【文章內(nèi)容簡介】 分電路可以和其他細(xì)分電路配合組成十的倍數(shù)的放大倍數(shù) ，是一種很受歡迎的專用集成電路。 硬件五細(xì)分，通過對正弦信號移向并組合，從而實(shí)現(xiàn)細(xì)分 。 首先介紹一下電阻鏈移向原理：根據(jù)戴維南的等值發(fā)電機(jī)原理，圖中 圖 38 電阻鏈移向原理 2 1 2 1 2 22 1 2 1 2 1 2 1 2 21 1 2 2 2 1 2 1[ ( ) /( ) ][ ( ) /( ) ] [ ( ) /( ) ][ /( ) ] [ /( ) ]abU E E E R R RE R R R R E E R R RR R R E R R R E? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? UabE 1R 1 R 2E 2 12 令： 221 2 1 2( ) /K R R R R? ? ? 則：1 1 2 2 2 1 2 11 { [ ( )] [ ( )] }abU K R R R E K R R R EK? ? ? ? 令： 2 sinE ?? 1 cosE?? 221 1 2 cosR R R t?? 222 1 2 sinR R R t?? 則： 221 2 1 2221 2 1 2( ) ( si n c os si n c os )( ) si n( )abU R R R R t tR R R R t? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 所以當(dāng)選不同的 1R 和 2R 值 時(shí)，可獲得不同的相移角 t，從而使得正弦信號得到移相的目的。此后，經(jīng)過電路的整合達(dá)到細(xì)分的目的。 實(shí)際生產(chǎn)中往往采用集成電路，電路內(nèi)部框圖如圖 39，輸入端有 sin? ， cos? ， sin??,比較電平和絕對零點(diǎn)五路輸入信號，輸出 O1,O2 ,O。首先， sin? 和 cos? 信號經(jīng)過電阻鏈 1形 成 sin? ， sin( 18 )??? ， sin( 36 )??? ， sin( 54 )??? ， sin( 72 )??? 五路信號，同理由 cos? 和sin??產(chǎn)生 ? ?sin 90??? ， sin( 108 )??? ， sin( 126 )??? ， sin( 144 )??? ， sin( 162 )??? 。經(jīng)過過零比較器產(chǎn)生十路方波信號，再經(jīng)過如圖組合的異或電路形成兩路相差 90 度 的五細(xì)分方波信號。以上就是五細(xì)分電路的基本原理。 至此，電路設(shè)計(jì)完畢。 13 圖 39 五細(xì)分電路 O001803605407209001080126014401620003607201080144016201260900540180sinco s sin比較電平絕對零輸入O2O1電 阻 鏈 14 第 4 章 光柵尺版圖制作 版圖制作概況 光柵傳感器 的設(shè)計(jì)，在基礎(chǔ)電路設(shè)計(jì)完成后，需要實(shí)現(xiàn)硬件的產(chǎn)品。而在這之前，還需要光柵傳感器的版圖制作。他作為向硬件過渡的關(guān)鍵，是基于電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，繪制電路版圖，利用軟件功能，實(shí)現(xiàn)硬件電路板的設(shè)計(jì)。根據(jù)軟件功能，布線布局安排好后，可由廠家直接生產(chǎn)電路板，實(shí)現(xiàn)硬件的設(shè)計(jì)。 本次設(shè)計(jì)采用 Protel 99 軟件完成對電路版圖的設(shè)計(jì)和制作。在設(shè)計(jì)制作中，耗用了大量的時(shí)間在布局設(shè)計(jì)上面，是本次設(shè)計(jì)最為耗時(shí)的環(huán)節(jié)。 版圖制作設(shè)計(jì) Protel 99是應(yīng)用最廣泛的電子線路設(shè)計(jì)軟件，使用簡單、易于學(xué)習(xí)、功能強(qiáng)大。