УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДГОНКИ ТОЛСТОПЛЕНОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ
THICK-FILM RESISTOR TRIMMING DEVICE

Изобретение относится к микроминиатюризации и технологии радиоэлектронной аппаратуры и может быть использовано при изготовлении прецизионных пленочных резисторов.
Известно устройство для подгонки резисторов (патент РФ №2012936, МПК H01C 17/22, опубл. 15.05.94. Бюл. №9), содержащее подложкодержатель для крепления подгоняемого резистора, измеритель сопротивления, подключенный к нему сигнальным входом, источник опорного напряжения, блок сравнения, связанный первым и вторым входами с выходами источника опорного напряжения и измерителя сопротивления соответственно, аналого-цифровой преобразователь, подключенный сигнальным входом к выходу блока сравнения, генераторы факельного разряда, элементы И, первый вход каждого из которых подключен к одноименному выходу аналого-цифрового преобразователя, а выход связан с входом одноименного генератора факельного разряда, блок управления, связанный каждым из разрядных выходов с вторым входом одноименного элемента И, а тактовый выход блока управления подключен к управляющему входу измерителя сопротивления, при этом каждый генератор факельного разряда снабжен разрядным рабочим электродом, имеющим индивидуальный установочный зазор между вершиной излучающего конуса и поверхностью резистора, и все рабочие электроды размещены с фиксированным промежутком между собой.
Недостатками данного устройства являются низкие точность и производительность, связанные с тем, что в процессе подгонки оно не учитывает температурные изменения сопротивления (вызванные многократными нагреваниями и остываниями пленки и зависящие от его ТКС) и имеет фиксированный (и завышенный) временной интервал между двумя циклами выжигания, не учитывающий время остывания пленки, что проявляется в наибольшей степени в области малых приращений сопротивления.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для подгонки толстопленочных резисторов (А.С. №1827687 А1, МПК H01C 17/22, опубл. 15.07.93. Бюл. №26), содержащее подложкодержатель для крепления подгоняемого резистора, измеритель сопротивления, подключенный к нему сигнальным входом, источник опорного напряжения, устройство сравнения, связанное первым и вторым входами с выходами соответственно источника опорного напряжения и измерителя сопротивления, аналого-цифровой преобразователь, подключенный сигнальным входом к выходу блока сравнения, последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и генератор факельного разряда, элементы И, первый вход каждого из которых подключен к одноименному выходу аналого-цифрового преобразователя, а выход связан с одноименным входом цифро-аналогового преобразователя, последовательно соединенные мультивибратор и регистр сдвига, связанный каждым своим выходом с вторым входом одноименного элемента И, выход мультивибратора подключен также к управляющему входу измерителя сопротивления, рабочие электроды, имеющие индивидуальный установочный зазор между вершиной излучающего конуса и поверхностью резистора, при этом оно содержит коммутатор, сигнальный вход которого подключен к выходу генератора факельного разряда, каждый из управляющих входов связан с выходом одноименного элемента И, а каждый из выходов подключен к одноименному рабочему электроду.
Недостатками данного устройства являются низкие точность и производительность, связанные с тем, что в процессе подгонки оно не учитывает температурные изменения сопротивления (вызванные многократными нагреваниями и остываниями пленки и зависящие от его ТКС) и имеет фиксированный (и завышенный) временной интервал между двумя циклами выжигания, не учитывающий время остывания пленки, что проявляется в наибольшей степени в области малых приращений сопротивления.
В основу изобретения поставлена задача повысить точность и производительность подгонки.
Данная задача решается в устройстве для подгонки толстопленочных резисторов, содержащем подложкодержатель для крепления подгоняемого резистора, измеритель сопротивления, подключенный к нему сигнальным входом, первый источник опорного напряжения, устройство сравнения, связанное первым и вторым входами с выходами соответственно первого источника опорного напряжения и измерителя сопротивления, аналого-цифровой преобразователь, подключенный сигнальным входом к выходу устройства сравнения, последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, генератор факельного разряда и коммутатор, элементы И, первый вход каждого из которых подключен к одноименному выходу аналого-цифрового преобразователя, а выход связан с одноименным входом цифроаналогового преобразователя и одноименным управляющим входом коммутатора, регистр сдвига, связанный каждым своим выходом с вторым входом одноименного элемента И, рабочие электроды, имеющие индивидуальный установочный зазор между вершиной излучающего конуса и поверхностью резистора, каждый из которых подключен к одноименному выходу коммутатора, согласно изобретению в него дополнительно введены последовательно соединенные дифференцирующее устройство, блок выделения абсолютного значения напряжения, компаратор и ждущий одновибратор, а также второй источник опорного напряжения, выход которого подключен ко второму входу компаратора, вход дифференцирующего устройства подключен также к выходу измерителя сопротивления, управляющий вход которого и вход регистра сдвига объединены и подключены к выходу одновибратора.
