开源 EDA 工具 KiCad 6.0 电路设计小书

对于国内的中小型电子企业而言，Allegro、Pads、Altium Designer 等商业 EDA 工具的授权费用过于昂贵，且大部分只提供 Windows 操作系统版本，缺乏相应的跨平台支持。在电子信息技术行业版权问题充分受到重视的今天，一款易于使用并且受到厂商广泛支持的开源 EDA 工具，对于硬件电子工程师而言尤为重要。本文介绍的 KiCad 就是一款基于 GNU GPL v3 开源许可协议的跨平台 EDA 电子设计自动化工具集，其能够处理多达 32 个铜层、14 个技术层、4 个辅助层的 PCB 电路板，并且生成加工制造所需要的网表、物料清单、光绘文件、钻孔文件、元件放置文件。

自 2018 年 07 月 22 日发布 KiCad 5.0 版本以后，历经了三年时间，终于在 2021 年 12 月 25 发布了全新的 KiCad 6.0 版本，新版本采用了全新的用户交互界面，带来全新原理图编辑器、PCB 编辑器、3D 查看器的同时，还增加了更为丰富的 DRC 设计规则约束，并且提供了对于中文语言的良好支持。全文最早基于 5.0 版本写作，鉴于官方已经升级至功能更为完善的 6.0 版本，所以基于官方新版的 《Getting Started in KiCad》 对本文进行了全面的重写。

KiCad 6 简介

本文涉及的 KiCad 工程源文件，已经全部共享至笔者的 Github 项目 Abrams，欢迎大家 Clone 或者 Fork。类似于其它的 EDA 电子设计自动化工具，KiCad 同样将 PCB 电路板的绘制过程划分为原理图（Schematic [skiːˈmætɪk]，电路的符号表示）与电路板（PCB，Printed Circuit Board，原理图的物理实现）两个部分，并且分别提供了独立的原理图/符号编辑器，以及电路板/封装编辑器：

1. 首先，采用 KiCad 原理图编辑器绘制原理图，即在原理图当中添加符号并且绘制连接，同时为每个元件指派或者创建封装。在通过 ERC 电气规则检查之后，就可以将其更新至电路板编辑器；
2. 然后，运用 KiCad PCB 编辑器进行元件封装的物理布局与布线，这个过程当中需要特别注意 SI 信号完整性相关的问题。在通过 DRC 设计规则检查之后，就可以交付给工厂进行生产制造输出；

注意：KiCad 的原理图编辑器和PCB 编辑器之间可以进行双向的同步更新，即支持交互式布线功能；

创建工程

运行 KiCad 之后，就会打开工程文件管理窗口，鼠标选择菜单栏的【文件 ➞ 新建工程】或者直接按下快捷键【Ctrl + N】，浏览至希望保存工程的位置，并且将工程命名为 uinio，然后鼠标点击【保存】：

此时 KiCad 就会自动在工程目录当中，分别创建后缀名为 .kicad_pro(工程)、.kicad_sch(原理图)、.kicad_pcb(电路板) 的三个源文件：

除此之外，KiCad 还会自动生成一个用于工程备份的 -backups 目录，可以通过鼠标选择菜单栏的【偏好设置 ➞ 偏好设置】或者直接按下快捷键【Ctrl + ,】，打开【偏好设置】对话框，设置工程自动备份的规则：

调整配色方案

下载 kicad-color-schemes 到本地，解压之后得到一系列的配色方案，这里选择笔者比较喜欢使用的 behave-dark 配色方案，拷贝该目录当中的 behave-dark.json 和 behave-dark_footprints.json 文件至目录 C:\Users\用户名\AppData\Roaming\kicad\6.0\colors，然后重新启动 KiCad，分别在原理图编辑器和PCB 编辑器当中，鼠标选择菜单栏上的【偏好设置 ➞ 偏好设置】或者按下快捷键【Ctrl + ,】，打开【偏好设置对话框】里的【颜色】菜单，将配色主题设置为Behave Dark：

对于其它的操作系统，可以参考 kicad-color-schemes 工程自述文件当中的说明，拷贝 .json 配色文件至相应的目录：

• Linux：~.config/kicad/6.0/colors；
• macOS: 用户 Home 主目录 + /Library/Preferences/kicad/6.0/colors；
• Windows 10: C:\Users\username\AppData\Roaming\kicad\6.0\colors，即 %APPDATA%\kicad；

原理图编辑

符号库表设置

首次打开 KiCad 的原理图编辑器时，会出现【配置全局符号库表】对话框，即指定原理图符号库文件 sym-lib-table 的存储位置，如果当前已经安装了默认库，那么可以选择默认的选项【复制默认全局符号库表】（把安装目录下的 sym-lib-table 文件复制一份至用户目录）：