此次設(shè)計(jì)使用該 軟件實(shí)現(xiàn)電路版圖的制作，繪制。為硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)提供指導(dǎo)。 由于電路設(shè)計(jì)的完成，按照原理圖，首先構(gòu)建電路圖，在軟件環(huán)境中把前面提到的電路設(shè)計(jì)思想用電路圖的形式畫出來，同時(shí)注意器件的選擇，擺放的結(jié)構(gòu)，各部分細(xì)節(jié)，都要完整，不可缺失。 軟件環(huán)境介紹 本設(shè)計(jì)的版圖繪制環(huán)境是在 Protel 99 下完成的。 Protel是 PORTEL 公司在 80 年代末推出的 EDA 軟件，在電子行業(yè)的 CAD 軟件中，它當(dāng)之無愧地排在眾多 EDA 軟件的前面，是電子設(shè)計(jì)者的首選軟件，它較早就在國內(nèi)開始使用，在國內(nèi)的普及率也最高 。 完整的板級全 方位電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它包含了電原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號仿真、多層印制電路板設(shè)計(jì)（包含印制電路板自動布線）、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能，并具有 Client/Server （客戶 /服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)，同時(shí)還兼容一些其它設(shè)計(jì)軟件的文件格式，如 ORCAD，PSPICE， EXCEL 等，其多層印制線路板的自動布線可實(shí)現(xiàn)高密度 PCB 的 100％布通率。 電路圖的繪制 啟動 Protel 99 軟件，新建 sch 文件，根據(jù)前面設(shè)計(jì)的電路，調(diào)用合適的元件，開始繪制電路圖。同電路 設(shè)計(jì)類似，電路圖的設(shè)計(jì)同樣各部分都要一一對應(yīng)。各部分功能都相應(yīng)實(shí)現(xiàn)，電路圖的設(shè)計(jì)，功能調(diào)試，完成后，進(jìn)行檢測。 15 電路圖的完成如下： 圖 41 光柵尺電路圖 電子版圖布線設(shè)計(jì) 在完成電路圖后，要對電路進(jìn)行版圖設(shè)計(jì)，這一處更加費(fèi)時(shí)費(fèi)力，把對應(yīng)的器件，電阻，模塊選取出來，放到模板上，首先確定模板范圍，然后各器件和模塊的擺放，位置的不一樣，讓布線的難易不一樣，在這一點(diǎn)上，經(jīng)過多次的實(shí)驗(yàn)，不斷地改良中，層板改為2 層，上下層，模板大小更加緊湊，精細(xì)。 下面將對版圖各部分進(jìn)行圖片示意，在版圖設(shè)計(jì)中，布局尤為關(guān) 鍵，但是還有一個(gè)不可忽視的問題存在，可實(shí)現(xiàn)性。不是所有版圖最精細(xì)，最簡省就是好的，可采用的，工藝上有些是達(dá)不到的，所以在設(shè)計(jì)中還要考慮到可實(shí)現(xiàn)性的問題，在這一方面，我缺乏經(jīng)驗(yàn)，卻得到指導(dǎo)老師的指導(dǎo)，對于一些理論存在，但無法實(shí)現(xiàn)的部分作了修改和調(diào)整，最后，將各部分圖片展示如下： 電路上層的完成版圖： 16 圖 42 上層版圖 電路下層的完成版圖： 圖 43 下層版圖 電路器件模塊布局圖： 圖 44 布局圖 版圖底層反面圖： 17 圖 45 底面圖 最終完成的版圖設(shè)計(jì)如下： 圖 46 完成圖 版圖的設(shè)計(jì)中，軟件提供 了自動布線，但是實(shí)際存在是否可以實(shí)現(xiàn)的問題，所以在版圖的設(shè)計(jì)中我經(jīng)過了多次的布線，設(shè)計(jì)，重新布局，甚至電路都改了很多次，相應(yīng)的版圖也要重新設(shè)計(jì)，這是這次設(shè)計(jì)中最為困難的一部分，直到最后的認(rèn)定可行，經(jīng)過了大量的工作和實(shí)驗(yàn)。