Altium vs. KiCAD: Entwickelt für Skalierung – vom ersten Board bis zum vollständigen Produkt

Der Markt für PCB-Design-Tools hat sich um zwei Pole konsolidiert: professionelle kommerzielle Plattformen und kostenlose Open-Source-Alternativen. Altium Designer und KiCAD repräsentieren diese Pole sehr deutlich. KiCAD hat sich in den vergangenen zehn Jahren erheblich verbessert und bewältigt inzwischen einfache Zwei- und Vierlagenplatinen mit angemessener Kompetenz. Diese Entwicklung hat zu einer anhaltenden Frage von Studierenden, Hobbyisten und Ingenieuren am Anfang ihrer Laufbahn geführt: Ist KiCAD gut genug, um ein professionelles Tool wie Altium Designer zu ersetzen?

Die Antwort hängt vollständig davon ab, was Sie entwickeln möchten und wohin Sie Ihre Karriere führen wollen. Für einfache Platinen mit moderater Routing-Dichte und ohne Anforderungen an kontrollierte Impedanz funktioniert KiCAD. Sobald ein Projekt High-Speed-Digitalschnittstellen, HF-Design, fortschrittliches Stackup-Management, Flex- oder Starrflex-Aufbauten oder die Integration in Lieferketten- und Fertigungs-Workflows erfordert, wird die Lücke zwischen den beiden Plattformen zu einer harten Grenze dessen, was Sie liefern können.

Schaltplanerfassung und Designeingabe

Beide Tools bieten hierarchische Schaltplanerfassung mit Unterstützung für mehrere Blätter. Der grundlegende Workflow aus Platzieren von Symbolen, Verdrahten von Netzen und Zuweisen von Footprints ist funktional ähnlich. Altium Designer bietet eine einheitliche Designumgebung, in der Schaltplan, Layout, Simulation und Ausgabegenerierung dasselbe Datenmodell verwenden. Änderungen werden bidirektional zwischen Schaltplan und Layout weitergegeben, ohne manuelle Synchronisierungsschritte. KiCAD verwendet separate Anwendungen für Schaltplanerfassung und Leiterplattenlayout, die über eine Netzliste oder einen Update-Prozess verbunden sind, was bei größeren Designs zu Reibungsverlusten bei der Synchronisierung führen kann.

Altium Designer integriert außerdem Lieferkettendaten in Echtzeit über Octopart, sodass Entwickler Verfügbarkeit, Preis und Lebenszyklusstatus von Bauteilen direkt im Schaltplaneditor prüfen können. Diese Funktion verhindert einen häufigen und kostspieligen Fehler: ein Design um ein Bauteil herum fertigzustellen, das abgekündigt, nicht auf Lager oder nur mit verlängerter Lieferzeit verfügbar ist. KiCAD bietet keine vergleichbare integrierte Funktion und zwingt Entwickler dazu, die Bauteilverfügbarkeit manuell mit externen Tools zu prüfen.

PCB-Layout, Routing und Management von Designregeln

In der Layout-Umgebung wird der Fähigkeitsunterschied am deutlichsten sichtbar. Altium Designer bietet ein constraints-gesteuertes Designsystem, bei dem Impedanzziele, Abstandsregeln, High-Speed-Designregeln und Fertigungsanforderungen zentral definiert und während des gesamten Layout-Prozesses durchgesetzt werden. Der interaktive Router berücksichtigt diese Vorgaben in Echtzeit, einschließlich Differential-Pair-Routing mit Längenabgleich, impedanzkontrollierten Leiterbahnbreiten in Verbindung mit einem Stackup-Manager sowie Abstandsregeln, die je nach Netzklasse, Lage oder Bereich variieren.

Das Designregelsystem von KiCAD hat sich verbessert, bleibt aber weniger granular. Es unterstützt grundlegende Netzklassenregeln und einige bedingte Regeln, bietet jedoch nicht die nötige Tiefe für komplexe High-Speed- oder Mixed-Signal-Designs, bei denen verschiedene Bereiche der Platine unterschiedliche Constraint-Sätze benötigen, während globale Vorgaben weiterhin überall gelten müssen. Der Router unterstützt grundlegende Differential Pairs, bietet jedoch nicht denselben Grad an Feinabstimmung für Skew-Management und Phasenabgleich, den professionelle High-Speed-Digitalentwicklung erfordert.

