Annons
Annons
Annons
Annons
Annons
Annons
Annons
Annons
Lars Blomberg Mönsterkort | 20 november 2008

Varför ”GERBER” vid överföring av data till mönsterkortstillverkare?

Det var en gång i datateknikens gryning som ett litet udda format att styra fotoplottrar med utvecklades av Gerber Scientific i USA. Och det visade sig vara väl anpassat till dåtidens teknik. Vad som är märkligt med detta format är det visat sig överleva i mer en 45 år, samtidigt som en otrolig utveckling av program och datateknik har ägt rum.
För att göra en lång historia lite längre skall jag försöka berätta lite om hur kommunikationen fungerar mellan konstruktörer/CAD och mönsterkortstillverkarnas CAM system.

Från första början gjordes underlag genom att måla eller tejpa underlagen, och detta gjordes oftast i ett större format som sedan skalades ner fotografiskt. Filmen användes sedan för att genom kontaktkopiering flytta mönstret till en screenduk, men den kunde man sedan trycka mönstret på ett kopparklätt material och etsa fram mönstret. I början var korten enkelsidiga och dessa borrades helt för hand i vanliga pelarborrmaskiner genom att man siktade på den centrumprick som etsas ut. När man senare började med dubbelsidiga kort gjordes speciella mallar och borrade oftast innan tryckningen. Nästa steg var halvautomatiska maskiner där ett koniskt stift ramlade ner i mallens hål och gav signal till borrmaskinen att borra, men fortfarande måste mallen dras runt för hand. Så småningom kom automatiska borrmaskiner som läste olika typer av pappersremsor vilka framställdes av mönsterkortstillverkarna genom att läsa av positionerna från layoutfilmerna.

Det första stora genombrottet kom under 70 talet i och med att man kunde programmera så kallade vecktorplottrar för att exponera fram layoutfilmerna. Ett av de företagen som började tillverka dessa var Gerber i USA, man skapade också ett dataformat för styrning av dessa plottrat, som tro det eller ej är samma som används än idag.
Det är näst intill osannolikt att tänka sig att ett dataformat inte har kunnats förbättras nämnvärt på nästan 40 år.

Gerberformatets tre grundkommandon är ”tänd lampan, släck lampan och blinka” vilket skrivs som D01, D02 och D03, detta kombineras sedan med att man anger en ljusöppning (aperture) och koordinaten i x och y där man antingen vill blinka fram en punkt eller tända lampan för att exponera en ledare och sedan släcka lampan, så formatet passade utmärkt för att styra dåtidens plottrar.
Vecktorplottern bestod av antingen ett koordinatbord eller en lampa som kunde förflyttas i x och y enligt kommandona, sedan fanns det ett aperturehjul vilket var en försilvrad glasskiva med ett antal olika stora hål (aperturer) som kunde ställas för att anpassa ledarbred och padstorlek.
Som standard var det 21 olika aperturer i skivorna som hade en väldigt underlig numrering.
Eftersom man redan använt D01-D03 så började man på D10 till D19 sedan kom D70 och D71 som följdes av D20-D29 samt avslutades med D73 och D74, fråga mig inte varför.

I samma veva började dataprogram utvecklas, som kunde skapa digitala mönterkortslayouter,
vilka sedan kunde exportera Gerberfiler till plottrarna. En stor fara med den första varianten av Gerberfiler var att layoutfilen skulle kombineras med en fristående aperturlista som varierade beroende på kund, och vissa fall hade kunden flera olika aperturhjul, om dessa inte uppdaterades eller blandades ihop blev inte korten riktigt som kunden hade tänkt sig.

Att plotta en enda film kunde ta flera timmar så det var tur att det inte gjordes så många komplexa multilayer på den tiden.