在這過程中的辛苦和汗水換來了最后版圖設(shè)計(jì)的成功。 清單如表 41 表 41 元件清單 封裝 元件值 數(shù)量 0805 300 7 0805 2K 5 0805 43K 8 0805 100K 3 0805 220uH 1 1005 3300P 1 PAD1 0 測點(diǎn) 1 PAD1 測點(diǎn) 1 PAD1 5V 1 PAD1 90 測點(diǎn) 1 PAD1 180 測點(diǎn) 1 PAD1 GND 1 SIP3 1K 2 18 SIP3 20K 1 SIP4 20K 1 SIP5 5K 1 SIP5 CON5 1 SIP7 CON7 1 SO16 26LS31 1 SOL20 PDC9204 1 SOT23 TL431 1 主要技術(shù)性能指標(biāo) 表 42 性能指標(biāo) 量程（ mm） 0~1100 準(zhǔn)確度（ μ m/m） 177。 3（ 20177。 ℃） 測量分辨率（ μ m） m 光柵工作間隙 ~ 測量重復(fù)性 1 個(gè)分辨率 玻璃尺厚度 玻璃尺寬度 12mm 工作電壓 177。 5V 工作速度 60M/min 輸出信號 A， B 倆路正弦信號 五細(xì)分適配器 輸入波形：相差 90 度倆路正弦信號 輸出波形：相差 90 的倆路 TTL 方波信號 電纜最長 — 5M 外形尺寸（長 *寬 *高） 40mm*16mm*24mm 工作溫度 10~+50℃ 19 第 5 章 光柵尺的制造與安裝 光柵尺的制造 電子信息技術(shù) 是當(dāng)今新技術(shù)革命的核心 ,其技術(shù)基礎(chǔ)是電子元器件 (以下簡稱元器件 ) ， 其中大部分是微電子器件。元器件是電子設(shè)備和系統(tǒng)的基本單元 ,為了提高系統(tǒng)的可靠性 ,必須首先保證元器件的可靠性 ,但是即使高可靠性的元器件 ， 在最好的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)控制下 ， 仍然不可避免地會產(chǎn)生一些有缺陷、質(zhì)量不符合要求的產(chǎn)品。所以在裝機(jī)前對元器件進(jìn)行測試篩選就顯得尤其重要。 元器件篩選的目的和作用 篩選是通過檢驗(yàn)和試驗(yàn)剔除不合格或有可能早期失效產(chǎn)品的方法。檢驗(yàn)包括在規(guī)定環(huán)境條件下的目視檢查、功能測量等 ， 某些功能測試是在強(qiáng)應(yīng)力下進(jìn)行的。電 子元器件篩選分為一次篩選和二次篩選。一次篩選也稱成品篩選 , 是由元器件生產(chǎn)廠按元器件技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和訂貨合同要求進(jìn)行的出廠前篩選。二次篩選是元器件用戶在元器件到貨后進(jìn)行的篩選。 篩選的目的是有效地剔除早期失效產(chǎn)品 ， 使失效率降低到可接受的水平。元器件篩選是提高電子元器件使用可靠性的重要手段 ， 因而也是提高電子產(chǎn)品固有可靠性的有效手段。元器件經(jīng)過篩選可以發(fā)現(xiàn)并剔除在制造、工藝、材料方面的缺陷和隱患。元器件篩選對于空空導(dǎo)彈這樣在飛行任務(wù)期間沒有可能維修、可靠性指標(biāo)要求又很高的產(chǎn)品尤其重要。 元器件篩選的原理 元器件是整機(jī)的基礎(chǔ) ,它在制造過程中可能會由于本身固有的缺陷或制造工藝的控制不當(dāng) ， 在使用中形成與時(shí)間或應(yīng)力有關(guān)的失效。為了保證整批元器件的可靠性 ， 滿足整機(jī)要求 ， 必須把使用條件下可能出現(xiàn)初期失效的元器件剔除。 元器件的失效率隨時(shí)間變化的過程可以用類似“浴盆曲線”的失效率曲線來描述 ,早期失效率隨時(shí)間的增加而迅速下降 ， 使用壽命期 (或稱偶然失效期 )內(nèi)失效率基本不變。篩選的過程就是促使元器件提前進(jìn)入失效率基本保持常數(shù)的使用壽命期 ,同時(shí)在此期間剔除失效的元器件。 