Start With Kicad - Schematic Diagram

Kicad is a free and open source alternative to CAD systems for commercial PCBs, don't get me wrong EAGLE and the like are very good but the free version of EAGLE sometimes falls short and the student version lasts only 3 years, so Kicad is an excellent choice for these cases.

A bit of history about Kicad

"KiCad is an open source software suite for Electronic Design Automation (EDA). The programs handle Schematic Capture, and PCB Layout with Gerber output. The suite runs on Windows, Linux and macOS and is licensed under GNU GPL v3"

Some of the institutions that support the development of Kicad are:

• University of Grenoble and GIPSA-lab

• SoftPLC

• CERN

• The Raspberry Pi Foundation

• Arduino LLC

• GleSYS

• Digi-Key Electronics

• AISLER

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Kicad es una alternativa libre y de código abierto a los sistemas de CAD para PCB comerciales, no me malinterpretar EAGLE y similares son muy buenos pero la versión gratis de EAGLE a veces queda corta y la versión para estudiante dura solo 3 años, por lo que Kicad es una excelente opción para estos casos.

Algunas de las instituciones que apoyan el desarollo de Kicad son:

• University of Grenoble and GIPSA-lab
• SoftPLC
• CERN
• The Raspberry Pi Foundation
• Arduino LLC
• GleSYS
• Digi-Key Electronics
• AISLER

I hope this will be a series of 3 instructables where it will be shown from the design of the schematic diagram to the realization of the PCB design.

First you have to download it from its official website

https://www.kicad.org/download/

The version used for this tutorial is 5.0.2, so that after some time the location of certain elements may change.

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Espero este sea una serie de 3 instructables en donde se muestre desde el diseño del diagrama esquemático hasta la realización del diseño de PCB

Primero hay que descargarlo desde su página oficial

https://www.kicad.org/download/

La versión utilizada para este tutorial es la 5.0.2, por lo que pasado algún tiempo la ubicación de ciertos elementos pueda cambiar.

This is the window you will find when you start Kicad, in my case it has this appearance because I'm using the KDE Plasma Spin of Fedora 29 and I have installed a different theme.

To start a new project go to File>New>Project or Ctrl+N, which will ask for a name and a location to save the project, once finished this will have an image similar to the image.

Files are classified as follows:

• Those with .kicad_pcb extension are the PCB board designs
• Those that have extension .sch are the files of the schematic diagrams.

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Esta es la ventana con la que se encontrarán al iniciar Kicad, en mi caso tiene esta apariencia por que estoy usando la Spin KDE Plasma de Fedora 29 y tengo instalado un tema distinto.

Para iniciar un nuevo proyecto se va a Archivo>Nuevo>Proyecto o en su defecto Ctrl+N, con lo cual nos pedirá un nombre y una ubicación para guardar el proyecto, una vez terminado esto tendremos una imagen parecida a la imagen.

Los archivos se clasifican de la siguiente forma:

• Los que tienen extensión .kicad_pcb son los diseños de la placa PCB
• Los que tienen extensión .sch son los archivos de los diagramas esquemáticos.

We start by double-clicking on the .sch file, which will open the eschema to edit it.

Some important things, on the left side of the screen there are two buttons one with "in" to work in inches and another "mm" to work in millimeters, for the schematic diagram is not so important this, but is to take it into account when working the design of the pcb.

The circuit to be worked is a 555 astable.

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Empezamos haciendo doble clic en el archivo .sch, lo cual nos abrirá eeschema para editarlo.

Algunas cosas importantes, en la parte izquierda de la pantalla existen dos botones uno con “in” para trabajar en pulgadas y otro “mm” para trabajar en milímetros, para el diagrama esquemático no es tan importante esto, pero es para que lo tomen en cuenta al trabajar el diseño del pcb.

El circuito que se trabajará es un 555 astable.

To work in Kicad you can use keyboard shortcuts, which I highly recommend, some of the ones we will use are the ones shown in the image.

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Para trabajar en Kicad se pueden utilizar atajos de teclado, los cuales recomiendo encarecidamente, algunos de los que usaremos son los que se muestran en la imagen.

To add components simply use the shortcut "A" which will show the following window where you must write in the search box the name of the component you want to use, in the case of diodes, resistors, capacitors and inductors just place the letters D, R, C and L and the generic component will appear to which you can assign any value you want.

To make this circuit we will need:

• 3R 330
• 1R 10K
• 2 LED
• 1 C 10n
• 1 C 100u
• 1 IC 555
• 1 Socket 8 pins
• 1 Terminal block 2 pins

The images will show how the components were searched for to add them. In the case of the VCC and GND terminals we will add as many as we need

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Para agregar componentes simplemente se utiliza el atajo “A” el cual mostrará la siguiente ventana en dónde se deberá escribir en la caja de búsqueda el nombre del componente que se desee utilizar, en el caso de los diodos, resistores, capacitores e inductores basta con colocar las letras D, R, C e L y aparecerá el componente genérico al cual se le puede asignar cualquier valor que queramos.