När det gällde borrfilerna var programmen utvecklade av de olika borrmaskinstillverkarna, därför måste mönsterkortstillverkarna anpassas filen till maskintypen.
Ett annat stort problem var att Gerberformatet gick att variera genom att sätta olika antal heltal och decimaler samt välja tum eller millimeter, absolut eller inkrementalt samt ta bort förnollor eller slutnollor från koordinaten. I de flesta fall skilde detta mellan borrfilen och layoutfilen viket gjorde att de inte hade samma storlek och nollpunkt utan måste skalas om för att matcha.
Och om exempelvis layoutfilen var skapad med 2 heltal och 4 decimaler i tum samtidigt som borrfilen angavs med 3 heltal och 2 decimaler i mm var upplösningen för dålig och de gick inte att matcha de olika filerna, utan redan här hade man skapat borrvingel.
Vi som var med på den tiden känns oftast igen på tunt hår och ett allmänt härjat utseende.

Mjukvarorna till Cad och Cam systemen blev med tiden bättre, vilket gjorde det enklare att läsa in och kontrollera filerna, men Gerberformatet var detsamma enda fram till i mitten på 90 talet då GerberX (Extended-Gerber X274) kom som åtminstone innehöll en ”header” med information om format och aperturer i varje layoutfil, för övrigt var det samma babyspråk.

Anledning till att jag är så kritisk mot formatet är att nästan all den intelligens som finns i cad systemen inte kan överföras till mönsterkortstillverkarna utan måste byggas upp igen från den bristfälliga gerberfilen.

Med dagen komplexitet är det helt nödvändigt att kunna kontrollera nätlistan när layoutfilerna är klara för produktion, nätlistan kan inte överföras med gerber utan kommer i bästa fall i ett annat format. Dessutom ger det gamla sättet att rita med vecktorer väldigt mycket onödig data, många system ritar nästan allt med en väldigt smala vectorer och stora kopparytor fylls genom ett rutmönster av onödigt många streck kors och tvärs.
Dessutom måste alla lödytor definieras som en sammanhängande yta, till vilken det går att ange ett centrum till för att kunna testa korten, i många fall är det inte så utan camsystemen måste finna dessa och konvertera till flash. Se bild ( första bilden visar hur det ser ut i cadsystemet, den andra hur gerberfilen är ritat och den sista hur det ser ut när lödytorna konverterats.)



Och det är inte slut med det här, utan utveckling har gått framåt och redan på 80 talet ersattes de gamla vecktorplottrarna av laserplotter som är oändligt mycket snabbare men kan tyvärr inte använda sig av gerberfilen utan fordrar ett rasterformat, alltså måste filerna omvandlas i en så kallad RIP (raster image process) för att fungera. Konstruktionerna har också blivit så komplexa att Gerberformatet inte räcker till för att skapa en layoutfil utan den måste delas upp i flera filer med positiva och negativa lager som sedan sätts ihop igen för att återskapa lagret som det såg ut i cadsystemet.



Nu undrar ni säkert om det inte gjorts några försök att få till ett format som är mer anpassat till dagens teknik?
Och förmodligen är det många som försökt att ändra kommunikation mellan cad och cam, men det verkar vara svårt att enas om en ny standard.
Grundproblemet ligger förmodligen i att de flesta cadsystem jobbar med olika grafiska mjukvarulösningar, och så gott som alla produktionsutrustningar har olika dataspråk vilket gör att Gerber blivit en medelväg som alla har anpassat sig till.
Ett försök som marknadsfört framförallt USA är ODB++, vilket är en klar förbättring eftersom det innehåller betydligt mer information som exempelvis nätlista, komponentinformation och även information till kretskortmonteringen, men själva layoutfilen är i stort sätt densamma alltså GerberX.

Så vi får väl fortsätta att leva med tänd lampa, släck lampa och blinka, vilket ju mest låter som en replik hämtat från någon sängkammarscen i en TV såpa.

D01D02D03 hälsar

Lars Blomberg

Kommentarer

Vänligen notera följande: Kritiska kommentarer är tillåtna och till och med uppmuntrade. Diskussioner är välkomna. Verbala övergrepp, förolämpningar, rasistiska och homofobiska kommentarer är inte tillåtna och sådana inlägg kommer att raderas.
Annons
Annons
Visa fler nyheter
2017-12-13 22:15 V8.9.2-2