如果 KiCad 在默认的位置找不到 sym-lib-table 符号库文件，则上述的默认选项将会被禁用。这种情况下，应当选择第 2 个选项【复制自定义全局符号库表】，然后分别浏览到当前操作系统的如下目录，手动的选择 sym-lib-table 文件：

• Linux：/usr/share/kicad/template/；
• macOS: /Applications/KiCad/KiCad.app/Contents/SharedSupport/template/；
• Windows: KiCad\share\kicad\template；

原理图编辑器基础

通过 KiCad 的原理图编辑器打开 uinio.kicad_sch 原理图文件之后，可以通过【鼠标中键】或者【鼠标右键】平移原理图，或者使用按键【F1 / F2】或者【鼠标滚轮】进行放大与缩小操作：

原理图编辑器 默认勾选了【偏好设置 ➞ 鼠标和触摸板 ➞ 缩放时居中光标】，可以在用户执行缩放操作时，使得鼠标光标能够自动的在屏幕上面居中。

除此之外，还可以打开原理图编辑器当中的【偏好设置 ➞ 快捷键】菜单，由用户自定义快捷键：

原理图编辑器左侧的工具栏包含了基本的显示设置，而右侧的工具栏则包含了常用的原理图绘制工具：

原理图设置

鼠标单击原理图编辑器菜单栏的【文件 → 图框设置】，对原理图相关的信息进行设置，原理图框的尺寸默认为 A4 210 × 297mm 大小，而发行日期、修订、标题、厂商信息设置分别如下图所示：

添加原理图符号

鼠标点击工具栏右侧的【添加符号】按钮或者直接按下快捷键【A】，打开【选择符号】对话框，选择当前需要放置的原理图符号：

首先，向下滚动并且展开【Device】库，选择【LED】符号，鼠标点击【确定】按钮或者按下【回车键】，再次点击【鼠标左键】放置原理图符号：

然后，通过在【选择符号】对话框顶部过滤器内输入 R 或者 R_US 来添加一个限流电阻，并将其放置在原理图当中：

最后，再放置一个 Battery_Cell 电池符号，用于为上面添加的 LED 供电：

选择和移动符号

在原理图编辑器当中，如下的快捷键用于选择原理图符号：

• 【鼠标左键】是选择一个原理图符号，
• 【Shift + 鼠标左键】则是选择多个符号，
• 【Ctrl + Shift + 鼠标左键】移除当前选择的符号，

而如下的快捷键，则可以用于操作原理图符号：

• 【R】旋转原理图符号；
• 【M】移动符号（连线不会跟随移动）；
• 【G】拖动符号（连线同时跟随移动）；
• 【Del】 删除原理图符号；

将之前放置在原理图上的 3 个符号，按照下图所示的位置进行摆放：

连接原理图符号

首先，鼠标点击原理图编辑器右侧的【添加连线】按钮或者按下快捷键【W】，把原理符号按照下图所示的形式连接起来：

注意：按下快捷键【Esc】可以取消连接，或者将鼠标悬停在未连接的符号引脚上，当光标指示发生改变的时候，点击【鼠标左键】，同样可以从这个位置开始绘制连线。

接下来，为了更加方便的理解原理图，需要再行添加电源符号和接地符号，鼠标左键点击原理图编辑器右侧的【添加电源端口】按钮或者按下快捷键【P】，打开【选择电源符号】对话框：

然后，分别向原理图当中添加一个 VCC 和一个 GND 符号，再使用连线将其连接至刚才的电路：

最后，在发光二极管和电阻器之间的导线上添加网络标签，鼠标左键点击原理图编辑器左侧的【添加网络标签】按钮或者按下快捷键【L】，放置过程当中需要让标签的方形连接点与连线重叠：

注意：相同名称的标签和电源符号表示相互之间是连接在一起的，即使它们在视觉上没有连接关系。

位号 / 符号属性 / 封装

位号是每一个原理图符号的唯一标识，鼠标点击原理图编辑器顶部工具栏的【填写原理图符号位号】按钮，打开【批注原理图】对话框，并且点击【批注】按钮：

符号属性是每一个原理图符号的属性值，鼠标选中原理图里的 LED 发光二管，然后按下快捷键【E】或者选择鼠标右键菜单里的【属性】，打开【符号属性】对话框，将 Value 字段的 LED 修改为 Red LED 字符串，然后点击【确定】按钮：

采用同样的方法，将电阻器和电池符号的 value 属性分别修改为 1k 和 3V，修改完毕之后的原理图如下面所示：

封装用于描述原理图符号映射到电路板时的物理形式，某一些原理图符号默认自带封装，而另外一些符号则需要手动进行指定。鼠标点击原理图编辑器顶部工具栏的【运行封装分配工具】按钮，打开【关联封装】对话框：