事物的好與壞的判別必須要有標(biāo)準(zhǔn)去衡量。判斷元器件的失效與否 是由失效判別標(biāo)準(zhǔn)即 失效判據(jù)所確定的。失效判據(jù)是質(zhì)量和可靠性的指標(biāo) ， 有時(shí)也有成本的內(nèi)涵 ， 所以元器件失效不僅指功能的完全喪失 ， 而且指電學(xué)特性或物理參數(shù)降低到不能滿足規(guī)定的要求。簡而言之 ， 產(chǎn)品失去規(guī)定的功能稱為失效。 失效一般分為現(xiàn)場失效和試驗(yàn)失效。現(xiàn)場失效一般是在裝機(jī)以后出現(xiàn)的失效 ， 因此 ， 20 我們在元器件測試篩選過程中只考慮試驗(yàn)失效。試驗(yàn)失效主要是封裝失效和電性能失效。封裝失效主要依靠環(huán)境應(yīng)力篩選來檢測。所謂環(huán)境應(yīng)力篩選 ， 即在篩選時(shí)選擇若干典型的環(huán)境因素 ， 施加于產(chǎn)品的硬件上 ， 使各種潛在的缺陷加速為早期故障 ,然后加以 排除 ,使產(chǎn)品可靠性接近設(shè)計(jì)的固有可靠性水平 ， 而不使產(chǎn)品受到疲勞損傷。在正常情況下是通過在檢測時(shí)施加一段時(shí)間的環(huán)境應(yīng)力后 ， 對外觀的檢查 (主要是鏡檢 ， 根據(jù)元器件的質(zhì)量要求 ，采用放大 10 倍對元器件外觀進(jìn)行檢測 ， 也可以根據(jù)需要安排紅外線及 X 射線檢查 ) ， 以及氣密性篩選來完成 ， 當(dāng)有特殊需要時(shí) ， 可以增加一些 DPA (破壞性物理分析 )等特殊測試 ； 這些篩選項(xiàng)目對電性能失效模式不會產(chǎn)生觸發(fā)效果。所以 ,一般將封裝失效的篩選放在前面 ,電性能失效的篩選放在后面。 電性能失效可以分為連結(jié)性失效、功能性失效和電參數(shù)失效。連結(jié)性失效指開 路、短路以及電阻值大小的變化，這類失效在元器件失效中占有較大的比例。因?yàn)樵谠骷Y選測試過程中，由于過電應(yīng)力所引起的大多為連結(jié)性失效，同時(shí) ,連結(jié)性失效可以引發(fā)功能性失效和電參數(shù)失效，但是功能性失效和電參數(shù)失效不會引發(fā)連結(jié)性失效。主要原因是，當(dāng)連結(jié)性失效模式被特定的篩選條件觸發(fā)時(shí)，往往出現(xiàn)的現(xiàn)象為元器件封裝涂覆發(fā)生銹蝕、外殼斷裂、引線熔斷、脫落或者與其他引線短路，主要表現(xiàn)為機(jī)械和熱應(yīng)力損傷 ,但是有時(shí)并不表現(xiàn)為連結(jié)性故障，而是反映為金屬疲勞、鍵合強(qiáng)度不夠等問題，這些本身不會引發(fā)連結(jié)性失效，但是會引發(fā)功能性失效和 電參數(shù)失效，需要通過功能性和電參數(shù)監(jiān)測才能發(fā)現(xiàn)。但是，電路的功能性失效和電參數(shù)失效被特定的的篩選條件觸發(fā)時(shí)，出現(xiàn)的現(xiàn)象是某些特定的功能失效、電參數(shù)超差等。造成這些失效的主要原因在于：制造、設(shè)計(jì)中的缺陷以及生產(chǎn)工藝控制不嚴(yán)，使生產(chǎn)過程中各種生產(chǎn)要素如空氣潔凈度等級、超純水的質(zhì)量監(jiān)測、超純氣體和化學(xué)試劑達(dá)不到規(guī)定的要求；在運(yùn)輸轉(zhuǎn)運(yùn)過程中由于防靜電措施不到位也會發(fā)生靜電損傷。這些因素作用下半導(dǎo)體晶體會受到各種表面污染物的玷污 ,會使產(chǎn)品不能達(dá)到規(guī)定的質(zhì)量等級要求。當(dāng)受到特定的外部條件激發(fā)的情況下，就會產(chǎn)生功能性失效 和電參數(shù)失效，但是這些功能性失效和電參數(shù)失效造成的影響往往只能造成元器件部分的功能失去作用，還不能使芯片的封裝和各部分的連結(jié)線出現(xiàn)燒毀、短路、開路等現(xiàn)象 ,所以電路的功能性失效和電參數(shù)失效與連結(jié)性失效不產(chǎn)