KiCad 10 探秘（二）：PCB 引脚与门交换（Pin & Gate Swapping）

“ 该功能允许用户在 PCB 设计阶段灵活调整引脚、逻辑门或通道的网表连接，以优化布线路径。完成网络交换后，通过“从 PCB 更新原理图”功能来同步变更，支持网络标签交换或直接修改原理图符号实例。 ”

在 PCB 设计中，我们经常遇到这样的情况：只要交换一下芯片两个引脚的网络，或者互换一下双运放的两个通道，走线就能瞬间顺畅，避免无数个过孔和绕线。KiCad 10 将为我们带来这一功能。

今天我们就带大家抢先看一看这个功能到底怎么用，以及它背后的工作原理。先看两个操作的小视频：

什么是“引脚和门交换”？

简单来说，就是为了让 PCB 布线更轻松，允许用户交换与引脚或门（Gate）关联的网络。

在 KiCad 10 中，主要包括两种形式：

1. 引脚交换 (Pin Swapping)： 在同一个器件上，交换两个引脚的连接网络。

2. 门/通道交换 (Gate/Channel Swapping)： 针对多单元器件（如包含多个相同运放的芯片），交换不同的逻辑单元（Unit）。例如，将运放的 A 通道和 B 通道互换。

目前实现的是“无约束” (Unconstrained) 模式。这意味着 CAD 软件主要负责执行交换并进行最基本的结构检查（如引脚数量是否匹配），但具体的“兼容性”由用户自己决定，而不是依赖复杂的库规则。

PCB 编辑器中的操作

在 PCB 编辑器中，这个功能非常直观：

• 交换焊盘网络： 选中需要交换网络的焊盘，并点击右键选择“交换焊盘网络”，系统会直接交换相关的网络。

• 交换门网络： 对于门交换，系统会自动交换具有相同引脚数的单元。例如，如果你有一个 4 通道运放（A、B、C、D 门，每门 2 脚）和一个电源门（3 脚），系统允许 A、B、C、D 互换，但不会让你把运放门和电源门搞混。

• 保持连接： 如果原来的焊盘上已经连了走线，交换网络时，连在上面的走线网络也会跟着变。

从 PCB 反向更新原理图

这是该功能最核心的部分。KiCad 10 不会实时同步每一次交换，而是通过 “从 PCB 更新原理图” (Update Schematic from PCB) 功能来统一处理。

当你完成 PCB 上的交换后，回到原理图编辑器执行更新：

1. 自动检测： 原理图编辑器会对比当前的连接状态，自动检测出哪些引脚或门被交换了。

2. 用户决策： 系统会列出差异，让你决定如何处理这些变化。

注意，同步时需勾选“网络名称”选项

原理图处理的两种模式

当把 PCB 的交换同步回原理图时，KiCad 10 提供了两种处理方式，非常灵活：

1. 仅交换标签 (Pin/Gate Label Swapping) 如果引脚只连接了标签（Label）或简单的导线加标签，系统可以直接交换标签的名字。这种方式不会修改符号本身。

2. 实际引脚/门交换 (Actual Pin/Gate Swapping) 如果你选择了这种方式，原理图上的引脚或门会被物理移动。

• 注意： 为了不破坏你的元件库，这种操作会创建一个本地的、仅限当前原理图的符号副本 (Local, schematic-only copy)，库里的原始符号保持不变。

如果需要支持引脚的直接交换，还需要在偏好设置中勾选一下选项：

当前版本的限制

为了保持实现的简洁和稳定性，目前的开发策略中有一些限制，大家需要了解：

• 仅限单个器件内： 目前只能在同一个符号/封装内进行交换，不支持跨芯片交换（比如把芯片 A 的引脚换到芯片 B 上）。

• 忽略区域 (Zones)： 引脚交换时，连接的敷铜区域（Zones）会被忽略，不会跟着换网络。

• 暂不支持外设交换： 像单片机上交换两个 UART 端口这种“外设交换”需要更多的元数据支持，目前暂不包含在此次实现中。

总结

KiCad 10 的这项新功能将极大地提升布线效率。虽然它被称为“无约束”交换，但通过“从 PCB 更新原理图”这一流程，既保证了灵活性，又防止了原理图和 PCB 数据不同步的风险。对于引脚较多的 FPGA 或 MCU，这一功能大大提高了布线的灵活性。

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审核编辑 黄宇