Crash Course — KiCad 9

1. O que é o KiCad 9 e por que usá-lo

O KiCad é uma suíte de design eletrônico (EDA) open source e gratuita, mantida pelo CERN e por uma comunidade global de desenvolvedores. A versão 9, lançada em 2025, trouxe melhorias substanciais em relação às versões anteriores, tornando-se uma alternativa profissional viável a softwares proprietários como Altium Designer, Eagle e OrCAD.

Para nosso projeto — um expansor de slot que gira o conector de cartucho em 90° do TRS-80 Color Computer 2 — o KiCad 9 é ideal porque nos permite criar tanto os símbolos esquemáticos quanto os footprints customizados que precisamos, já que o conector do CoCo2 não existe nas bibliotecas padrão.

Principais Novidades do KiCad 9

As melhorias mais relevantes para nosso projeto incluem:

2. Instalação e Primeiro Contato

Download e Instalação

Acesse kicad.org/download e baixe a versão 9.x para seu sistema operacional. O KiCad está disponível para Windows, macOS e Linux. No Windows, basta executar o instalador; no Linux, ele está disponível nos repositórios principais da maioria das distribuições.

Primeiro lançamento — Configuração de Bibliotecas

Na primeira vez que você abrir o KiCad 9, ele perguntará sobre a tabela de bibliotecas. Escolha "Copiar tabela de bibliotecas de símbolos padrão global (recomendado)". Isso configura todas as bibliotecas oficiais do KiCad, que incluem milhares de componentes — embora, para nosso conector CoCo2, precisaremos criar componentes customizados.

Interface Principal — O Gerenciador de Projetos

O KiCad 9 abre no Project Manager, que é o ponto central de controle. A partir dele, você acessa todos os editores:

3. Anatomia de um Projeto KiCad

Todo projeto KiCad 9 consiste em um conjunto de arquivos interrelacionados. Para nosso expansor de slot do CoCo2, a estrutura do projeto será:

CoCo2_Expansor/
├── CoCo2_Expansor.kicad_pro      ← Arquivo principal do projeto
├── CoCo2_Expansor.kicad_sch      ← Esquemático (circuito lógico)
├── CoCo2_Expansor.kicad_pcb      ← Layout da placa de circuito
├── CoCo2_Lib.kicad_sym           ← Biblioteca de símbolos customizados
├── CoCo2_Lib.pretty/             ← Biblioteca de footprints customizados
│   ├── CoCo2_CardEdge_Male_2x20.kicad_mod   ← Conector macho (PCB edge)
│   └── CoCo2_CardEdge_Female_2x20.kicad_mod ← Conector fêmea (slot)
├── fabrication/                   ← Pasta para arquivos Gerber
└── docs/                          ← Documentação (BOM, desenhos)

Entendendo cada arquivo

.kicad_pro — Arquivo JSON que armazena configurações globais do projeto: quais bibliotecas usar, regras de ERC/DRC, e opções de plot. É criado automaticamente ao iniciar um novo projeto.

.kicad_sch — O esquemático propriamente dito, onde desenhamos o circuito. No nosso caso, será simples: apenas a conexão direta pino-a-pino entre o conector macho e o conector edge fêmea, pois o expansor é essencialmente um "pass-through" que muda a orientação física em 90°.

.kicad_pcb — O layout físico da placa, onde posicionamos os footprints e fazemos o roteamento das trilhas de cobre. Aqui é onde a "mágica" da rotação de 90° acontece.

.kicad_sym — Nossa biblioteca de símbolos customizada, contendo os dois conectores do CoCo2 que não existem na biblioteca padrão do KiCad.

.pretty/ — Pasta contendo os footprints customizados. No KiCad, cada biblioteca de footprints é uma pasta com extensão .pretty contendo arquivos .kicad_mod.

4. Entendendo o Hardware — O Slot de Cartucho do CoCo2

O TRS-80 Color Computer 2 (carinhosamente chamado de "CoCo2", e no Brasil conhecido também como CP400 Color) é um microcomputador de 8 bits fabricado pela Tandy/RadioShack a partir de 1983. Ele utiliza o processador Motorola 6809E e possui um slot de expansão lateral para cartuchos ROM-Pak e periféricos.

