摘要
文章给出了在PCB电路设计完成后，Allegro输出制板需要的Gerber文件时的步骤。通过对图纸、铺铜、层叠等光绘文件进行参数设置，对各层需要输出的底片参数进行分析，给出了注意事项。设置完成，在通过一系列检查，确认无误后，输出Gerber文件和钻孔文件，并根据需要向PCB制造商提供制板所需材料。关键词：光绘文件，Gerber，底片，层数，钻孔数据
目次
摘要 (1)
目次 (2)
插图与附表清单 (3)
1. 概述 (4)
2. 准备工作 (4)
2.1 设置图纸参数 (4)
2.2 设置铺铜参数 (6)
2.3 设置层叠结构 (7)
3. 光绘控制 (7)
3.1 出片设置 (7)
3.2 底片控制 (10)
3.2.1 参数设置 (10)
3.2.2 增加或者删除底片及其参数 (12)
4. 检查 (14)
4.1 DRC Check (14)
4.2 检查动态Shape (15)
4.3 Datasheet Check (16)
5. 生成Gerber文件 (16)
6. 钻孔数据文件 (16)
6.1 钻孔参数设置 (16)
6.2 产生NC Drill (17)
6.3 产生NC Route (18)
7. 向PCB制造商提供的文件 (18)
8. 总结 (19)
插图与附表清单
图1设置图纸参数 (5)
图 2 设置Filled Pads前后 (5)
图 3 设置Connect line endcaps前后 (5)
图 4 设置Thermal pads前后 (6)
图 5 铺铜参数 (6)
图 6 设置层叠结构 (7)
图7 出片设置 (8)
图8 执行Create Artwork警告1 (9)
图9 铺铜参数 (9)
图10执行Create Artwork警告2 (9)
图11 底片精度设置 (10)
图12 底片参数设置 (10)
图13 有无Vector based pad behavior区别 (11)
图14 8层板的底片层 (13)
图15 8层板光绘的典型参数 (13)
图16 有无Antietch区别 (14)
图17 执行Update DRC的命令框显示 (14)
图18 执行Update DRC (15)
图19 执行动态shape (15)
图20 钻孔参数设置 (17)
图21 产生NC Drill (17)
图22 椭圆孔 (18)
图23 向PCB制造商提供的文件 (19)
1.概述
当电路工程师完成电路板设计，需要进行投板生产时，需要将电路设计转换成PCB板制造商需要的生产文件，这就是Gerber文件（Gerber File）。
Gerber文件是电路设计软件产生的生产文件，在电子组装行业又称为模版文件（stencil data），在PCB制造业又称为光绘文件，可以说Gerber文件是电子组装业中最通用最广泛的文件格式。
Gerber文件最初是美国Gerber公司自行制定出来给该公司所生产的光学绘图机使用的，因其符合电子行业间标准，简便实用，被电子行业广泛接受，成为一种EIA的标准格式，标准的Gerber Format主要有两种：
1) RS-274-D 它是根据EIA的RS-274-D标准码于1985年衍生制定的，
而其资料内容包括word address资料及绘图机的参数档与控制码。这种格式的Gerber必须包含一个Aperture文件，也就是说Gerber File和Aperture文件是分开的不同文件。RS-274-D被使用至今已有数十年了，因电子产品的演变早已超出当初的需求，因此原有的RS-274-D格式也慢慢的不敷使用，被由此衍生出的增强版RS-274-X所替代。
2) RS-274-X 产生于1992年，即当今最为流行的资料格式，它是
RS-274-D的扩展版，是以RS-274-D为基础的，只不过RS-274-X格式的Aperture整合在Gerber File中的，也即“内含D码”。
除上述的情况外，还有一些数据格式标准正在运用或开发中，如MDA/Fire9000、Barco DPF，因为不是很常用，就不详细介绍了。一般情况下，只要生产制造部门条件许可，应尽可能提供RS274-X的Gerber文件，这样有利于各工序的生产准备。
本文所写内容，基于Cadence 16.5进行描述。
2.准备工作
为了保证出片的正确性，需要在设计PCB文件之前对一些系统参数进行设置，该设置包括图纸参数，铺铜方式，层叠结构等。
2.1 设置图纸参数
在allegro中打开Setup—》Design Parameters—》Design菜单，调出设置对话框，如图1所示。
图1设置图纸参数
可以把其它参数设置成默认，这里主要根据具体情况更改下Design和Dispaly 设置选项。
Design对话框中确定User Units选择Mils，Size大小可以再other中自由设置，图纸尺寸等信息在画电路板的过程中也可以进行更改。
Display对话框中Display选项保持默认，对enhanced display modes进行设置，主要是Filled pads、Connect line endcaps、Thermal pads等选项，图2、图3、图4显示了设置前后的区别图片,。对于Display Origin参数等，也可以设置。对Grids On参数可以在此处进行设置，也可以通过Setup—》Grids进行设置。
