一种伺服综合控制电路的研制
2017-7-11 来源：陕西华经微电子股份有限公司 作者：甘建峰
摘要：文中总结了一种用于航空的伺服综合控制电路的研制，详细地介绍了该电路的电路原理、研制方法、技术难点和测试原理等问题。
关键词：伺服；电路；综合；控制
１概述
航空的伺服综合控制电路为专用电路，在测试时要外接相应的线路构成一局部系统，才能进行全部指标的调试。
该产品的主要技术指标如下：
电源电压范围（ＵＣＣ１）５ Ｖ±０．２ Ｖ；电源电压范围（ＵＣＣ２）＋１５ Ｖ±０．５ Ｖ；电源 电 压 范 围 （ＵＥＥ）－１５ Ｖ±０．５ Ｖ；工作温度范围（ＴＡ）－５５℃～＋１２５℃。
其电特性如表１。
表１ 电特性
２ 外形尺寸及引脚定义
外形尺寸见图１；引脚定义见表２
图１ 外形尺寸
３.电路原理及测试方法
３．１ 研发支撑文件
（１）伺服综合控制电路技术协议书；
（２）ＧＪＢ２４３８Ａ－２００２ 《混合集成电路通用规范》。
３．２ 电路组成及工作原理
伺服综合控制电路是由监控电路、解调电路、综合电路组成。监控电路是将前级监测到的小信号经过多级放大，其中一路输入到故障门限电路，通过故障门限电路的状态来控制后级电路；解调电路是将放大信号通过 ＣＭＯＳ模拟开关来控制后级电路；综合电路中集成有比较器和与非门，与外围电路一起构成一个小系统来控制后级的状态。三个分系统相互影响、相互关联，共同构成了伺服综合控制电路。该电路主要由放 大 器 ＬＭ１４８、比较器 ＬＭ１３９与非门５４ ＨＣＴ００、ＣＭＯＳ模拟开关 ＤＧ－３０３Ａ、二 极管１Ｎ４１４８、北元六电容和外围电阻组成。 由于体积小，元器件数量较多，因此，采用陕西华经微电子股份有限公司成熟的厚膜集成工艺 。电路中的电容采用片式化的，首选ＮＰＯ材料或Ｘ７Ｒ材料；电阻采用印刷电阻，电阻浆料选用杜邦公司的优质浆料；集成块选用合格供应商提供的裸芯片集成电路。电路原理如图２。
表２ 引脚定义
图２ 电原理图
３．３ 测试方法
电路测试原理图如图３所示。
（１）准备工作初始 各 开 关 均 处 于 断 开 状 态；ＵＣＣ１＝ ＋５ Ｖ±０．２ Ｖ，ＵＣＣ２＝ ＋１５ Ｖ±０．５ Ｖ，ＵＥＥ＝－１５ Ｖ±０．５ Ｖ；信号源开启，＋２７ Ｖ±０．２ Ｖ直流信号开启；按测试原理图３接线；下述测量参考地为１３脚。
图３ 电路测试原理图
（２）综合放大增益 Ａ１闭合 Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ７、Ｋ１１、Ｋ１２、Ｋ１４（其余开关保持断开），接通电源 ＶＣＣ１、ＶＣＣ２、ＶＥＥ，调节信号源为直流信号１ Ｖ，测５脚对地电压 Ｖ５和１０脚对地电压 Ｖ１０，︱Ｖ１０／Ｖ５︱即为综合放大增益 Ａ１，Ａ１应符合表１的规定。
（３）综合放大增益 Ａ２闭合 Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ９、Ｋ１１、Ｋ１２（其余开关保持断开），接通电源 ＶＣＣ１、ＶＣＣ２、ＶＥＥ，调节信号源为直流信号－１ Ｖ，测２９脚对地电压 Ｖ２９和 Ａ１５对地电压 ＶＡ１５，︱ＶＡ１５／Ｖ２９︱即为综合放大增益 Ａ２，Ａ２应符合表１的规定。
（４）解调器增益 Ａ３闭合 Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ８、Ｋ１０、Ｋ１３（其余开关保持断开），接通电源 ＶＣＣ１、ＶＣＣ２、ＶＥＥ，调节信号源为直流信号１ Ｖ，测Ｂ１４对地电压 ＶＢ１４和４４脚对地电压 Ｖ４４，︱Ｖ４４／ＶＢ１４︱即为解调器增益 Ａ３，Ａ３应符合表１的规定。
