一種伺服綜合控制電路的研制
2017-7-11 來源：陜西華經(jīng)微電子股份有限公司 作者：甘建峰
摘要：文中總結了一種用于航空的伺服綜合控制電路的研制，詳細地介紹了該電路的電路原理、研制方法、技術難點和測試原理等問題。
關鍵詞：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，在測試時要外接相應的線路構成一局部系統(tǒng)，才能進行全部指標的調(diào)試。
該產(chǎn)品的主要技術指標如下：
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.電路原理及測試方法
３．１ 研發(fā)支撐文件
（１）伺服綜合控制電路技術協(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)控電路是將前級監(jiān)測到的小信號經(jīng)過多級放大，其中一路輸入到故障門限電路，通過故障門限電路的狀態(tài)來控制后級電路；解調(diào)電路是將放大信號通過 ＣＭＯＳ模擬開關來控制后級電路；綜合電路中集成有比較器和與非門，與外圍電路一起構成一個小系統(tǒng)來控制后級的狀態(tài)。三個分系統(tǒng)相互影響、相互關聯(lián)，共同構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 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 測試方法
電路測試原理圖如圖３所示。
（１）準備工作初始 各 開 關 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；信號源開啟，＋２７ Ｖ±０．２ Ｖ直流信號開啟；按測試原理圖３接線；下述測量參考地為１３腳。
圖３ 電路測試原理圖
（２）綜合放大增益 Ａ１閉合 Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ７、Ｋ１１、Ｋ１２、Ｋ１４（其余開關保持斷開），接通電源 ＶＣＣ１、ＶＣＣ２、ＶＥＥ，調(diào)節(jié)信號源為直流信號１ Ｖ，測５腳對地電壓 Ｖ５和１０腳對地電壓 Ｖ１０，︱Ｖ１０／Ｖ５︱即為綜合放大增益 Ａ１，Ａ１應符合表１的規(guī)定。
（３）綜合放大增益 Ａ２閉合 Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ９、Ｋ１１、Ｋ１２（其余開關保持斷開），接通電源 ＶＣＣ１、ＶＣＣ２、ＶＥＥ，調(diào)節(jié)信號源為直流信號－１ Ｖ，測２９腳對地電壓 Ｖ２９和 Ａ１５對地電壓 ＶＡ１５，︱ＶＡ１５／Ｖ２９︱即為綜合放大增益 Ａ２，Ａ２應符合表１的規(guī)定。
（４）解調(diào)器增益 Ａ３閉合 Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ８、Ｋ１０、Ｋ１３（其余開關保持斷開），接通電源 ＶＣＣ１、ＶＣＣ２、ＶＥＥ，調(diào)節(jié)信號源為直流信號１ Ｖ，測Ｂ１４對地電壓 ＶＢ１４和４４腳對地電壓 Ｖ４４，︱Ｖ４４／ＶＢ１４︱即為解調(diào)器增益 Ａ３，Ａ３應符合表１的規(guī)定。
（５）故障門限 ＶＧＺ閉合 Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ５、Ｋ６、Ｋ７、Ｋ１１、Ｋ１２（其余開關保持斷開），接通電源 ＶＣＣ１、ＶＣＣ２、ＶＥＥ，調(diào)節(jié)信號源（直流信號）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１４腳有輸出時（≥２Ｖ）測１腳對地電壓 Ｖ１，此 時︱Ｖ１︱即 為 故 障 門 限 ＶＧＺ，ＶＧＺ應符合表１的規(guī)定。
（６）輸出零位電壓 ＶＺＥＲ（）閉合 Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ１１、Ｋ１２（其余開關保持斷開），接 通 電源 ＶＣＣ１、ＶＣＣ２、ＶＥＥ，測 ５ 腳 對 地 電 壓Ｖ，此時︱Ｖ︱即為輸出零位電壓 ＶＺＥＲＯ，ＶＺＥＲＯ 應符合表１的規(guī)定。
（７）比較器閥值 Ｖ 閉合 Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ６、Ｋ１１、Ｋ１２、Ｋ１５（其余開關保持斷開），接通電源 ＶＣＣ１、ＶＣＣ２、ＶＥＥ，測３３腳對地電壓 Ｖ３３，此時︱Ｖ３３︱即為比較器閥值 Ｖ 閥，Ｖ閥應符合表１的規(guī)定。
（８）絕緣電阻 ＲＪ室溫下用超高值絕緣電阻測試儀在直流１００ Ｖ條件下測外殼和地之間的電阻值應符合表１規(guī)定。
４ 技術難點及解決方案
４．１ 高密度集成及細線工藝
該產(chǎn)品電路較為復雜，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。在研制過程中為解決高密度集成問題重點攻關了細線工藝。細線工藝的重點是控制細線的分辨率，保證印刷線條表面光滑、無毛刺、無斷線、根根分明，以確保導帶不會短路或斷路。在厚膜印刷中，影響細線分辨率的主要因素有以下幾個方面：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的５７系列杜邦漿料，確保了導帶根根分明；（３）在印刷時保證刮板沿線條方向刮料，減少了線條短路的幾率，同時也減小了布線間的串繞。通過以上措施，經(jīng)過反復的工藝實驗，目前，細線印刷最 小 線 寬 可 達 到１００μｍ，最 小 線 間 距 可 達 到１２５μｍ，印刷合格率可達到８０％以上，并制定了相應的工藝文件。
４．２ 解決內(nèi)部水汽含量
本試驗是測定該電路內(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，比標準的要求差的很遠。查找原因，發(fā)現(xiàn)導電膠、高溫環(huán)氧、焊膏里分別有水汽。針對此情況，通過提高烘干溫度、延長烘干時間和在蓋板上印刷水汽吸收劑等特殊工藝后，嚴格按照以上措施操作后，解決了內(nèi)部水汽含量問題。
４．３ 關于測試準確性的問題
在產(chǎn)品測試過程中，容易出現(xiàn)開始測試時輸出電壓偏高，半分鐘左右后電壓才能恢復正常的現(xiàn)象，這主要是由于該產(chǎn)品內(nèi)是由相互關聯(lián)的多個小系統(tǒng)構成，在整機測試時各系統(tǒng)同時工作，而在單獨測試該產(chǎn)品時只能分系統(tǒng)各個測試。在測試一個系統(tǒng)時，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，通過電路內(nèi)部的放大電路將干擾放大，所以在測試時要將產(chǎn)品的引出腳在防靜電膜上插一下將靜電放掉。
５協(xié)議和實測電特性對比
協(xié)議和實測電特性對比表見表３。
表３ 協(xié)議和實測電特性對比表
６.結論
該產(chǎn)品為用戶專用產(chǎn)品，研制成功后在用戶整機上測試滿足要求。同時該產(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，具有廣闊的應用前景。
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