分别为当前原理图当中的符号，选择如下对应的封装规格，然后点击【确定】按钮完成封装分配：

• 电池：Battery:BatteryHolder_Keystone_1058_1x2032
• 电阻：Resistor_THT:R_Axial_DIN0309_L9.0mm_D3.2mm_P12.70mm_Horizontal
• 发光二极管：LED_THT:LED_D5.0mm

筛选封装的过程当中，要善于利用对话框顶部的【封装筛选器】功能，它们分别是：

• 按 库 筛选封装列表；
• 按 引脚数量 筛选封装列表；
• 按 符号中定义的封装筛选器 筛选封装列表；

注意：除此之外，也可以选择在原理图符号的【符号属性】对话框直接分配封装。

ERC 电气规则检查

通常会在原理图设计的最后阶段，执行一次电气规则检查（ERC，Electrical Rules Check），鼠标点击原理图编辑器顶部的【执行电气规则检查】按钮，打开【电气规则检查 (ERC)】对话框，然后点击【运行 ERC】按钮执行检查：

可以看到，通过 ERC 电气规则检查器，KiCad 发现了两处错误。用鼠标选中错误信息，KiCad 就会自动定位至原理图当中的报错位置。这个 输入电源引脚不受任何输出电源引脚驱动 错误在初次上手 KiCad 的时候比较常见，需要添加原理图符号库当中的 PWR_FLAG 符号，显式的将 VCC 和 GND 标注为电源引脚，并且重新分配位号和运行 ERC 检查。正常情况下 KiCad 将不会再提示错误信息，最终获得的原理图如下面所示：

虽然 KiCad 提供的 ERC 电气规则检查器，无法确保原理图设计能够正常工作，但是仍然可以检查出一些常见的问题。具体的 KiCad 电气检查规则，可以通过鼠标点击原理图编辑器菜单栏的【文件 ➞ 原理图设置】：

然后，打开【原理图设置】对话框下的【电气规则】菜单项进行查看：

BOM 物料清单

最后一个可选的步骤是生成物料清单（BOM，Bill Of Material），鼠标点击原理图编辑器顶部工具栏的【生成当前原理图的 BOM】按钮，打开【BOM (物料清单)】对话框：

选择对话框当中的 bom_csv_grouped_by_value_with_fp 脚本，然后鼠标点击【生成】按钮，此时 KiCad 就会执行如下 Python 脚本：

python
"D:\Software\Tech\KiCad\bin\scripting\plugins/bom_csv_grouped_by_value_with_fp.py"
"D:\workspace\abrams\Tutorial\uinio.xml" "D:/workspace/abrams/Tutorial/uinio.csv"
成功。

从而在当前工程所在的目录下面，生成以 .csv 和 .xml 作为后缀名的文件，其中的 .csv 就是 BOM 文件：

电路板绘制

完成原理图的绘制工作以后，鼠标左键点击原理图编辑器顶部工具栏的【在电路板编辑器中打开 PCB】按钮，或者返回工程管理器点击【PCB 编辑器】按钮，就可以打开 PCB 电路板文件 uinio.kicad_pcb。在 PCB 编辑器当中同样可以通过【鼠标中键】或者【鼠标右键】平移原理图，或者使用按键【F1 / F2】以及【鼠标滚轮】进行放大与缩小。

PCB 编辑器的中间是用于设计电路板的编辑区，左侧工具栏是各种显示选项，而右侧工具栏则包含有 PCB 设计工具。除此之外，最右侧还有【外观】面板和【选择筛选器】面板。

PCB 设置

开始设计 PCB 电路板之前，可以先设置一些 PCB 电路板文件的信息，鼠标左键单击【文件 ➞ 图框设置】​，这里同样将 PCB 图框的尺寸设置为 A4 210 × 297mm 大小，而发行日期、修订、标题、厂商信息设置分别如下图所示：

接下来，转到【文件 ➞ 电路板设置】定义 PCB 如何进行生产制造，这里最重要的选项是【物理压层】，这里保持默认的铜层数量为 2 层即可：

接下来，转到【设计规则 ➞ 约束】界面，这里需要根据 PCB 制造工厂的工艺规格进行相应设置，在这里我们保持默认值即可：

最后，打开【设计规则 ➞ 网络类表】界面，KiCad 可以支持基于网络类来为特定的电路网络配置设计规则：

注意：虽然可以在绘制电路板的过程当中手动管理这些约束，但是 KiCad 官方还是建议使用网络类，因为它能够自动的进行设计规则检查。

导入原理图

打开原理图编辑器顶部工具栏的【在电路板编辑器中打开 PCB】按钮或者直接按下快捷键【F8】，打开【从原理图更新 PCB】对话框，点击【更新 PCB】按钮，将之前原理图当中的设计数据导入至 PCB 编辑器：