На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит первый источник опорного напряжения 1, устройство сравнения 2, измеритель сопротивления 3, дифференцирующее устройство 4, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, блок выделения абсолютного значения напряжения 6, компаратор 7, второй источник опорного напряжения 8, регистр сдвига 9, ждущий одновибратор 10, элементы И 11-1…11-n, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 12, генератор факельного разряда 13, коммутатор 14, рабочие электроды 15-1…15-n, подгоняемый резистор 16, подложкодержатель 17.
В устройстве последовательно соединены подгоняемый резистор 16, измеритель сопротивления 3, устройство сравнения 2 и АЦП 5, а также ЦАП 12, генератор факельного разряда 13 и коммутатор 14. Выход первого источника опорного напряжения 1 связан с первым входом устройства сравнения 2. Первый вход каждого из элементов И 11-1…11-n подключен к одноименному выходу АЦП 5, а выход каждого из них связан с одноименным входом ЦАП 12 и одноименным управляющим входом коммутатора 14, каждый из выходов которого подключен к одноименному рабочему электроду 15-1…15-n. Рабочие электроды 15-1…15-n имеют индивидуальный установочный зазор между вершиной излучающего конуса и поверхностью резистора 16, закрепленного на подложкодержателе 17. Второй вход каждого из элементов И 11-1…11-n подключен к одноименному выходу регистра сдвига 9.
В устройстве дополнительно введены последовательно соединенные дифференцирующее устройство 4, блок выделения абсолютного значения напряжения 6, компаратор 7 и ждущий одновибратор 10. Выход второго источника опорного напряжения 8 подключен ко второму входу компаратора 7. Вход дифференцирующего устройства 4 подключен также к выходу измерителя сопротивления 3. Управляющий вход измерителя сопротивления 3 и вход регистра сдвига 9 объединены и подключены к выходу ждущего одновибратора 10.
Устройство работает по двухтактной схеме следующим образом.
В течение первого такта с помощью измерителя сопротивления 3 измеряется сопротивление подгоняемого резистора 16. При этом измеритель сопротивления 3 формирует постоянное напряжение, пропорциональное этому сопротивлению, которое сохраняется на протяжении двух тактов. Команда об измерении значения подгоняемого резистора и поддержании неизменным полученного уровня выходного напряжения измерителя сопротивления 3 подается от ждущего одновибратора 10. Его выходные сигналы имеют прямоугольную форму. При «нулевых» уровнях этих импульсов (первый такт) в устройстве для подгонки резисторов происходит измерение сопротивления подгоняемого резистора 16 и формирование пропорционального ему выходного напряжения измерителя 3. Вместе оба эти процесса занимают незначительную часть первого такта, поэтому большая часть первого такта и весь второй такт (т.е. практически два такта) на выходе измерителя сопротивления 3 поддерживается сформированное постоянное напряжение. Измеритель сопротивления 3, формирующий напряжение, пропорциональное величине сопротивления, может быть реализован на базе мостовой схемы или готового цифрового измерителя сопротивления.
В устройстве сравнения 2, реализованном на базе вычитателя напряжения, определяется разность выходных напряжений измерителя сопротивления 3 и источника опорного напряжения 1 (последнее пропорционально предельному значению сопротивления подгоняемого резистора 16). АЦП 5 формирует цифровой код, пропорциональный его входному напряжению (разностному сигналу на выходе устройства сравнения 2). АЦП 5 содержит n разрядов, причем «вес» каждого последующего разряда, начиная со второго, меньше предыдущего в два раза.
В первоначальный момент работы устройства для подгонки резисторов на первом выходе регистра сдвига 9 формируется логическая «1», которая поступает на второй вход элемента И 11-1, пропуская тем самым на выход элемента И 11-1 сигнал, содержащийся на первом выходе АЦП 5.
Если выходной сигнал элемента И 11-1 есть логическая «1» (она поступает на первый вход ЦАП 12), то в течение второго такта на выходе ЦАП 12 поддерживается постоянное напряжение, пропорциональное «весу» его первого (старшего) разряда.
Одновременно с поступлением логической «1» на первый вход ЦАП 12 и включением генератора факельного разряда 13 происходит ее подача и на первый управляющий вход коммутатора 14, в результате чего выход генератора факельного разряда 13 через коммутатор 14 оказывается подключенным к первому рабочему электроду 15-1. Между вершиной излучающего конуса рабочего электрода 15-1 и подгоняемым резистором 16 возникает факельный разряд, что приводит к испарению материала резистора и увеличению его сопротивления.
Если выходной сигнал элемента И 11-1 есть логический «0» (он поступает на первые входы ЦАП 12 и коммутатора 14), то на выходе ЦАП 12 формируется нулевое значение напряжения. При этом включение генератора факельного разряда 13 и коммутация его выходного сигнала на первый рабочий электрод 15-1 не производится.