O Conector de Cartucho

O slot de cartucho do CoCo2 é um conector card edge de 40 vias (20 pinos de cada lado da placa), com pitch de 0.100" (2,54 mm). Os cartuchos originais são placas de circuito com "dedos de ouro" (gold fingers) que se inserem diretamente nesse slot.

Conceito do Expansor de Slot 90°

Nosso projeto consiste em uma placa que faz a transição mecânica do conector, girando-o em 90 graus. Conceitualmente:

Especificações Físicas do Conector

5. Pinout Completo do Conector de Cartucho (40 Vias)

Abaixo está o pinout completo do conector de cartucho do Color Computer 2. Os pinos 1-20 ficam em um lado da placa e os pinos 21-40 no outro. Os sinais marcados com asterisco (*) são ativos em nível baixo (active low). Esta tabela é a "alma" do nosso esquemático:

¹ Os pinos 1 e 2 fornecem ±12V no CoCo1 e CoCo2 original, mas podem estar como N.C. em algumas revisões. Verifique seu modelo específico.

6. Criando o Projeto do Expansor de Slot 90°

1 Criar o Projeto

Abra o KiCad 9 e vá em Arquivo → Novo Projeto (ou Ctrl+N). Nomeie o projeto como CoCo2_Expansor_Slot e certifique-se de que a opção "Criar uma nova pasta para o projeto" está marcada. Clique em Salvar.

O KiCad criará automaticamente três arquivos:

CoCo2_Expansor_Slot/
├── CoCo2_Expansor_Slot.kicad_pro
├── CoCo2_Expansor_Slot.kicad_sch
└── CoCo2_Expansor_Slot.kicad_pcb

2 Criar Bibliotecas Locais do Projeto

Antes de começar o esquemático, precisamos criar as bibliotecas customizadas para nossos conectores. Faremos isso nos próximos capítulos, mas vamos preparar a estrutura agora:

Biblioteca de Símbolos: No Editor de Símbolos (acessível pelo gerenciador de projetos), vá em Arquivo → Nova Biblioteca, escolha "Projeto" como escopo, e salve como CoCo2_Connectors.kicad_sym dentro da pasta do projeto.

Biblioteca de Footprints: No Editor de Footprints, vá em Arquivo → Nova Biblioteca, escolha "Projeto", e crie a pasta CoCo2_Connectors.pretty dentro da pasta do projeto.

7. Criando Símbolos Esquemáticos Customizados

Precisamos criar dois símbolos para nosso esquemático: um para o conector macho (que entra no CoCo2) e outro para o conector edge fêmea (que recebe os cartuchos). Ambos terão os mesmos 40 pinos, mas representam componentes fisicamente diferentes.

1 Abrir o Editor de Símbolos

No Gerenciador de Projetos, clique no ícone do Editor de Símbolos. Na árvore à esquerda, localize sua biblioteca CoCo2_Connectors e clique com o botão direito → Novo Símbolo.

2 Configurar o Símbolo — Conector Macho (J1)

Na janela de criação:

Nome do Símbolo:  CoCo2_CartSlot_Male_2x20
Referência padrão: J
Footprint padrão:  CoCo2_Connectors:CoCo2_CardEdge_Male_2x20
Número de unidades: 1

3 Desenhar o Corpo do Símbolo

No editor, com o grid configurado para 50 mil (1.27mm), desenhe um retângulo representando o conector. A prática recomendada é organizar os pinos por função:

4 Adicionar Pinos ao Símbolo

Para adicionar cada pino, use a ferramenta "Adicionar Pino" (tecla P) no editor de símbolos. Para cada pino, configure:

5 Criar o Segundo Símbolo (Conector Fêmea)

Repita o processo criando um segundo símbolo chamado CoCo2_CartSlot_Female_2x20. A estrutura de pinos será idêntica (mesmos nomes e números), mas você pode diferenciá-los visualmente: por exemplo, o macho com retângulo simples e o fêmea com retângulo de cantos arredondados, ou mudando a cor de fundo.