Zu den wichtigsten Unterschieden bei den Fähigkeiten in der Layout-Umgebung gehören:

• Der Stackup-Manager von Altium Designer integriert Dielektrikumseigenschaften, Kupfergewichte und Impedanzberechnungen direkt in die Designregeln, während KiCAD externe Impedanzrechner und manuelle Regelerfassung erfordert.
• Altium Designer unterstützt Blind Vias, Buried Vias und Mikrovias mit vollständigem regelgesteuertem Management über komplexe HDI-Stackups hinweg, während das Via-Management von KiCAD in mehrstufigen HDI-Strukturen eingeschränkter ist.
• Altium Designer bietet xSignals für topologiebewusstes High-Speed-Constraint-Management über Signalpfade mit mehreren Komponenten hinweg, eine Funktion, die KiCAD nicht bietet.
• Altium Designer umfasst integrierte MCAD-Zusammenarbeit durch nativen STEP-Modellaustausch und Altium 365 und ermöglicht so die Verifizierung mechanischer Abstände in Echtzeit, ohne Dateien über externe Tools hin- und herzuschieben.

Impedanzkontrollierte Stackups, Starrflex-, Vollflex- und HDI-Stackups sind in Altium Designer standardmäßig möglich.

Zusammenfassung des Funktionsvergleichs

Die durch kommerzielle Designsoftware ermöglichte „Skalierung“ wird noch deutlicher, wenn Anwender auf die Funktionen schauen, die in heutigen modernen Produkten erforderlich sind. Selbst Designs mittlerer Komplexität benötigen diese fortschrittlicheren Funktionen, die in KiCAD nicht verfügbar sind.

Projektkomplexität und das Zugangsproblem

Die praktische Folge dieser Funktionslücken ist, dass KiCAD-Nutzer von ganzen Kategorien professioneller Arbeit ausgeschlossen sind. High-Speed-Digitalschnittstellen, HF-Frontends, Leistungselektronik mit komplexem Thermomanagement, Flex- und Starrflex-Baugruppen sowie High-Density-Interconnect-Leiterplatten erfordern allesamt Fähigkeiten, die KiCAD nicht bereitstellt. Die Entwickler und Unternehmen, die an diesen Projekten arbeiten, verwenden professionelle Plattformen, weil die Tools das Design direkt ermöglichen, und Kunden in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Medizintechnik, Automotive und High-Speed-Digitaltechnik verlangen ausdrücklich Deliverables aus Plattformen wie Altium Designer.

Hier wird die Tool-Auswahl zu einer Karriere- und Geschäftsentscheidung. Professionelle Designfirmen sichern sich regelmäßig Aufträge im fünf- und sechsstelligen Bereich für fortschrittliche Hardware, die weit über einfache Entwicklungsboards hinausgeht. Freelancer und Berater, die Altium Designer verwenden, erhalten Zugang zu Projekten mit komplexen Technologien: High-Speed-Digitalschnittstellen, HF-Design, Leistungselektronik, Leiterplatten mit hoher Lagenzahl und Produkte für die Serienfertigung. KiCAD wird in Stellenausschreibungen für solche Rollen nur selten als erforderliche Qualifikation genannt und von Auftraggebern für die Entwicklung fortschrittlicher Hardware fast nie ausdrücklich verlangt.

Altium Designer ermöglicht Multi-Board-Projekte mit integrierter mechanischer Modellierung und Prüfungen auf Verbindungsfehler, die in KiCAD nicht möglich sind.

Zusammenarbeit, Dokumentation und Release-Management

Ein Design vom Prototyp zum Produkt zu skalieren erfordert mehr als nur Layout-Fähigkeiten. Es erfordert gesteuerte Zusammenarbeit, kontrollierte Releases und Dokumentations-Workflows, die mit Fertigung und Beschaffung integriert sind. Altium Designer bietet über seine Cloud-Plattform Altium 365 integrierte Versionskontrolle, Projektfreigabe, Design-Review-Tools und gesteuerte Release-Prozesse. Entwickler können interaktive Board-Ansichten mit Mechanikingenieuren, Beschaffungsteams und Fertigungspartnern teilen, ohne dass jeder eine Lizenz besitzen muss.

KiCAD speichert alle Projekte als lokale Dateien. Versionskontrolle erfordert externe Tools wie Git, die die meisten Hardware-Teams nicht nativ nutzen. Es gibt kein integriertes Release-Management, keine Integration mit PLM- oder ERP-Systemen und keinen strukturierten Weg, Konstruktionsdaten an die Fertigung zu übergeben, außer durch das manuelle Zusammenstellen von Ausgabedateien. Für einen einzelnen Hobbyanwender ist dateibasierte Speicherung ausreichend. Für jedes Team, das ein echtes Produkt entwickelt, wird sie zu einem Engpass, der Fehler einführt und den Entwicklungszyklus verlangsamt.