然后移动鼠标，选择的合适的位置按下【鼠标左键】，把原理图当中的 3 个元件封装放置在原理图编辑器的编辑区当中：

绘制 PCB 板框

放置好元件封装以后，就可以开始绘制 PCB 板框，绘制板框时通常需要将网格尺寸切换至 1mm，同时选中【外观】面板当中的 Edge.Cuts 层：

鼠标选择右侧工具栏当中的【绘制矩形】，围绕 3 个元件封装绘制一个闭合的矩形作为 PCB 板框：

注意：除此之外，还可以利用右侧工具栏当中提供的工具，绘制出线、圆弧、矩形、圆形、多边形，组合运用它们就能够绘制出复杂的板框形状。

元件的摆放布局

完成板框的绘制之后，接下来的工作便是对元件进行合理的摆放与布局，通常需要考虑到下面几个因素：

• 遵循结构要求，合理的布局连接器、屏幕、按钮、开关等接插元件；
• 考虑信号完整性问题，例如旁路电容应当靠近关联的电源引脚，敏感的模拟元件应当远离数字信号的干扰；
• 合理的选择将元件封装放置在 PCB 电路板的正面（Front）或者反面（Back）；
• 根据预拉线（也称为飞线，Ratsnest）的提示，元件的摆放位置要便于布线操作，相互连接的元件封装要摆放到一起；

选择 KiCad 右侧外观面板上的 F.Cu 顶层铜层，按下快捷键【M】按照下图所示移动与摆放元件封装，然后选中电池座 BT1，接下快捷键【F】将其从 F.Cu 顶层（显示为红色）翻转至 B.Cu 底层（显示为蓝色）：

开始布线

完成元件封装的摆放布局之后，就可以开始着手进行布线了。首先将当前的活动层切换至 F.Cu 顶层铜层，然后点击工具栏上的【布线】按钮，或者直接按下快捷键【X】，开始连接元件封装的焊盘，布线过程当中如果按下快捷键【V】则会在鼠标停留位置添加一个连接顶层与底层的通孔，按下鼠标放置过孔之后，同时走线也会自动切换至 B.Cu 底层铜层，完成布线之后的 PCB 电路板如下图所示：

注意：布线过程当中，可以通过按下快捷键【W】和【Shift + W】前后切换预定义的线宽。

覆铜操作

数字电路设计当中，覆铜区域通常会与 GND 或者 VCC 相互连接，从而降低地线阻抗提升抗干扰能力，或者降低电压降提升电源效率。鼠标点击右侧工具栏当中的【添加填充覆铜】或者按下快捷键【Ctrl + Shift + Z】。此时 KiCad 会自动弹出【覆铜区属性】对话框：

这里选择覆铜区所在的层为 B.Cu 底层铜层，所要连接的网络为 GND，然后点击按钮【确定】，依次选择出覆铜区域的四个角，最后双击鼠标完成覆铜区域的框选：

接着鼠标展开 KiCad 顶部菜单栏的【编辑 ➞ 填充所有覆铜】，或者直接按下快捷键【B】，对覆铜区域进行填充操作：

注意：覆铜操作之后，如果移动了元件封装，此时 KiCad 并不会自动重新进行覆铜，必须再次手动进行覆铜操作。除此之外，如果覆铜区域在视觉上比较遮挡接下来的布线操作，则可以点击左侧工具栏上的【仅显示覆铜边界】按钮，隐藏覆铜区的高亮颜色。

DRC 设计规则检查

最后，鼠标选择 KiCad 顶部工具栏的【显示设计规则检查器窗口】，点击【运行 DRC】按钮开始执行 DRC 设计规则检查：

DRC 设计规则的相关提示信息，可以在 KiCad 顶部菜单栏【文件 ➞ 电路板设置 ➞ 设计规则 ➞ 违规严重程度】的下面进行配置：

注意：当 KiCad 提示 DRC 检查的错误和警告数量为 0 的时候，就完成了 PCB 电路板的全部设计过程。

查看 3D 效果

KiCad 的 PCB 编辑器提供了一个 3D 查看器，可以用于查看 PCB 电路板的实物效果。鼠标点击顶部菜单栏的【视图 ➞ 3D 查看器】，或者直接按下快捷键【Alt + 3】，就可以实时的查看到当前 PCB 电路板的 3D 预览效果：