图 2 设置Filled Pads前后
图 3 设置Connect line endcaps前后
图 4 设置Thermal pads前后
2.2 设置铺铜参数
在Allegro中打开Shape—》Global Dynamic Shape Parameters菜单，如图5。
图 5 铺铜参数
在Shape Fill选项中，Dynamic fill选Smooth。以下给出了三种选择方式的详细说明：
Smooth勾选后会自动填充、挖空。运行DRC时，在所有的动态shape 中，产生底片输出效果的Shape外形；
Rough 产生自动挖空的效果，不过只是大体的外形样子，没有产生底片输出效果；
Disable不执行填充、挖空。
在Void controls选项中，选择Artwork format要与出片格式一致，现在基本上PCB厂都是采用RS274-X，如果Artwork format的出片格式和Artwork Control Work—》General Parameters—》Device Type不一致的话，在Create Artwork时会报错。
2.3 设置层叠结构
层叠结构的设置界面可以从Setup—》Cross-Section中进入，也可以从Setup—》Subclasses—》Etch中进如，其操作界面如图6所示。
图 6 设置层叠结构
在层叠结构设置中，Allegro中可以进行各种参数的设置。推荐只对基本参数进行设置，如层叠结构、正负片等参数。对于层叠厚度、介电常数、线宽等高级参数的设置，可以有两种方式：
1.个人设置，与PCB板制造商进行联系，获取其生产参数，如板材、介电
常数、绿油、PP片厚度等），再结合Si9000软件进行阻抗计算；最后出制板资料给PCB制造商，要板厂进行控制阻抗，这样的好处是，一般情况制造商不会改动制板资料，要动也是很微小的调整
2.由PCB制造商设置，板厂会按我们要求的阻抗，对资料进行微调，比如
调整线宽线距从而达到我们要求的阻抗。
个人推荐第二种方式。以一块8层板为例，Cross section内层的电源/地层都设置成了Negative，负片形式。信号层，不论外层还是内层，都是正片。关于层叠的正片或者负片，在光绘控制中也会涉及。
3. 光绘控制
3.1 出片设置
选择菜单Manufacture—>Artwork…，出现如图7所示Artwork Control Form
对话框，下图给出了基本参数设置。
图7 出片设置
Device type：底片生成格式，选Gerber RS274X；
Film size limits：底片稿图形范围，用默认值就可以了；
Coordinate type：坐标类型，用默认值Absolute；
Error action：指定错误发生时处理方式：
选择Abort film只停止转换这层的Gerber文件，继续转换其它层的Gerber文件。
选择Abort all则停止后不再处理其它的Gerber文件。错误情况，将会被记录到photoplot.log文件中。
Format：数据格式，保持默认设置即可；
Integer places：5，5位整数；Decimal Places：3，3位小数；
Output options：选用默认值；
Suppress：可选用默认值或都不选；
Leading zeros：表示前省零。
Trailing zeros：表示后省零。
Equal coordinates：简化相同的坐标。
Output units：输出单位选择，与电路板画板时选择的单位一致，一般用Inches；
Scale factor for output：输出Gerber文件的比例，默认为1。
单击“Artwork Control Film”对话框的“OK”按钮，关闭此对话框。相关参数设置将被写入工作目录的art_param.txt文件中。若要查看art_param.txt，可以再File—》View Log中直接查看。
设置好参数，执行Create Artwork时经常会出现以下两个警告。警告1如图8所示，警告2如图10所示。
图8 执行Create Artwork警告1
这个警告是提示Artwork里面的底片格式与动态Shape里面底片格式参数设置不一致，只要把动态Shape里面的Artwork format与底片参数的Device Type 一致就可以了，如图9所示。
图9 铺铜参数
图10执行Create Artwork警告2
该警告显示底片文件精度不够，需要根据文件的精度进行设置Integer Places、Decimal Places，如图11进行更改。
图11 底片精度设置
设置完成后，会生成一个.txt文档，保存着设置的参数等内容，可以通过File—》File Viewer命令，查看该文档，文档名字art_param.txt。
3.2 底片控制
3.2.1 参数设置
在主菜单中选择Manufacture—》Artwork命令，弹出“Artwork Control Film”对话框，选择“Film Control”页面，如图12所示。
图12 底片参数设置
下面重点对Film Options中的参数进行解读。