Para realizar este circuito necesitaremos:

• 3R 330
• 1R 10K
• 2 LED
• 1 C 10n
• 1 C 100u
• 1 IC 555
• 1 Socket 8 pines
• 1 Terminal block 2 pines

En las imágenes se mostrará como es que se buscaron los componentes para agregarlos. En el caso de los teminales VCC y GND agregaremos tantos como necesitemos.

Then we will move the pieces with "M" to place them in a similar way to the image, if we need it we can rotate the element with "R" while we are moving it.

To change the value of the component label just place the pointer on the component and press "L" which will open a window where we can change the value of the component label.

To start connecting the components use the shortcut "W", if for some reason you start the cable at once can be canceled by pressing ESC, this proceeds to replicate the diagram shown above.

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Luego moveremos las piezas con “M” para colocarlas de forma similar a la imagen, en caso de necesitarlo podemos rotar el elemento con “R” mientras lo estamos moviendo.

Para cambiar el valor de la etiqueta del componente basta con colocar el puntero sobre el componente y presionar “L” el cual abrirá una ventana donde podremos cambiar el valor de la etiqueta del componente.

Para empezar a conectar los componentes se utiliza el atajo “W”, si por alguna razon inicia el cable de una vez se puede cancelar presionando ESC, con con esto se procede a replicar el diagrama mostrado anteriormente.

A common error is the bad connection of the components, as you can see in the pins of the devices in which there may be any connection are marked with a small circle, when the connection is made correctly this disappears.

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Un error común es la mala conexión de los componentes, como pueden observar en los pines de los dispositivos en los que pueden existir conexión alguna están marcados con un pequeño círculo, cuando la conexión se realiza correctamente este desaparece.

As you can see the integrated 555 does not have terminals to connect VCC and GND this is because these terminals are hidden, to show them just click on the button on the left sidebar that shows a component with a red border and two white lines or in View>Show hidden pins.

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Como se puede observar el integrado 555 no posee terminales para conectar VCC y GND esto es por que dichas terminales estan ocultas, para mostrarlas basta con hacer clic en el botón situado en la barra lateral izquierda que muestra un componente con borde rojo y dos lineas blancas o en Ver>Mostrar pines ocultos.

To check that the connections have been made satisfactorily, proceed to check the electrical rules of the diagram, which is done by pressing the red insect button on the top bar of the program or on Inspect>Electrical Rules Checker (ERC), which shows the window in first image.
To execute it, just click on "run" and in case of finding errors it will indicate them with an arrow (green in my case) and they will appear listed in that window.

The most common error that appears is the following:

• ErrType(3): Pin connected to some others pins but no pin to drive it
  • @ (73.66 mm,54.61 mm): Pin 1 (Power input) of component #PWR01 is not driven (Net 4).
• ErrType(3): Pin connected to some others pins but no pin to drive it
  • @ (73.66 mm,95.25 mm): Pin 1 (Power input) of component #PWR07 is not driven (Net 8).

Which means that the program as such does not know which is the power source of the circuit and that the flags VCC and GND do not provide any information other than to join the points that are connected as a single network, to correct that and tell the program what requires we need to add two PWR_Flag these are added as any other component and connect to VCC, then this is pressed again "run" in the ERC and these warnings should have disappeared.

And with this we can save already our schematic diagram, we only need to associate the components in the diagram to the physical components that will be used in the PCB to start with the design of this.

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Para revisar que las conexiones se han realizado de forma satisfactoria se procede a realizar un chequeo de las reglas eléctricas del diagrama, el cual se realizar presionando en el botón del insecto rojo en la barra superior del programa o en Inspeccionar>Analizador de reglas eléctricas (ERC), el cual nos muestra la siguiente ventana.

Para ejecutarlo basta con hacer clic en “run” y en caso de encontrar errores los señalará con una flecha (verde en mi caso) y aparecerán listados en esa ventana.

El error más común que aparece es el siguiente:

• ErrType(3): Pin connected to some others pins but no pin to drive it
  • @ (73.66 mm,54.61 mm): Pin 1 (Power input) of component #PWR01 is not driven (Net 4).
• ErrType(3): Pin connected to some others pins but no pin to drive it
  • @ (73.66 mm,95.25 mm): Pin 1 (Power input) of component #PWR07 is not driven (Net 8).

El cual significa que el programa como tal no sabe cual es la fuente de energía del circuito ya que las banderas VCC y GND no aportan información alguna mas que unir los puntos a los que son conectados como una sola red, para corregir eso e indicar al programa lo que requiere necesitamos agregar dos PWR_Flag estas se agregan como cualquier otro coponente y conectarlas a VCC, luego de esto se vuelve a presionar “run” en el ERC y estas advertencias deberían de haber desaparecido.

Y con esto podemos guardar ya nuestro diagrama esquemático, ya solo falta asociar los componentes en el diagrama a los componentes fisicos que se utilizarán en el PCB para empezar con el diseño de este.