制造输出

完成 PCB 电路板的设计工作之后，就可以导出 Gerber 光绘文件，交付给工厂进行加工制造生产。

生成 Gerber 文件

鼠标选择 PCB 编辑器顶部菜单栏上面的【文件 ➞ 制造输出 ➞ Gebers (.gbr)】，在弹出的【绘制】对话框里，按照下图所示的选项进行设置。按下【绘制】按钮之后，生成的 Gerber 文件将会存放至当前工程的 Gerber 目录下面：

生成钻孔文件

按下【绘制】按钮生成 Geber 文件之后，再点击【绘制】对话框右下角的【生成钻孔文件】按钮，在打开的【生成钻孔文件】对话框里勾选如下设置，这里依然将生成的钻孔文件存放在当前工程的 Gerber 目录：

生成封装位置文件

鼠标选择 PCB 编辑器顶部菜单栏上面的【文件 ➞ 制造输出 ➞ 元件放置文件 (.pos)】，在弹出的【生成放置文件】对话框里进行如下设置，这里同样把生成的位置文件存放在当前工程的 Gerber 目录：

预览 Gerber 文件

使用 KiCad 提供的 Gerber 文件查看器 ，可以打开上述步骤在 Gerber 目录下生成的绘制文件与钻孔文件进行预览：

生产制造文件清单

经过上述一系列的操作步骤之后，就可以将生成的这 11 个文件交付给 PCB 电路板工厂进行生产制造：

D:\Workspace\abrams\Tutorial\Gerber(master -> origin)
λ ls

uinio.drl       uinio-B_Mask.gbs        uinio-Edge_Cuts.gm1  uinio-F_Paste.gtp
uinio-all.pos   uinio-B_Paste.gbp       uinio-F_Cu.gtl       uinio-F_Silkscreen.gto
uinio-B_Cu.gbl  uinio-B_Silkscreen.gbo  uinio-F_Mask.gts

电路板的分层

KiCad 提供的 PCB 编辑器 支持多达 49 个不同的图层，其中 32 个用于布线的铜层，以及 14 个固定用途的技术层（包含 12 个正面或背面的配对技术层以及 2 个独立技术层）。除此之外，还拥有 User.1 ~ User.9 一共 9 个可供用户自定义的图层，以及 User.Eco1、User.Eco2、User.Comments(注释层)、User.Drawings(图纸层) 这 4 个辅助层：

打开 PCB 编辑器顶部菜单栏的【电路板设置】，展开【电路板压层】菜单的物理压层与电路板编辑器图层，就可以对当前 PCB 电路板的分层信息进行设置：

铜层

铜层（F.Cu、B.Cu、In编号.Cu）：用于放置元件与布线的常用工作层，层编号从0开始（即最前面的第 1 个铜层）到 31（即最后的第 32 个铜层）结束，由于元器件不能摆放在编号 1 ~ 30 的内层当中，因而只有第 0 和第 31 这两层属于元件层。

配对技术层

这 12 个配对技术层总是成对出现：一个用于正面（用 F 标识），另外一个用于背面（用 B 标识），构成这些层之一的覆盖区（焊盘，绘图，文本）元素将会自动镜像，并在翻转覆盖区时移动到补充层。

• 粘合剂层（F.Adhesive、B.Adhesive）：用于粘合剂涂抹，通常在波峰焊之前将贴片元件粘贴至 PCB；
• 焊膏层（F.Paste、B.Paste）：用于制造钢网，以方便在进行回流焊之前，在贴片元件焊盘上涂抹锡浆；
• 丝印层（F.Silkscreen、B.Silkscreen）：用于标识元件的层，例如元件的极性、首引脚标识、安装参考等；
• 阻焊层（F.Mask、B.Mask）：用于放置焊盘的层，该层不会被阻焊油覆盖；
• 封装层（F.Courtyard、B.Courtyard）：用于展示元件在电路板上面占用物理空间的大小；
• 制造层（F.Fab、B.Fab）：用于记录需要传递给 PCB 电路板生产工厂的加工制造信息；

独立技术层

• 边缘切割（Edge.Cuts）用于绘制电路板边框，放置在该图层上的任何元素（例如图形与文本）都会出现在其它层；
• 电气边界（Margin）用于划分板框的电气边界，避免元件封装和走线被放置到板框以外；

库与库表的管理

KiCad 当中的原理图符号和 PCB 封装都是以库的形式进行组织（即原理图符号库与 PCB 封装库），它们分别以原理图符号库表和 PCB 封装库表的形式被 KiCad 纳入进行管理，库表当中主要保存有库的名称以及所存储的磁盘位置。

库表分为全局和工程两种作用域，其中全局库表里的符号与封装在所有工程当中共用，而工程库表当中的符号与封装只对指定的工程可用，KiCad 允许用户将自定义的库添加至全局库表或者工程库表当中。

