一種伺服綜合控制電路的研制
2017-7-11 來(lái)源：陜西華經(jīng)微電子股份有限公司 作者：甘建峰
摘要：文中總結(jié)了一種用于航空的伺服綜合控制電路的研制，詳細(xì)地介紹了該電路的電路原理、研制方法、技術(shù)難點(diǎn)和測(cè)試原理等問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：伺服；電路；綜合；控制
１概述
航空的伺服綜合控制電路為專用電路，在測(cè)試時(shí)要外接相應(yīng)的線路構(gòu)成一局部系統(tǒng)，才能進(jìn)行全部指標(biāo)的調(diào)試。
該產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)如下：
電源電壓范圍（ＵＣＣ１）５ Ｖ±０．２ Ｖ；電源電壓范圍（ＵＣＣ２）＋１５ Ｖ±０．５ Ｖ；電源 電 壓 范 圍 （ＵＥＥ）－１５ Ｖ±０．５ Ｖ；工作溫度范圍（ＴＡ）－５５℃～＋１２５℃。
其電特性如表１。
表１ 電特性
２ 外形尺寸及引腳定義
外形尺寸見圖１；引腳定義見表２
圖１ 外形尺寸
３.電路原理及測(cè)試方法
３．１ 研發(fā)支撐文件
（１）伺服綜合控制電路技術(shù)協(xié)議書；
（２）ＧＪＢ２４３８Ａ－２００２ 《混合集成電路通用規(guī)范》。
３．２ 電路組成及工作原理
伺服綜合控制電路是由監(jiān)控電路、解調(diào)電路、綜合電路組成。監(jiān)控電路是將前級(jí)監(jiān)測(cè)到的小信號(hào)經(jīng)過(guò)多級(jí)放大，其中一路輸入到故障門限電路，通過(guò)故障門限電路的狀態(tài)來(lái)控制后級(jí)電路；解調(diào)電路是將放大信號(hào)通過(guò) ＣＭＯＳ模擬開關(guān)來(lái)控制后級(jí)電路；綜合電路中集成有比較器和與非門，與外圍電路一起構(gòu)成一個(gè)小系統(tǒng)來(lái)控制后級(jí)的狀態(tài)。三個(gè)分系統(tǒng)相互影響、相互關(guān)聯(lián)，共同構(gòu)成了伺服綜合控制電路。該電路主要由放 大 器 ＬＭ１４８、比較器 ＬＭ１３９與非門５４ ＨＣＴ００、ＣＭＯＳ模擬開關(guān) ＤＧ－３０３Ａ、二 極管１Ｎ４１４８、北元六電容和外圍電阻組成。 由于體積小，元器件數(shù)量較多，因此，采用陜西華經(jīng)微電子股份有限公司成熟的厚膜集成工藝 。電路中的電容采用片式化的，首選ＮＰＯ材料或Ｘ７Ｒ材料；電阻采用印刷電阻，電阻漿料選用杜邦公司的優(yōu)質(zhì)漿料；集成塊選用合格供應(yīng)商提供的裸芯片集成電路。電路原理如圖２。
表２ 引腳定義
圖２ 電原理圖
３．３ 測(cè)試方法
電路測(cè)試原理圖如圖３所示。
（１）準(zhǔn)備工作初始 各 開 關(guān) 均 處 于 斷 開 狀 態(tài)；ＵＣＣ１＝ ＋５ Ｖ±０．２ Ｖ，ＵＣＣ２＝ ＋１５ Ｖ±０．５ Ｖ，ＵＥＥ＝－１５ Ｖ±０．５ Ｖ；信號(hào)源開啟，＋２７ Ｖ±０．２ Ｖ直流信號(hào)開啟；按測(cè)試原理圖３接線；下述測(cè)量參考地為１３腳。
圖３ 電路測(cè)試原理圖
（２）綜合放大增益 Ａ１閉合 Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ７、Ｋ１１、Ｋ１２、Ｋ１４（其余開關(guān)保持?jǐn)嚅_），接通電源 ＶＣＣ１、ＶＣＣ２、ＶＥＥ，調(diào)節(jié)信號(hào)源為直流信號(hào)１ Ｖ，測(cè)５腳對(duì)地電壓 Ｖ５和１０腳對(duì)地電壓 Ｖ１０，︱Ｖ１０／Ｖ５︱即為綜合放大增益 Ａ１，Ａ１應(yīng)符合表１的規(guī)定。
