ODB++: Las ventajas en comparación con el formato Gerber 274x

En el corazón de todo circuito electrónico se encuentra la placa de circuito impreso (PCB), en la que se montan los diversos componentes electrónicos conectados mediante conexiones tanto eléctricas como mecánicas. Una vez se completa el diseño de un PCB, realizado a través de las herramientas adecuadas de CAD (Computer-Aided-Design o diseño asistido por ordenador), se transfiere la información necesaria a la empresa que producirá los PCB mediante los sistemas adecuados de CAM (Computer-Aided Manufacturing o fabricación asistida por ordenador). El programa CAD es capaz de exportar un conjunto completo de información relativa al diseño del PCB en uno o más archivos que, a su vez, pueden importarse por los sistemas CAM para la producción automática de las placas.

En este sentido, se han definido diferentes tipos de estándares para el intercambio de datos, que hoy en día son compatibles con la mayoría de las herramientas CAD disponibles en el mercado. En este artículo presentaremos dos de los estándares más conocidos utilizados actualmente, Gerber y ODB++, comparando sus características, puntos fuertes y debilidades.

El formato Gerber

Inicialmente desarrollado por Joseph Gerber, fundador de la empresa Gerber Scientific Instrument Company, el formato de archivos Gerber es actualmente el estándar de uso más generalizado en la fabricación de PCB. Históricamente, Gerber Scientific ha sido el fabricante líder de fotoplotters empleados en la filmación de películas, en la época en que el trazado vectorial mecánico era la única forma de obtener unos positivos en película precisos. Introducido en los años 80 como formato de gestión de fotoplotters vectoriales, el estándar Gerber se ha consolidado con el tiempo gracias a la difusión de los sistemas CAM para la producción de PCB.

Los archivos Gerber se recopilan normalmente en un único archivo comprimido de almacenamiento que el diseñador envía al fabricante del PCB. Cada capa, plano de tierra o plano de potencia debe estar asociado a un archivo Gerber correspondiente. Las capas más externas (denominadas "superior" e "inferior") también contendrán información relativa al revestimiento de conformación, la máscara de soldadura y la serigrafía; asimismo se proporcionarán archivos específicos para programar el equipo de perforación. Los archivos Gerber tienen normalmente extensiones tales como .TOP, .BOT, .SMT o .SMB, facilitando así su importación al software CAM.

Establecido como el estándar de facto para la transferencia de datos en la industria de PCB, el formato Gerber ha evolucionado con el tiempo con la introducción del estándar "ampliado", más conocido como RS-274-X. No obstante, ahora está claro que el formato Gerber representa el mínimo común denominador y que con frecuencia no contiene toda la información crítica necesaria para la fabricación de PCB. El formato Gerber, creado para emitir órdenes a máquinas controladas numéricamente (CNC), presenta una cierta complejidad derivada del uso de numerosos archivos. Además, no existe información tridimensional, como la definición de los orificios, y los archivos son casi incomprensibles para un usuario normal, lo que dificulta el procedimiento de revisión necesario. Resulta bastante habitual que una placa de cuatro capas requiera al menos 8-10 archivos Gerber asociados.

Versiones de Gerber

El formato de archivo Gerber inicial, desarrollado por Gerber Scientific, es más conocido como RS-274D. La posterior revisión del estándar, necesaria para superar ciertas limitaciones de uso del formato original, se introdujo en 1998 como RS-274X. Este nuevo formato ha erradicado la necesidad de introducir manualmente algunos datos y ha permitido la resolución de varios errores de uso con fotoplotters. Pese a su uso generalizado, el estándar RS-274X también presenta algunas limitaciones prácticas. Por ejemplo, solo es capaz de proporcionar una representación gráfica del proyecto, el apilamiento de las capas no está definido explícitamente (lo que puede generar diseños de placas en los que las capas no figuran en el orden correcto) y no incluye información sobre el posicionamiento y las características de los orificios.

El estándar ODB++

El estándar ODB++ puede considerarse el competidor principal del formato Gerber, cuya popularidad ha crecido gracias a su sencillez y facilidad de interpretación, en combinación con el hecho de que se trata de un formato libre. ODB++ fue desarrollado en 1992 por Valor Computerized Systems Ltd., compañía que posteriormente fue adquirida por Mentor Graphics y, recientemente, por el gigante Siemens. Esto ha supuesto una oportunidad de crecimiento significativa para el estándar ODB++ y la posibilidad de competir con un formato establecido en la industria como es el caso de Gerber. ODB++ es un formato libre de dominio público, totalmente gratuito y abierto para su uso. En 2008, el IPC (Institute of Printed Circuits o Instituto de Circuitos Impresos) aprobó ODB++ como el único estándar oficial para el intercambio de datos relativos a la producción de PCB.

Diseñado por Valor como un formato integral, autoextraíble y estandarizado, ODB++ es capaz de automatizar los procesos relacionados con el apilamiento, la colocación de orificios y el etiquetado. Compatible con las principales aplicaciones de software CAD para el diseño de PCB, ODB++ ha hecho posible la reducción del impacto de los errores humanos en el proyecto al agrupar la información relativa al proyecto, la fabricación del PCB y las listas de redes en un único archivo comprimido.