8. Desenhando o Esquemático Completo

Agora vamos ao coração do projeto: o esquemático. Como nosso expansor é um "pass-through" direto, o esquemático será relativamente simples — mas é fundamental fazê-lo corretamente para que o roteamento da PCB funcione sem problemas.

1 Abrir o Editor de Esquemático

No Gerenciador de Projetos, dê duplo clique no arquivo .kicad_sch ou clique no ícone do editor. Configure a página em Arquivo → Configurações da Página (tamanho A3 é bom para nosso esquemático com tantos pinos).

2 Inserir os Componentes

Pressione A para abrir o seletor de símbolos. Busque na sua biblioteca CoCo2_Connectors:

J1 — CoCo2_CartSlot_Male_2x20    (conector macho — lado que entra no CoCo2)
J2 — CoCo2_CartSlot_Female_2x20  (conector fêmea — lado que recebe cartuchos)

Posicione J1 à esquerda e J2 à direita da folha, com espaço suficiente para as conexões.

3 Conectar Pino a Pino

Para cada um dos 40 sinais, trace um fio (W) conectando o pino correspondente de J1 ao de J2. A forma mais organizada é usar Net Labels (L), que permitem conectar pinos sem desenhar fios cruzando toda a folha:

4 Técnica dos Net Labels

A técnica de Net Labels é essencial aqui. Em vez de desenhar 40 fios cruzando o esquemático (o que ficaria ilegível), fazemos assim:

Para cada pino de J1, puxe um pequeno fio (W) de ~50mil para fora do pino, então pressione L e coloque um Net Label com o nome do sinal (exemplo: D0, A0, E_CLK, etc). Repita o mesmo processo em J2 com exatamente os mesmos nomes. O KiCad entende que Net Labels com nomes idênticos são a mesma conexão elétrica.

5 Adicionar Símbolos de Alimentação

Pressione P para adicionar símbolos de power. Conecte:

Pino 9  (de J1 e J2)  →  símbolo +5V
Pinos 33,34 (de J1 e J2)  →  símbolo GND
Pino 1 (se usado)  →  símbolo -12V  (ou deixe N.C.)
Pino 2 (se usado)  →  símbolo +12V  (ou deixe N.C.)

6 Executar ERC (Verificação Elétrica)

Vá em Inspecionar → Verificação de Regras Elétricas (ou clique no ícone do "bug" na barra de ferramentas). O ERC verificará se todas as conexões estão corretas. Com todos os pinos definidos como "Passive", não deve haver erros graves — apenas avisos que podem ser ignorados para nosso caso de uso.

9. Criando Footprints Customizados (Edge Connector)

Esta é a parte mais técnica e importante do projeto. Precisamos criar dois footprints:

1. Conector Macho (PCB Edge Fingers) — Os "dedos de ouro" na borda da placa, que se inserem no slot do CoCo2. Este é definido como pads na borda da PCB.
2. Conector Fêmea (Slot para Cartucho) — Um conector card-edge soldado na placa, que recebe os cartuchos. Pode ser um conector comercial (como um slot ISA adaptado) ou outro conjunto de edge fingers se você planeja usar um slot em outra placa.

1 Abrir o Editor de Footprints

No Gerenciador de Projetos, abra o Editor de Footprints. Na árvore à esquerda, localize sua biblioteca CoCo2_Connectors.pretty.

2 Criar Footprint do Conector Macho (Edge Fingers)

Clique com o botão direito na biblioteca → Novo Footprint. Nomeie como CoCo2_CardEdge_Male_2x20.

Parâmetros dos Pads (Dedos de Ouro)

Cada "dedo" é um pad especial. No editor de footprints, use a ferramenta "Adicionar Pad" e configure cada pad assim:

3 Posicionamento dos Pads — Passo a Passo

A posição de cada pad segue uma fórmula simples. Colocando a origem (0,0) no centro do footprint, e a borda de inserção na parte inferior:

Lado A (F.Cu) — Pinos 1 a 20:
  Pino 1:  X = -24.13 mm,  Y = +algum_valor  (camada F.Cu)
  Pino 2:  X = -21.59 mm,  Y = +algum_valor
  ...
  Pino N:  X = -24.13 + (N-1) × 2.54 mm
  ...
  Pino 20: X = +24.13 mm

Lado B (B.Cu) — Pinos 21 a 40:
  Mesmas posições X que os pinos 1-20, mas na camada B.Cu
  Pino 21 está atrás do Pino 1, etc.