Zu den Risiken, die unverwaltete Designdaten in einer Produktionsumgebung verursachen, gehören:

• Manuell aus Ausgabedateien zusammengestellte Fertigungspakete sind anfällig für fehlende oder veraltete Deliverables, was zu Fertigungsfehlern oder teuren Neuauflagen führen kann.
• Ohne eine an das Design-Tool gekoppelte Versionskontrolle wird die Nachverfolgung, welche Schaltplanrevision zu welcher Layout-Revision gehört, zu einer manuellen Dokumentationsaufgabe, die unter Termindruck scheitert.
• Design-Reviews, die durch den Export von PDFs oder Screenshots durchgeführt werden, verlieren interaktiven Kontext, wodurch es für Prüfer schwieriger wird, Netzverbindungen, Lagenzuweisungen oder die Einhaltung von Constraints zu kontrollieren.

Versionskontrolle ist in Altium Develop integriert, das Altium Designer und Altium 365 bündelt.

Mit der richtigen Plattform starten

KiCAD erfüllt eine legitime Rolle als Einstieg in das Erlernen der Grundlagen des PCB-Designs. Designer, die professionell arbeiten möchten, sollten jedoch erkennen, dass die Umstellungskosten steigen, je länger sie auf einer Plattform bleiben, die nicht mitwachsen kann. CircuitMaker, Altiums kostenloses Community-Design-Tool, teilt dieselbe Workflow-Philosophie und Interfacestruktur wie Altium Designer. Es bietet einen direkteren Weg zu professionellen Fähigkeiten als KiCAD, weil sich die erlernten Fähigkeiten, Workflows und Designgewohnheiten mit minimalen Reibungsverlusten direkt auf Altium Designer übertragen lassen. Studierende können über das Altium Education Program außerdem kostenlose Lizenzen für Altium Designer erhalten und so Hobby-Tools vollständig umgehen.

KiCAD bewältigt einfache Platinen kompetent. Altium Designer bewältigt alles von diesen gleichen einfachen Platinen bis hin zu den anspruchsvollsten professionellen Hardwareprogrammen und liefert die Infrastruktur rund um das Design, einschließlich Lieferkettendaten, Zusammenarbeit und Release-Management, die aus einem Layout ein fertigbares Produkt macht. Für Designer und Unternehmen, die skalieren möchten, ist die Wahl der Plattform eine Investition in die Bandbreite der Arbeit, auf die sie zugreifen können, und in den Wert, den sie liefern können.

Ob Sie zuverlässige Leistungselektronik oder fortschrittliche digitale Systeme entwickeln müssen – nutzen Sie Altiums vollständigen Satz an PCB-Designfunktionen und erstklassigen CAD-Tools. Altium bietet die weltweit führende Plattform für die Entwicklung elektronischer Produkte, komplett mit den besten PCB-Design-Tools der Branche und fachübergreifenden Kollaborationsfunktionen für fortgeschrittene Designteams. Kontaktieren Sie noch heute einen Experten bei Altium!

Häufig gestellte Fragen

Wann sollten Sie Altium Designer statt KiCad verwenden?

Verwenden Sie Altium, wenn das Design High-Speed-Schnittstellen, HF, fortschrittliche Stackup-Kontrolle, Flex- oder Starrflex oder eine engere Integration mit Fertigung und Lieferkette erfordert. Altium ist die bessere Wahl, sobald die Projektkomplexität die Anforderungen an das Tool bestimmt.

Kann KiCad PCB-Design mit kontrollierter Impedanz umsetzen?

Nicht auf demselben Niveau. Altium verknüpft Impedanzberechnungen direkt mit dem Stackup- und Regelsystem, während KiCad auf externe Rechner und manuelle Regelerfassung angewiesen ist.

Welches PCB-Design-Tool ist besser für HF- und Starrflex-Projekte geeignet?

Altium Designer. Der Artikel ordnet HF, Flex und Starrflex der Klasse von Designs zu, bei denen die Fähigkeitslücke zu einer echten Einschränkung wird.

Warum verwenden professionelle Hardware-Teams Altium 365 statt dateibasierter Projektfreigabe?

Weil es integrierte Versionskontrolle, Freigabe, Design-Review und gesteuerte Release-Workflows bietet. Die dateibasierte Übergabe führt zu Revisionsfehlern, veralteten Deliverables und langsameren Design-Reviews.

Eröffnet das Erlernen von Altium mehr Karrieremöglichkeiten als das Erlernen von KiCad?

Ja. Es wird argumentiert, dass fortgeschrittene Hardwareprojekte und viele Kundenaufträge an professionelle Plattformen gebunden sind und KiCad für diese Aufgaben nur selten vorgegeben wird.