在原理图编辑器当中，点击顶部菜单栏的【偏好设置 ➞ 管理符号库】，就可以打开符号库的管理界面：

在PCB 编辑器当中，同样点击顶部菜单栏的【偏好设置 ➞ 管理封装库】，也可以打开封装库的管理界面：

观察上图可以发现，库的路径都是采用路径变量进行定义的，这样即使用户把所有库移动到新的位置，只需要重新定义路径变量指向新的位置即可，KiCad 的路径变量可以在原理图编辑器或者PCB 编辑器顶部菜单栏的【偏好设置 ➞ 配置路径】界面进行设置：

注意：上述界面当中的{KIPRJMOD}是一个非常有用的路径变量，该变量始终指向当前的工程目录，因而可以用于指定仅用于当前工程的符号库或者封装库

通过鼠标点击 KiCad 提供的符号编辑器或者封装编辑器顶部菜单栏的【文件 ➞ 新建库】，就可以新建一个符号库或者封装库，此时两者都会弹出一个【添加到库表】对话框，询问要将该新建库添加至全局库表还是工程库表：

符号和封装库表文件的具体存放位置，取决于当前所使用的操作系统：

• Linux: ~/.config/kicad/6.0/sym-lib-table 和 ~/.config/kicad/6.0/fp-lib-table；
• Windows: %APPDATA%\kicad\6.0\sym-lib-table 和 %APPDATA%\kicad\6.0\fp-lib-table；
• MacOS: ~/Library/Preferences/kicad/6.0/sym-lib-table 和 ~/Library/Preferences/kicad/6.0/fp-lib-table；

自定义原理图符号

新建符号库

鼠标点击原理图编辑器顶部菜单栏的【工具 ➞ 符号编辑器】，就可以打开原理图符号编辑器对话框：

继续点击符号编辑器顶部菜单栏的【文件 ➞ 新建库】，新建一个名称为 Getting_Started.kicad_sym 的符号库，将其加入至【工程】库表，并且选择存放在当前的工程目录之下，此时符号编辑器左侧的【库】面板就会自动刷新显示出 Getting_Started 库：

新建符号

鼠标选中左侧【库】面板当中的 Getting_Started 库，再点击鼠标右键菜单当中的【新建符号】选项，新建一个符号名称为 M2011S3A1W03，默认位号为 SW 的单刀单掷开关（SPST，Single-Pole Single-Throw）：

注意：该型号为 M2011S3A1W03 单刀单掷开关的数据手册点击可以这里进行下载。

此时，这个新建的名称为 M2011S3A1W03 的原理科符号就会出现在【库】面板当中，接下来就可以在 KiCad 中间的编辑区进行符号的绘制工作：

绘制符号引脚

首先点击符号编辑器右侧工具栏当中的【符号引脚】按钮，或者直接按下快捷键【P】，然后再点击编辑区弹出【引脚属性】对话框。这里设置引脚名称为 A，引脚编号为 2，电气类型选择为 无源，方向设置为 向右，X 坐标设置为-5.08，Y 坐标设置为 0，最后按下【确定】按钮把引脚放置在编辑区当中：

注意：如果需要再次编辑当前选中的引脚属性，可以【鼠标双击】引脚符号，或者选择鼠标右键菜单当中的【属性】，以及直接按下快捷键【E】。

接下来直接按下键盘上的【Insert】按键，在上述引脚的右侧放置一个引脚编号为 3 的引脚，并将其引脚名称设置为 B，引脚编号自动被赋值为 3，方向设置为 向左，X 坐标设置为5.08，Y 坐标设置为 0：

原理图符号的引脚必须放置在 1.27mm/50mil 尺寸的网格，没有与网格对齐的引脚将无法在原理图编辑器当中进行连线操作。经过上述一系列操作之后，获得的效果如下图所示：

注意：快捷键【Insert】在 KiCad 当中用于重复上一个动作，此时所添加原理图符号的编号将会自动增长。

放置其它图形

在编辑区按下鼠标右键，选择弹出菜单当中的【网格】，将符号编辑器的网格从 1.27mm/50mil 切换至更小的尺寸，以便于绘制其它的图形：

在更小的网格尺寸下，分别再绘制一个矩形和圆形，使得原理图符号的形状更加接近于单刀单掷开关：

注意：在完成了其它图形的绘制操作之后，务必从更小的网格尺寸切换回 1.27mm/50mil 网格。

编辑符号属性

鼠标点击符号编辑器菜单栏上的【文件 ➞ 符号属性】，或者【鼠标双击】中间的编辑区，打开【库符号属性】对话框，将关键字描述设置为 SPST Switch Toggle，点击【确定】按钮并且保存，这样就完成了原理图符号的绘制：