（３）綜合放大增益 Ａ２閉合 Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ９、Ｋ１１、Ｋ１２（其余開關(guān)保持?jǐn)嚅_），接通電源 ＶＣＣ１、ＶＣＣ２、ＶＥＥ，調(diào)節(jié)信號(hào)源為直流信號(hào)－１ Ｖ，測(cè)２９腳對(duì)地電壓 Ｖ２９和 Ａ１５對(duì)地電壓 ＶＡ１５，︱ＶＡ１５／Ｖ２９︱即為綜合放大增益 Ａ２，Ａ２應(yīng)符合表１的規(guī)定。
（４）解調(diào)器增益 Ａ３閉合 Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ８、Ｋ１０、Ｋ１３（其余開關(guān)保持?jǐn)嚅_），接通電源 ＶＣＣ１、ＶＣＣ２、ＶＥＥ，調(diào)節(jié)信號(hào)源為直流信號(hào)１ Ｖ，測(cè)Ｂ１４對(duì)地電壓 ＶＢ１４和４４腳對(duì)地電壓 Ｖ４４，︱Ｖ４４／ＶＢ１４︱即為解調(diào)器增益 Ａ３，Ａ３應(yīng)符合表１的規(guī)定。
（５）故障門限 ＶＧＺ閉合 Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ５、Ｋ６、Ｋ７、Ｋ１１、Ｋ１２（其余開關(guān)保持?jǐn)嚅_），接通電源 ＶＣＣ１、ＶＣＣ２、ＶＥＥ，調(diào)節(jié)信號(hào)源（直流信號(hào)）從 ０ 開始向正方向由小到大改變電壓值，監(jiān)視芯片１４腳，當(dāng)１４腳有輸出時(shí)（≥２Ｖ）測(cè)１腳對(duì)地電壓 Ｖ１，此 時(shí)︱Ｖ１︱即 為 故 障 門 限 ＶＧＺ，ＶＧＺ應(yīng)符合表１的規(guī)定。
（６）輸出零位電壓 ＶＺＥＲ（）閉合 Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ１１、Ｋ１２（其余開關(guān)保持?jǐn)嚅_），接 通 電源 ＶＣＣ１、ＶＣＣ２、ＶＥＥ，測(cè) ５ 腳 對(duì) 地 電 壓Ｖ，此時(shí)︱Ｖ︱即為輸出零位電壓 ＶＺＥＲＯ，ＶＺＥＲＯ 應(yīng)符合表１的規(guī)定。
（７）比較器閥值 Ｖ 閉合 Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ６、Ｋ１１、Ｋ１２、Ｋ１５（其余開關(guān)保持?jǐn)嚅_），接通電源 ＶＣＣ１、ＶＣＣ２、ＶＥＥ，測(cè)３３腳對(duì)地電壓 Ｖ３３，此時(shí)︱Ｖ３３︱即為比較器閥值 Ｖ 閥，Ｖ閥應(yīng)符合表１的規(guī)定。
（８）絕緣電阻 ＲＪ室溫下用超高值絕緣電阻測(cè)試儀在直流１００ Ｖ條件下測(cè)外殼和地之間的電阻值應(yīng)符合表１規(guī)定。
４ 技術(shù)難點(diǎn)及解決方案
４．１ 高密度集成及細(xì)線工藝