（５）故障门限 ＶＧＺ闭合 Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ５、Ｋ６、Ｋ７、Ｋ１１、Ｋ１２（其余开关保持断开），接通电源 ＶＣＣ１、ＶＣＣ２、ＶＥＥ，调节信号源（直流信号）从 ０ 开始向正方向由小到大改变电压值，监视芯片１４脚，当１４脚有输出时（≥２Ｖ）测１脚对地电压 Ｖ１，此 时︱Ｖ１︱即 为 故 障 门 限 ＶＧＺ，ＶＧＺ应符合表１的规定。
（６）输出零位电压 ＶＺＥＲ（）闭合 Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ１１、Ｋ１２（其余开关保持断开），接 通 电源 ＶＣＣ１、ＶＣＣ２、ＶＥＥ，测 ５ 脚 对 地 电 压Ｖ，此时︱Ｖ︱即为输出零位电压 ＶＺＥＲＯ，ＶＺＥＲＯ 应符合表１的规定。
（７）比较器阀值 Ｖ 闭合 Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ６、Ｋ１１、Ｋ１２、Ｋ１５（其余开关保持断开），接通电源 ＶＣＣ１、ＶＣＣ２、ＶＥＥ，测３３脚对地电压 Ｖ３３，此时︱Ｖ３３︱即为比较器阀值 Ｖ 阀，Ｖ阀应符合表１的规定。
（８）绝缘电阻 ＲＪ室温下用超高值绝缘电阻测试仪在直流１００ Ｖ条件下测外壳和地之间的电阻值应符合表１规定。
４ 技术难点及解决方案
４．１ 高密度集成及细线工艺
该产品电路较为复杂，所用元件较多，在有限的外壳体积下，必须提高集成密度才能合理完成布版。在研制过程中为解决高密度集成问题重点攻关了细线工艺。细线工艺的重点是控制细线的分辨率，保证印刷线条表面光滑、无毛刺、无断线、根根分明，以确保导带不会短路或断路。在厚膜印刷中，影响细线分辨率的主要因素有以下几个方面：丝网的目数及张力、掩膜、浆料、印刷参数等。采用措施：（１）丝网采用４００目不锈钢丝网，在网版制作上采用先进的水洗膜制作工艺，替代了原有的制网工艺，使图形边缘清晰度更高，无毛刺、更加平整，漏印效果非常好；（２）选择粘度适中，具有较高的触变性和较好的凝胶效应的５７系列杜邦浆料，确保了导带根根分明；（３）在印刷时保证刮板沿线条方向刮料，减少了线条短路的几率，同时也减小了布线间的串绕。通过以上措施，经过反复的工艺实验，目前，细线印刷最 小 线 宽 可 达 到１００μｍ，最 小 线 间 距 可 达 到１２５μｍ，印刷合格率可达到８０％以上，并制定了相应的工艺文件。
４．２ 解决内部水汽含量
本试验是测定该电路内部气体中的水汽含量，在初样阶段，电路封装后做内部水汽含量试验，比标准的要求差的很远。查找原因，发现导电胶、高温环氧、焊膏里分别有水汽。针对此情况，通过提高烘干温度、延长烘干时间和在盖板上印刷水汽吸收剂等特殊工艺后，严格按照以上措施操作后，解决了内部水汽含量问题。
４．３ 关于测试准确性的问题
在产品测试过程中，容易出现开始测试时输出电压偏高，半分钟左右后电压才能恢复正常的现象，这主要是由于该产品内是由相互关联的多个小系统构成，在整机测试时各系统同时工作，而在单独测试该产品时只能分系统各个测试。在测试一个系统时，其余系统就处于悬空空载状态，这样不工作的引出脚就容易积攒电荷，通过电路内部的放大电路将干扰放大，所以在测试时要将产品的引出脚在防静电膜上插一下将静电放掉。
５协议和实测电特性对比
协议和实测电特性对比表见表３。
表３ 协议和实测电特性对比表
６.结论
该产品为用户专用产品，研制成功后在用户整机上测试满足要求。同时该产品高密度集成、体积小、重量轻、全金属屏蔽封壳使用户整机体积和重量大幅下降，满足了航空产品减重的发展趋势，具有广阔的应用前景。
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