  Pino 21: X = -24.13 mm  (camada B.Cu)
  Pino 22: X = -21.59 mm
  ...
  Pino 40: X = +24.13 mm

4 Configurar a Máscara de Solda (Solder Mask)

Os dedos do conector não devem ter máscara de solda por cima — eles precisam ficar expostos para fazer contato com os contatos do slot. No KiCad, ao configurar cada pad:

Propriedades do Pad → Aba "Clearance Overrides":
  ✓ Marque "Solder mask margin" com valor 0 ou ligeiramente positivo (0.05mm)

Ou no KiCad 9, nas propriedades do pad:
  Pad Layers: Desmarque F.Mask e B.Mask se quiser controle total
  (Na prática, pads SMD já abrem a máscara automaticamente)

5 Desenhar o Contorno (Edge.Cuts e Courtyard)

Adicione o contorno da placa na camada Edge.Cuts ao redor dos pads. Inclua o chanfro (bevel) nas duas pontas dos dedos — isso facilita a inserção no slot. Também desenhe:

F.Fab     → Contorno de fabricação (dimensões reais do componente)
F.Silkscreen → Texto de identificação (nome, orientação, pino 1)
F.Courtyard  → Área de exclusão ao redor do componente (margem de 0.25mm)

6 Footprint do Conector Fêmea (Slot para Cartucho)

Para o conector fêmea — que receberá os cartuchos — temos duas abordagens:

Opção A: Usar um Conector Comercial

Você pode usar um conector card-edge de 40 pinos com pitch de 2.54mm. Opções incluem:

Neste caso, crie o footprint baseado no datasheet do conector escolhido, com pads THT (through-hole) para os pinos de solda.

Opção B: Segundo Conjunto de Edge Fingers

Se a placa expansora for usada com um slot de cartucho separado, o footprint fêmea pode ser outro conjunto de edge fingers na borda oposta da placa. Neste caso, o footprint é similar ao conector macho, mas posicionado na outra extremidade da PCB, rotacionado em 90°.

10. Layout da PCB — Do Esquemático à Placa

1 Importar Netlist do Esquemático

No Editor de PCB, vá em Ferramentas → Atualizar PCB a Partir do Esquemático (ou pressione F8). Isso importa todos os componentes e suas conexões (ratsnest) para o editor de PCB.

2 Configurar Board Setup

Antes de posicionar os componentes, configure as regras de design em Arquivo → Configuração da Placa:

3 Posicionar os Footprints

Posicione J1 (conector macho) na borda inferior da placa e J2 (conector fêmea/slot) na borda superior ou lateral, de modo que fiquem perpendiculares um ao outro — esta é a essência da rotação de 90°.

Para mover componentes: selecione com clique, pressione M para mover, R para rotacionar (cada pressionamento roda 90°).

4 Desenhar o Contorno da Placa

Selecione a camada Edge.Cuts no painel de camadas. Use a ferramenta de desenho de linhas para criar o contorno da placa. Para os dedos do conector macho, o contorno deve passar pelo meio dos pads (os dedos se estendem até a borda da placa).

5 Rotear as Trilhas

Pressione X para iniciar o roteamento. Conecte cada pino de J1 ao pino correspondente de J2. As trilhas farão naturalmente curvas de 90° (ou 45° se você preferir, que é melhor para integridade de sinal). Dicas:

Para o barramento de dados (D0-D7): Tente manter comprimentos de trilha similares para todos os sinais de dados. Não é crítico para as velocidades do 6809E (~1 MHz), mas é boa prática.

Para as trilhas de alimentação (+5V, GND): Use trilhas mais largas (0.8mm ou mais). Melhor ainda: crie uma zona de cobre (copper pour) de GND em uma das camadas — isso melhora a distribuição de terra e reduz ruído.

Usar vias quando necessário: Pressione V durante o roteamento para inserir uma via e trocar de camada. Útil para cruzar trilhas sem curto-circuito.

