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標準 Gerber と拡張 Gerber

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Altium Designer では Gerber X2 等の次世代の Gerber フォーマットがサポートされていますが、まだ拡張 Gerber(RS-274-X)がデファクトスタンダードとして利用されています。そこでこの拡張 Gerber が初代の標準 Gerber(RS-274-D)からどのように進化したものであるのかとその判別法等についてご紹介したいと思います。
 
CAD による PCB 設計が終わった後そのデータから直接製造用データを出力します。いわゆるこれは CAM 出力と呼ばれる工程であり、アートワークフィルムの作成と穴あけのためのデータを出力します。
 
この PCB のアートワークフィルム作成工程は印刷物の場合と良く似ていますが、データの受け渡しには Gerberという PCB CAD 独自のフォーマットが用いられます。この Gerber は標準化されたフォーマットですが、表現にいくらかの自由度が与えられており生成されたファイルのフォーマットにバリエーションが生じます。このため書き出し時と同じコンディションで読み込まなぇれば、正しいアートワークイメージが再現出来ません。そしてその作業のために Gerber フォーマットに関する予備知識が必要になります。
 
また Gerber フォーマットはPCB 編集を目的に CAD ツールにデータを取り込む際にも利用され、CAD ツールへの読み込みが必要になる場合が多々あります。そこで、この Gerber フォーマットについて、簡単に説明させていただきたいと思います。
 
Gerber  はPCB のアートワークフィルムの作画に用いられるグラフィック・フォーマットであり、もともとはフィルム作画機(フォトプロッタ)のメーカである Gerber 社で開発され社内規格として使用されていました。これがデファクト・スタンダードとして広く普及したため、1979年にEIA (米国電子工業会)で RS-274-D として規格化されました。現在、量産用の PCB フィルムデータを単面でやりとりする場合には必ずと言ってよいほど、このGerber フォーマット(拡張されたものも含む)が用いられています。
 
この RS-274-D Gerber フォーマットは、アートワークを「点」と「線」の組み合わせだけで表現します。RS-274D Gerber データには作画するすべての「点」と「線」の座標が示されています。しかしこの「点」と「線」の形状とサイズの定義は含まれておらず、そのかわりに D コードと呼ばれる作画ツールの番号が示されています。このため実際に作画する場合には、このDコードを作画に使用するツールの形状とサイズに置き換える必要があります。
 
初期のフォトプロッタでは、アパーチャと呼ばれるシャッターのようなもので光束を制御して、作画の形状とサイズを決定していました。このため作画ツールをアパーチャと呼び、そのサイズを示すリストをアパーチャ・テーブルと呼んでいます。このしくみはペンプロッタに置き換えて考えるとわかりやすいと思います。アパーチャはプロッタのペンに相当し、そのペン先の形状と太さがアパーチャ・テーブルに示されます。
 
この RS-274-D で作画する場合には Gerber データだけでなく、必ずこのアパーチャ・テーブルが必要になります。また、RS-274-D には面を表現する手段がありませんので、ベタで塗りつぶす部分には、多くの「線」を並べなくてはなりません。このため、基板の配線パターンが単純であってもベタエリアが多いとデータ量が激増します。
 
このように、RS-274-D ガーバーにはいくつか不便な部分があるため、その改良版として、Gerber  RS-274-Xフォーマットが開発されました。これには、アパーチャ・サイズの定義が含まれていますので、別個にアパーチャ・テーブルを用意する必要はありません。また、「点」と「線」だけではなく「面」の記述が可能ですので、データ量が少なくてすみます。この RS-274-X は EIA 規格ではなくガーバー社(Barco Gerber Systems Corporation)の社内規格です。しかしデータの受け渡しが簡単になることから、現在では RS-274-D よりも RS-274-X のほうが多く使われるようになりました。
 
RS-274-X は RS-274-D を改良したものですので、両方とも Gerber フォーマットには違いありませんが、混同を避けるために RS-274D を標準 Gerber 、RS-274-X を拡張 Gerber と呼んでいます。
 
Gerber データを再現する場合には、ファイル読み込む前にそれが標準ガーバーなのかそれとも拡張 Gerber なのかを判別する必要があります。Gerber ファイルを受け取った時にアパーチャ・ファイルが添付されていなければ、それは拡張ガーバーのはずです。しかし手違いで添付されなかったという場合もありますので、一度ファイルの中身を覗いてみるとよいでしょう。通常は ASCII ファイルですので、テキストエディタで読むことができます。
 
274x.jpg
 
拡張 Gerber の場合には、先頭付近に「%」で区切られたパラメータが何行か並んでいるはずです。これは、拡張 Gerber 独自のものですので標準 Gerber にはありません。もしこれがなければ、標準 Gerber ですので、相手に対してアパーチャ・ファイルを請求することが必要です。
 
標準 Gerber の場合、拡張 Gerber のように情報は一つのファイルに全情報が格納されているわけではないので、フォーマットに関する知識が必要になる場合が多々あります。なおこの  Gerber フォーマットついては以下のページでわかりやすく解説されていますので一度ご覧ください。
 
また、PCB フィルムデータを単面でよりとりする場合にはこの、RS-274-X 拡張 Gerber が主流ですが、複数の層のフィルムデータをレーヤースタック情報と共に読み込む場合には ODB++ が良く用いられます。この ODB++ やその他のフォーマットを含めた Gerber フォーマットに関する包括的な解説が、ウィキペディアの ガーバーフォーマット で行なわれています。ちなみに、この解説ページで用いられている Gerber のサンプルデータは Altium Designer(又は Protel)で作成されたもののようです。

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