該產(chǎn)品電路較為復(fù)雜，所用元件較多，在有限的外殼體積下，必須提高集成密度才能合理完成布版。在研制過(guò)程中為解決高密度集成問(wèn)題重點(diǎn)攻關(guān)了細(xì)線工藝。細(xì)線工藝的重點(diǎn)是控制細(xì)線的分辨率，保證印刷線條表面光滑、無(wú)毛刺、無(wú)斷線、根根分明，以確保導(dǎo)帶不會(huì)短路或斷路。在厚膜印刷中，影響細(xì)線分辨率的主要因素有以下幾個(gè)方面：絲網(wǎng)的目數(shù)及張力、掩膜、漿料、印刷參數(shù)等。采用措施：（１）絲網(wǎng)采用４００目不銹鋼絲網(wǎng)，在網(wǎng)版制作上采用先進(jìn)的水洗膜制作工藝，替代了原有的制網(wǎng)工藝，使圖形邊緣清晰度更高，無(wú)毛刺、更加平整，漏印效果非常好；（２）選擇粘度適中，具有較高的觸變性和較好的凝膠效應(yīng)的５７系列杜邦漿料，確保了導(dǎo)帶根根分明；（３）在印刷時(shí)保證刮板沿線條方向刮料，減少了線條短路的幾率，同時(shí)也減小了布線間的串繞。通過(guò)以上措施，經(jīng)過(guò)反復(fù)的工藝實(shí)驗(yàn)，目前，細(xì)線印刷最 小 線 寬 可 達(dá) 到１００μｍ，最 小 線 間 距 可 達(dá) 到１２５μｍ，印刷合格率可達(dá)到８０％以上，并制定了相應(yīng)的工藝文件。
４．２ 解決內(nèi)部水汽含量
本試驗(yàn)是測(cè)定該電路內(nèi)部氣體中的水汽含量，在初樣階段，電路封裝后做內(nèi)部水汽含量試驗(yàn)，比標(biāo)準(zhǔn)的要求差的很遠(yuǎn)。查找原因，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電膠、高溫環(huán)氧、焊膏里分別有水汽。針對(duì)此情況，通過(guò)提高烘干溫度、延長(zhǎng)烘干時(shí)間和在蓋板上印刷水汽吸收劑等特殊工藝后，嚴(yán)格按照以上措施操作后，解決了內(nèi)部水汽含量問(wèn)題。
４．３ 關(guān)于測(cè)試準(zhǔn)確性的問(wèn)題
在產(chǎn)品測(cè)試過(guò)程中，容易出現(xiàn)開始測(cè)試時(shí)輸出電壓偏高，半分鐘左右后電壓才能恢復(fù)正常的現(xiàn)象，這主要是由于該產(chǎn)品內(nèi)是由相互關(guān)聯(lián)的多個(gè)小系統(tǒng)構(gòu)成，在整機(jī)測(cè)試時(shí)各系統(tǒng)同時(shí)工作，而在單獨(dú)測(cè)試該產(chǎn)品時(shí)只能分系統(tǒng)各個(gè)測(cè)試。在測(cè)試一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，其余系統(tǒng)就處于懸空空載狀態(tài)，這樣不工作的引出腳就容易積攢電荷，通過(guò)電路內(nèi)部的放大電路將干擾放大，所以在測(cè)試時(shí)要將產(chǎn)品的引出腳在防靜電膜上插一下將靜電放掉。
５協(xié)議和實(shí)測(cè)電特性對(duì)比
協(xié)議和實(shí)測(cè)電特性對(duì)比表見表３。
表３ 協(xié)議和實(shí)測(cè)電特性對(duì)比表
６.結(jié)論
該產(chǎn)品為用戶專用產(chǎn)品，研制成功后在用戶整機(jī)上測(cè)試滿足要求。同時(shí)該產(chǎn)品高密度集成、體積小、重量輕、全金屬屏蔽封殼使用戶整機(jī)體積和重量大幅下降，滿足了航空產(chǎn)品減重的發(fā)展趨勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
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