6 Adicionar Zonas de Cobre (Copper Pour)

Selecione a ferramenta "Adicionar Zona de Cobre" na barra lateral. Clique para definir os cantos da zona (geralmente cobrindo toda a placa), configure:

Net: GND
Camada: B.Cu (verso da placa)
Clearance: 0.3 mm
Preenchimento: Solid (sólido)

Pressione B para preencher todas as zonas. Isso cria um plano de terra no verso da placa, melhorando a integridade dos sinais.

11. Regras de Design (DRC) e Verificação

Antes de gerar os arquivos de fabricação, é essencial rodar a verificação de regras de design (DRC). Vá em Inspecionar → Verificador de Regras de Design.

O que o DRC verifica

Verificação Visual 3D

Use o Visualizador 3D (Alt+3 no editor de PCB) para inspecionar a placa visualmente. Verifique se os edge fingers parecem corretos, se o slot está posicionado corretamente, e se a placa tem dimensões razoáveis.

12. Gerando Arquivos de Fabricação (Gerber)

Com o DRC limpo, é hora de gerar os arquivos que você enviará para o fabricante de PCBs (como JLCPCB, PCBWay, OSHPARK, etc.).

1 Gerar Gerbers

Vá em Arquivo → Plotar (ou Arquivo → Fabrication Outputs → Gerbers no KiCad 9). Configure:

2 Gerar Arquivo de Furação (Drill)

Ainda na janela de plotagem, clique em "Gerar Arquivo de Furação". Configure:

Formato: Excellon
Unidades: Milímetros
Zeros: Decimal format
Mapa de Furação: Gerber (opcional)

3 Verificar no GerbView

Abra o GerbView (visualizador de Gerber integrado do KiCad) e carregue todos os arquivos gerados. Verifique camada por camada se tudo está correto, especialmente:

• Os dedos de ouro estão sem máscara de solda (expostos)
• O contorno da placa está fechado e correto
• As trilhas conectam os pinos corretos
• Não há curto-circuitos visíveis

4 Observações para Fabricação

13. Atalhos Essenciais do KiCad 9

Editor de Esquemático (Eeschema)

Editor de PCB (Pcbnew)

Editor de Footprints

14. Dicas Avançadas e Recursos Adicionais

Dicas Específicas para o Projeto do Expansor CoCo2

1. Tolerância Mecânica

A espessura da placa deve ser exatamente 1.6mm (padrão FR4). Placas mais finas não farão bom contato no slot do CoCo2, e mais grossas não entrarão. Ao encomendar, especifique 1.6mm ± 0.1mm.

2. Gold Fingers — Acabamento Essencial

Os dedos que entram no slot do CoCo2 precisam de acabamento em ouro para garantir bom contato elétrico e durabilidade. O acabamento Hard Gold (ouro eletrolítico) é ideal para conectores que serão inseridos/removidos repetidamente. O ENIG funciona, mas é mais fino e pode desgastar com uso frequente. Ao encomendar, solicite gold fingers com espessura mínima de 30μ" (micropolegadas).

3. Plano de Terra

Como o barramento do 6809E opera a ~1MHz, a integridade de sinal não é uma preocupação tão grande quanto em designs modernos de alta velocidade. Mesmo assim, um plano de terra no verso da placa (zona de cobre conectada a GND) é altamente recomendado — ajuda a reduzir ruído e simplifica o roteamento.

4. Capacitores de Desacoplamento

Embora nosso expansor seja essencialmente um pass-through, é boa prática adicionar um capacitor cerâmico de 100nF (0.1μF) entre +5V e GND, próximo ao conector. Isso filtra ruído de alta frequência que pode ser introduzido pela extensão dos barramentos. Opcionalmente, adicione um capacitor eletrolítico de 10μF para filtragem de baixa frequência.

5. Testando o Protótipo

Antes de inserir no CoCo2, use um multímetro em modo de continuidade para verificar que cada pino do conector macho está corretamente conectado ao pino correspondente do conector fêmea. Verifique também que não há curto-circuito entre pinos adjacentes e entre alimentação (+5V) e terra (GND).

Recursos e Referências

Checklist Final do Projeto