自定义 PCB 封装

前面完成了原理图符号的绘制工作之后，接下来着手进行 PCB 封装的绘制，同样用鼠标点击PCB 编辑器顶部菜单栏的【工具 ➞ 封装编辑器】，就可以打开 PCB 封装编辑器对话框：

继续点击封装编辑器顶部菜单栏的【文件 ➞ 新建库】，新建一个名称为 Getting_Started.pretty 的封装库，依然将其加入至【工程】库表，并且选择存放在当前的工程目录下面，此时封装编辑器左侧的【库】面板就会自动刷新显示出 Getting_Started 库：

新建封装

鼠标选中左侧【库】面板当中的 Getting_Started 库，再选择鼠标右键菜单当中的【新建封装】选项，设置封装名称为 Switch_Toggle_SPST_NKK_M2011S3A1x03，封装类型为通孔：

点击【确定】按钮，就可以在封装编辑器的左侧【库】面板当中看到这个新建的封装：

放置焊盘

这个单刀单掷开关拥有 2 个引脚，在数据手册当中的编号分别为 2 和 3，引脚之间的间距为 4.7mm。这里鼠标依次点击封装编辑器顶部菜单栏上的【视图 ➞ 网格属性】，打开【网格设置】对话框，添加一个尺寸为 4.7mm 的自定义网格：

添加好自定义网格之后，切换封装编辑器顶部工具栏上的【网格】为上面设置的 4.7mm 用户网格：

接下来，鼠标点击封装编辑器右侧工具栏上的【添加焊盘】按钮，习惯上通孔封装的引脚 1 通常会位于编辑区坐标的 (0, 0) 位置（即封装左上角处），由于这个单刀单掷开关没有编号为 1 的引脚，因而只能将 (0, 0) 的位置留空，并且把焊盘 2 和 3 分别放置在 (0, 4.7mm) 和 (0, 9.4mm) 的坐标位置：

注意：由于单刀单掷开关的引脚对角线尺寸为 1.42mm，所以需要将钻孔的尺寸设置为 1.42mm + 0.2mm = 1.62mm，焊盘的尺寸设置为 1.62mm + 2 × 0.15mm = 1.92mm。

观察可以发现此时的焊盘尺寸过小，因而可以将焊盘的尺寸增大至 1.62mm + 2 × 0.3mm = 2.22mm，以确保更好的固定开关元件。由于 KiCad 的许多输入框都能够直接输入数学表达式，这里分别选择焊盘 2 和 3 按下快捷键【E】修改其属性，直接将等式 1.62 + 2 * 0.3 作为焊盘的尺寸输入进去，然后按下【确定】按钮进行保存：

制作轮廓

制作封装轮廓的时候，首先会在 KiCad 的制造层（F.Fab）绘制一个精确的真实轮廓，用于标识元件的实际尺寸；然后在丝印层（F.Silkscreen）绘制一个稍大一些的丝印轮廓，用于展示元件的安装位置，而在封装层（F.Courtyard）绘制一个更大的封装轮廓，用于防止与其它的封装发生重叠。

第一步，鼠标点击封装编辑器右侧外观面板当中的 F.Fab 切换到制造层，此时的轮廓必须与元件的物理尺寸精确匹配，即宽度为 7.9mm，高度为 13mm。接下来，就可以利用右侧工具栏当中提供的线、圆弧、圆形、矩形、多边形工具绘制轮廓。通过将用户网格设置为如下参数，可以实现矩形轮廓的精确放置：

• 网格尺寸 X 和 Y 分别设置为 7.9mm 和 13mm；
• 网格原点坐标 X 和 Y 分别设置为 7.9mm / 2 = 3.95mm 和 4.7mm - (13mm / 2) = -1.8mm；

首先，切换封装编辑器顶部工具栏上的【网格】为上面设置的用户网格；然后，在右侧【外观】面板切换至 F.Fab 制造层；最后，点击右侧工具栏当中的【绘制矩形】按钮，用鼠标拖拽出一个下图这样的矩形框：

第二步，切换到 F.Silkscreen 丝印层，因为丝印轮廓正好在真实轮廓之外，所以绘制的时候需要向外移动 0.11mm。这里同样可以通过设置如下的自定义网格参数，快速实现轮廓的精确绘制：

• 网格尺寸 X 和 Y 分别设置为 7.9mm + 2 * 0.11mm = 8.12mm 和 13mm + 2 * 0.11mm = 13.22mm；
• 网格原点坐标 X 和 Y 分别设置为 8.12mm / 2 = 4.06mm 和 -1.8mm - 0.11mm = -1.91mm；

