad 从爱好者工具逐渐进入更复杂项目。
  • 2013 年后：CERN 开始持续投入 KiCad 生态，目标是让开放硬件拥有可用的开放 EDA 工具。
  • 今天：GitHub 上的 kicad-source-mirror 是活跃开发分支镜像，真正开发托管在 GitLab；GitHub PR 不作为主要协作入口。
  • 2026 年：CERN 还开放了自己的 KiCad 元件库，进一步补齐“工具开源但元件资料难复用”的短板。

学到什么

Section titled “学到什么”
  • KiCad 的核心不是“画板子”，而是让电路逻辑、物理布局和制造输出保持一致。
  • 原理图、封装、走线、规则检查是同一条链；链上任一环偷懒，错误都会在后面放大。
  • 开源 EDA 的价值在协作和长期可复现：项目文件、库、脚本和导出物都能一起进版本管理。
  • 命令行让硬件设计更像软件工程：检查、导出、评审和发版可以被重复执行。

延伸阅读

Section titled “延伸阅读”

关联

Section titled “关联”
  • freecad —— KiCad 导出的 STEP 常进入 FreeCAD 做外壳和机械检查
  • openscad —— 同样把硬件设计变成可复现文件，但 OpenSCAD 偏参数化结构件
  • librecad —— LibreCAD 处理 2D 工程图，KiCad 处理电子板级设计
  • grbl —— GRBL 控制 CNC 制造，KiCad 的板框、钻孔和制造文件处在更前一环
  • arduino-cli —— Arduino 项目常需要自制扩展板，KiCad 负责把电路落成 PCB
  • blender —— Blender 偏视觉资产，KiCad 的 3D 预览偏工程装配检查

反向链接

Section titled “反向链接”

（暂无反向链接）