Film name：底片名称，显示当前选中的底片名称；
Rotation：指底片的旋转角度和Offset X/Y坐标数据与指定原点偏移值，一般使用默认值0；
Undefined line width：0线宽定义值，是PCB上有些0线宽的线段（主要是电路设计者自己定义的一些0线宽，例如，本人就常把Assembly的线定义成0线宽）在转成底片时线宽，一般可以5 mil；
Shape bounding box：板子Outline外扩的隔离线，只有负片才有用，一般使用100 mil，表示板边周围的隔离线(Anti etch)，由Outline的中心线往外扩100mil；
Plot mode：底片输出模式，Positive：正片，Negative：负片。信号层面一般都用Positive，电源，地层面一般使用Negative；
Film mirrored：底片镜像，一般情况不需要镜像；
Full Contact Thermal-Reliefs：忽略Thermal采用全连接，Pad的Thermal-Relief 无效，这个选项只针对负片有用，是让连接Plane层面的所有Pin脚都用全连接方式与Plane层面连接，不使用Flash焊盘连接，这样会加速散热，可以增加过孔电流通过能力。如果板子上的via过孔没有设计Flash Symbol的话，勾不勾选此项，都是full Contact。一般情况下，不建议勾选此项。
Drawing Missing Pad Pictures：在Aperture中无法直接描述的D-code的焊盘，采用Line Draw的方式描绘；
Use Aperture Rotation：旋转镜头，一般情况下不需要；
Suppress unconnected pads：去除未连接的焊盘，内层走线层可使用，一般情况下不选；
Vector based pad behavior：用向量来描述镜头，只有在Gerber RS274X中才有用，此项默认选择，对于Raster-based数据，若不选择此项，那么负片转出的隔离盘为被此处的孔掏空的样式，如图13所示。
图13 有无Vector based pad behavior区别
3.2.2 增加或者删除底片及其参数
对于一个设计完成的电路板，经过检查，没有错误，并且成功生成光绘文件时，它应该包含一系列.art后缀的文件。以一个八层板为例，如图14所示。共有底片15个，包括，8个层（信号层、电源/地层，Top、G1、S1、G2、P2、P3、G3、Bottom），1个Drill文件，1个silkscreen top层，1个silkscreen bottom层，1个soldermask top层，1个soldermask bottom层，1个pastemask top层，1个pastemask bottom层。其中，前面8个底片文件给出了八个层上的Pin、Via、Etch 等参数；1个silkscreen top底片文件，给出了Refdes、Package Geometry、Board Geometry在silkscreen top层的参数；1个silkscreen Bottom底片文件，同理；1个soldermask top层，给出了Pin、Via、Package Geometry、Board Geometry在soldermask top层的参数；1个soldermask bottom层，同理；1个pastemask top 层，给出了Pin在pastemask top层的参数，1个pastemask bottom层，同理。其具体参数说明详见图15。
总体而言，对一般的电路设计，如果层叠为N层，那么在出底片时的数量就是（N+7）层，多的7层就是1个silkscreen top层，1个silkscreen bottom层，1个soldermask top层，1个soldermask bottom层，1个pastemask top层，1个pastemask bottom层，1个Drill文件。
需要说明的是，如果底片格式为Gerber 274X，那么在负片参数选择时，不要选择Antietch参数，Antietch参数是在Gerber 274D底片格式的负片中使用，在Gerber 274X负片中不需要，如图16所示。可以看到，在Gerber 274X负片中，如果使用了Antietch参数，得到的底片文件中的分割线无法看到。具体原因如下：一般情况下，Antietch主要用于划分电源/地层，在划分完成后，电源/地层上会形成很多相对独立的Etch，每个Etch都有一个Net属性。这时候，在出底片文件时，各个Etch之间会有一个由Antietch分割造成的空白，在出底片文件时也是空白，但是，如果在出底片文件时，将Antietch选上，那么，Etch之间的空白区域正好被Antietch填充了，所以，就无法分辨电源/地上的各个Etch了。
此外，在出光绘文件时，对于Plane的区域，包括电源/地层，以及表面覆铜接地的层，可以选择动态铜箔出Gerber文件，也可以选择静态铜箔。
图14 8层板的底片层
图15 8层板光绘的典型参数
图16 无有Antietch的负片Gerber区别
4.检查