依然选中右侧工具栏当中的【绘制矩形】按钮，使用鼠标在真实轮廓外面拖拽出一个类似于下图这样的矩形框：

第三步，切换到 F.Courtyard 封装层，同样由于封装轮廓正好位于丝印轮廓外侧，所以绘制时依然需要向外移动 0.25mm。这里不再利用自定义网格的方式进行精确的绘制，而是直接切换至 KiCad 预定义的 1mm 网格，使用鼠标点击【绘制矩形】按钮并大致的拖拽出一个下图这样的矩形：

接下来再选中这个矩形，选择鼠标右键菜单当中的【属性】，或者按下快捷键【E】，打开【矩形属性】对话框，分别设置该矩形起始点的 X 与 Y 坐标为 -4.2mm 和 -2.05mm，结束点的 X 与 Y 坐标为 4.2mm 和 11.45mm，按下【确定】按钮之后，封装轮廓就会自动缩小至正确的位置：

第四步，按照下图展示的样子，重新摆放一下封装当中的文字信息，从而就完成了 PCB 封装的全部绘制工作：

注意：KiCad 官方提出《KiCad Library Convention》规范用于维护高质量的原理图符号与 PCB 封装库。

关联符号与封装

返回到符号编辑器，打开单刀单掷开关的原理图符号，依次打开【文件 ➞ 符号属性】，打开【库符号属性】对话框，鼠标单击 Footprint 字段，选择刚才在 Getting_Started 封装库下制作的 Switch_Toggle_SPST_NKK_M2011S3A1x03 封装，完成之后再点击【确定】按钮保存配置：

从现在开始，单刀单掷开关的原理图符号与 PCB 封装之间就建立起了关联，每次从原理图更新 PCB 时，就不需要再手动选择封装。接下来再打开原理图编辑器，将上面绘制的单刀单掷开关原理图符号添加到电路里去，并且重新进行【填写原理图符号位号】和【执行电气规则检查】的操作，最后得到的原理图如下面所示：

保存上面的原理图，然后按下【F8】键，将原理图更新到 PCB 电路板，并且删除之前的布线与过孔，在【PCB 编辑器】当中重新进行布局、布线、覆铜、设计规则检查，并且添加上丝印 UinIO.com by Hank，最后得到的 PCB 电路板如下图所示：

在【PCB 编辑器】按下快捷键【Alt + 3】打开 3D 查看器，就可以对 PCB 电路板的效果进行预览：

原理图编辑器当中的每一个符号都需要分配相应的封装，分配给每一个原理图符号的封装名称，都会被保存在【符号属性】的 Footprint 字段里面：

注意：原理图符号必须指定相应的 PCB 封装，但是反过来 PCB 封装并不需要关联至原理图符号。

封装的 3D 模型同样会被保存在【封装属性】的 3D 模型标签下面，KiCad 可以支持以 .step 和 .wrl 作为后缀的 3D 模型格式，这些格式可以通过 FreeCad 和 KiCad StepUp 两个工具进行创建：

总而言之，原理图符号、PCB 封装、3D 模型三者之间的关联关系可以概括为原理图符号 ➥ PCB 封装 ➥ 3D 模型，全文至此正式结束，更多关于 KiCad 使用技巧方面的内容，可以直接浏览《KiCad 官方文档》。

PCB 原点

KiCAD 的 PCB 编辑器当中，原点的位置可以被设置为图框原点（编辑器图框左上角）、钻孔/放置文件原点（手动放置）、网格原点（手动放置）三种形式。由于历史遗留原因，PCB 编辑器默认的坐标系原点位置计算方式如下所示：

可以发现上图当中 Y 轴的定义，与传统认知当中数学平面直角坐标系的定义相悖（如下图所示）：

面对这种情况，可以通过 PCB 编辑器【偏好设置】下的原点和轴的选项进行调整：

拼板

KiCAD 插件 kicad panelizer 只能支持一款 PCB 的复制拼板，如果需要拼接多块不同的 PCB，则推荐使用 GerberTools 工具。

插件缺失 pyclipper 的问题

解决过孔栅栏生成器（Via Fence Generator） 插件找不到 pyclipper 库的问题，可以进入 KiCad 安装目录下的 D:\Software\Tech\KiCad\bin，执行 python -m pip install pyclipper 命令即可解决问题。

D:\Software\Tech\KiCad\bin

λ python -m pip install pyclipper
Collecting pyclipper
  Downloading pyclipper-1.3.0.post3-cp39-cp39-win_amd64.whl (94 kB)
     ---------------------------------------- 94.4/94.4 kB 179.4 kB/s eta 0:00:00
Installing collected packages: pyclipper
Successfully installed pyclipper-1.3.0.post3