ODB++, que significa Open DataBase (Base de Datos Abierta), está ahora disponible en dos versiones distintas: la versión ODB++ original y la versión ODB++ X, basada en estructuras de datos XML. ODB++ se introdujo inicialmente para erradicar la necesidad de agrupar archivos con formatos diferentes, proporcionando una estructura inteligente basada en un único archivo para transferir la información de diseño del PCB. El elemento clave del estándar ODB++ es su estructura jerárquica, que elimina la necesidad de trabajar con múltiples archivos de bajo nivel, lo que hace posible que los diseñadores transfieran más información al fabricante del PCB, como los materiales utilizados para el apilamiento, la lista de materiales (BoM), la colocación de componentes, el formato y el tamaño de la placa. Gracias a su estructura totalmente jerárquica, reduce el riesgo de errores humanos y de interpretación de datos.

Comparación entre los estándares Gerber y ODB++

Con el formato ODB++, la información pertinente para la fabricación de PCB se almacena en una jerarquía de datos y carpetas, tal como se muestra en la Figura 1.

Figura 1: estructura jerárquica de la información contenida en el formato ODB++

A continuación, esta estructura se comprime en un único archivo con extensión .tgz (o en un único archivo XML en el caso de ODB++ X) y se envía al fabricante del PCB. En comparación con el formato Gerber, las principales características que ofrece el estándar ODB++ se pueden resumir del modo siguiente:

• toda la información necesaria para la producción, el montaje y las pruebas de los PCB está contenida en un único archivo
• el riesgo de errores durante la transferencia de información se minimiza
• los retrasos en la comunicación entre el diseñador y el fabricante se reducen
• se proporciona soporte integrado de diseño a la fabricación (DFM) para todas las capas
• permite un elevado grado de automatización en todas las fases de la producción de PCB
• es compatible con los principales fabricantes de herramientas CAD, CAM y DFM.

El formato ODB++ contiene una tabla completa con toda la información relativa a las diversas capas, como el nombre, el tipo y el orden en el que están dispuestas para componer el apilamiento. A diferencia de lo que sucede con los datos en el formato Gerber, en ODB++ la diferencia entre una pastilla y un conductor queda mucho más clara, evitando la ambigüedad y los posibles errores de interpretación.

Con referencia a la estructura de la Figura 1, la información principal se organiza de la siguiente manera:

• trazas, máscara de soldadura y serigrafía: estos datos están contenidos en la sección "capas", que incluye las dos capas más externas (superior e inferior), cualquier capa interna (el ejemplo de la Figura 1 se refiere a una placa de cuatro capas), y todos los datos que guardan relación con los orificios y los componentes
• apilamiento: la composición del apilamiento se define en la sección "matriz" correspondiente
• prueba eléctrica: esta información está contenida en la sección "lista de redes/cadnet”
• componentes: la definición de los componentes está contenida en la sección “eda / datos” del archivo, mientras que la posición de cada componente se define en las dos secciones “capas / comp _ + _ sup” y “capas / comp _ + _ inf”.

Ventajas del formato ODB++

El uso del formato ODB++ cuenta con varias ventajas significativas, que pueden resumirse del modo siguiente:

• formato de dominio público, certificado por el organismo IPC
• mayor seguridad en la transferencia e interpretación de los datos
• formato de archivo compatible con las principales herramientas CAD y CAM. La figura 2 muestra la exportación a través de Altium de un archivo ODB++ en formato .tgz
• soporte para PCB flexibles y rígido-flexibles
• permite a los diseñadores integrar una serie de datos que no está presente en formatos estándar como Gerber:
  • diseño del apilamiento
  • lista de redes
  • cualquier componente no montado
  • información relativa al panel
  • orificios complejos.

Figura 2: ejemplo de exportación en formato ODB++ (fuente: Altium)

ODB++ se considera un formato inteligente, puesto que incluye una enorme cantidad de información en un único archivo. Actualmente, muchos fabricantes tienden a preferir este formato, ya que es más comprensible y, por tanto, fácilmente verificable, con lo que se reduce el riesgo de cometer errores. Gracias al uso de ODB++, los fabricantes de PCB pueden evitar trabajar con muchos archivos de bajo nivel.

Conclusiones

El formato ODB++ representa un claro avance en comparación con los formatos tradicionales para el intercambio de datos entre el diseñador y el fabricante de PCB. Las mejoras que se pueden obtener en términos de mayor calidad, producción más eficiente, reducción de los tiempos de montaje y de comercialización, están atrayendo a un número cada vez mayor de diseñadores. En la actualidad, prácticamente todos los fabricantes de sistemas de diseño de PCB admiten el estándar ODB++; además, las herramientas de software están disponibles de forma gratuita en el sitio web de ODB++ Design [1], así como las especificaciones, la documentación técnica y la asistencia al usuario.

Referencias

[1] https://odbplusplus.com/design/

27.01.2022