经过底片控制参数设定后，在正式Create Artwork之前，需要对设计的电路板进行检查，确定无误，才能生成底片文件。在检查时，着重检查以下几个方面。
4.1 DRC Check
每个板子在出Gerber之前，必须先Run DRC以确保板子不存在致命错误。执行DRC可以通过以下命令。
1．执行Tools—》Update DRC，在命令框中看到如下提示，如图17；
图17 执行Update DRC的命令框显示
2．执行Display—》Status，出现以下界面，如图18，选择Update DRC，在命令框中看到如图17提示。
图18 执行Update DRC
4.2 检查动态Shape
检查动态Shape，也可以通过以下途径。
1.执行Display—》Status，出现图18界面，在Shapes选项中，如果Update to
Smooth是灰色的，则已OK，否则要选择Update to Smooth；
2.执行Shape—》Global Dynamic Shape Parameters，如图19，在Shape Fill选项
中进行选择。
图19 执行动态shape
4.3 Datasheet Check
在Film Control左下方有一个check database before artwork，选择出底片前做一次datasheet检查，如果有检查到error，相应的那张底片将无法生成，所以在出底片前最后先执行菜单Tools—》Database check（DB Check），将出现的问题解决掉。
推荐DB check在出artwork和NC这两项之前都要用，执行DB check，通过Tools—》Database Check执行。
5.生成Gerber文件
至此，生成Gerber文件就成为了水到渠成的事情了，执行Manufacture—》Artwork文件，在Available films下选择要输出的films，点击Create Artwork按钮执行命令产生.art后缀的artwork files。点击Viewlog按钮，查看photoplotlog 文件，确保所以底片文件被准确的建立。在生成Gerber文件时，经常会出现以下的Warning，“---- Photoplot outline rectangle not found ... using drawing extents”，这是在说你没有画photoplot outline，软件自动帮你用drawing extents代替了，这个warming问题不大。
此外，有些文章中讲到泪滴（teardrop），泪滴在PCB上有以下的作用：
1.避免电路板受到巨大外力的冲撞时，导线与焊盘或者导线与导孔的接触点
断开，也可使PCB电路板显得更加美观；
2.焊接上，可以保护焊盘，避免多次焊接是焊盘的脱落，生产时可以避免蚀
刻不均，过孔偏位出现的裂缝等；
3.信号传输时平滑阻抗，减少阻抗的急剧跳变，避免高频信号传输时由于线
宽突然变小而造成反射，可使走线与元件焊盘之间的连接趋于平稳过渡
化。
因此，推荐在出Gerber之前加泪滴。注意，不要过早为PCB设计加上泪滴，那会对之后的设计不好，泪滴最好在出Gerber之前加上，并通过各项检查无误，再出Gerber文件。
6.钻孔数据文件
钻孔文件为加工PCB板的数控板床提供了加工方法，如果没有钻孔文件就无法对PCB板进行加工，各层之间就不能进行互连。
6.1 钻孔参数设置
执行Manufacture—》NC—》NC Parameters，进入操作界面，如图20所示。
图20 钻孔参数设置
钻孔参数基本保持默认设置，只是注意几个参数要和底片设置的参数一致。关闭窗口后，生成钻孔参数文件，后缀名.txt，可以在File—》File Viewer中进行查看。
6.2 产生NC Drill
执行Manufacture—》NC—》NC Drill，进入操作界面，如图21所示。保持默认设置，按下Drill键产生钻孔文件。
以上参数是否选择关系不大，板厂都能处理，所以一般都用默认值，点击按钮Drill，产生. drl后缀的钻孔数据文件。
图21 产生NC Drill
6.3 产生NC Route
当板子上有椭圆孔或矩形孔如图22时，需要出一个铣刀数据文件，需要执行这一步，生成NC Route数据文件
图22 椭圆孔
执行Manufacture—》NC—》NC Route，保持默认参数设置，按下Route生成需要的Route文件。
7.向PCB制造商提供的文件
一般情况下，需要向PCB板制造商提供的具体文件如图23所示，包括以下文件：
1. 输出的所有层面的.art底片文件；
2. 输出的.drl文件（板子上有钻孔时需要）；
3. 输出的.rou文件（板子上有椭圆孔或矩形孔时需要）。
图23 向PCB制造商提供的文件
对于文件中有特殊要求的地方，可以再向PCB板制造商提供一个说明文档，或者通过其他方式进行沟通。
8. 总结
文章给出了在PCB电路设计完成后，Allegro输出制板需要的Gerber文件时的步骤。通过对图纸、铺铜、层叠等光绘文件进行参数设置，对各层需要输出的底片参数进行详细讲解。设置完成，在通过一系列检查，确认无误后，输出Gerber 文件和钻孔文件，并根据需要向PCB制造商提供制板所需材料。