После выключения генератора факельного разряда 13 (по окончании первого выжигания) происходит остывание резистивного материала, при этом сопротивление подгоняемого резистора 16 со временем изменяется. Оно падает, если резистор имеет положительный ТКС, или возрастает, если ТКС отрицательный. В соответствии с этим изменяется уровень выходного напряжения измерителя сопротивления 3. В свою очередь на выходе дифференцирующего устройства 4 формируется напряжение, пропорциональное скорости изменения выходного напряжения измерителя сопротивления 3, а значит пропорциональное и скорости изменения сопротивления подгоняемого резистора 16. При этом для резисторов с положительным ТКС это напряжение будет отрицательным, а для резисторов с отрицательным ТКС - положительным. Для осуществления подгонки резисторов независимо от знака ТКС, блок выделения абсолютного значения напряжения 6 приводит выходной сигнал дифференцирующего устройства 4 к одной (положительной) полярности. По мере остывания резистивного материала абсолютное значение скорости остывания, а значит и выходное напряжение блока 6 падают.
Компаратор 7 сравнивает выходное напряжение блока выделения абсолютного значения напряжения 6 и выходное напряжение второго источника опорного напряжения 8 (последнее пропорционально нижнему пределу скорости изменения сопротивления подгоняемого резистора 16, еще учитываемой при подгонке) и формирует на своем выходе логический «0», если первое напряжение больше второго. Это соответствует ситуации, когда текущая скорость изменения сопротивления подгоняемого резистора 16 оказывается выше минимально учитываемой, то есть подгоняемый резистор еще не остыл и начинать новый цикл подгонки нельзя. На выходе ждущего одновибратора 10 формируется логический «0», препятствующий перемещению логической «1» на второй выход регистра сдвига 9.
Если выходное напряжение блока выделения абсолютного значения напряжения 6 (по мере остывания резистора 16) оказывается меньше выходного напряжения второго источника опорного напряжения 8, то на выходе компаратора 7 формируется логическая «1». Это соответствует ситуации, когда текущая скорость изменения сопротивления подгоняемого резистора 16 оказывается ниже минимально учитываемой, то есть подгоняемый резистор практически остыл (или не был нагрет) и можно начинать новый цикл подгонки. С приходом логической «1» с выхода компаратора 7 на вход ждущего одновибратора 10, на его выходе формируется прямоугольный импульс. Этот импульс поступает на вход регистра сдвига 9 и осуществляет перемещение логической «1» на его второй выход. При этом длительность процесса выжигания задается длительностью выходных импульсов регистра сдвига 9.
Если цифровой код на выходах АЦП 5 содержит логическую «1» во втором разряде, то с перемещением логической «1» во время второго цикла подгонки на второй выход регистра сдвига 9 включается генератор факельного разряда 13.
Одновременно с поступлением логической «1» на второй вход ЦАП 12 и включением генератора факельного разряда 13 происходит ее подача на второй управляющий вход коммутатора 14, в результате чего выход генератора факельного разряда 13 через коммутатор 14 оказывается подключенным ко второму рабочему электроду 15-2. Между вершиной излучающего конуса рабочего электрода 15-2 и подгоняемым резистором 16 возникает факельный разряд, что приводит к испарению материала резистора и увеличению его сопротивления.
Энергия генератора факельного разряда 13, соответствующая «весу» второго разряда, такова, что приращение сопротивления резистора 16 будет в два раза меньше, чем в случае использования энергии, соответствующей «весу» первого разряда.
Необходимо отметить, что процесс остывания резистивного материала подгоняемого резистора 16 после второго цикла подгонки идет быстрее, чем после первого, вследствие использования меньшей энергии факельного разряда, поэтому длительность временного интервала между вторым и третьим циклами будет меньше, чем между первым и вторым. При переходе к новым циклам подгонки каждый последующий временной интервал будет меньше предыдущего.
В дальнейшем цикл контроля сопротивления подгоняемого резистора 16 и выжигание части его слоя многократно повторяется, при этом каждый раз по сравнению с предыдущим циклом обеспечивается меньшее (в 2 раза) приращение сопротивления, при наличии логической ”1” в соответствующем разряде.
Преимуществами устройства по сравнению с прототипом являются повышенные точность и производительность подгонки, что проявляется в наибольшей степени в области малых приращений сопротивления. Это достигается путем введения дифференцирующего устройства 4, блока выделения абсолютного значения напряжения 6, компаратора 7, второго источника опорного напряжения 8 и ждущего одновибратора 10. Указанные блоки обеспечивают учет температурных изменений подгоняемого сопротивления 16 и формирование временного интервала минимально необходимой длительности между двумя циклами выжигания (учитывающего время остывания пленки и уменьшающегося с ростом номера разряда), в соответствии с чем устройство производит подгонку.