CN101997546B - 数模转换电路零位和量程参数高精度微调方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数模转换电路零位和量程参数高精度微调方法，包括：连接数模转换电路中的用于实现微调的厚膜电阻；制作连接所述的厚膜电阻与电学检测仪器的激光微调专用探针卡；预先设定电路的零位和量程的电性能参数，向数模转换电路输入数字信号源，利用激光微调机的可编程微调单元控制激光束在厚膜电阻上形成激光切口来有源微调厚膜电阻，利用电学检测仪器在线实时监控数模转换电路的零位和满量程输出电压值，使该输出准确达到预先设定的电性能参数值，实现数模转换电路零位和量程的高精度微调。本发明可满足多路数模转换电路高密度、小型化的需求，并有效提高多路数模转换电路输出的一致性，同时可有效提高类似产品架构的电性能参数的精度。

Description

数模转换电路零位和量程参数高精度微调方法

技术领域

本发明涉及一种数模转换电路零位和量程参数高精度微调方法。

背景技术

数模转换(DAC)电路是将输入的数字量转换为模拟量输出的一种专用电路，美国AD公司生产的AD669数模转换电路通过可编程的引脚能够实现单极或双极的模拟量输出，但输出模拟量的零位和量程参数的精度是通过外接电阻来进行调节。

目前，在已公开的相关数模转换电路(DAC)零位和量程参数微调技术的专利中，如专利号为200410055976.5的《利用数/模变换电路进行电压微调的电压生成电路和方法》的专利中，采用熔丝对电压微调。专利号为200380107169.7的《电阻器的激光微调》的专利中，采用激光对电阻器进行微调，但没有应用在数模转换电路零位和量程参数调节中，同时也没有实现有源微调。关于AD669应用的论文中，主要通过精密电阻或精密可调电位器控制电路的零位和量程输出，由于精密电阻多为标称值，故很难精准的控制电压输出，而精密可调电位器虽然能在一定程度上保证输出零位和量程参数的精度，但受封装尺寸的限制，使多路D/A转换电路的尺寸无法满足小型化的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种高精度、小型化的在线数模转换电路零位和量程微调方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种数模转换电路零位和量程参数高精度微调方法，包括：

连接数模转换电路中的用于实现电路零位和量程高精度微调的厚膜电阻；

制作连接所述的厚膜电阻与电学检测仪器的激光微调专用探针卡；

预先设定数模转换电路的零位和量程的电性能参数，向数模转换电路输入稳定的数字信号源，利用激光微调机的可编程微调单元控制激光束在所述的厚膜电阻上形成激光切口来改变所述的厚膜电阻的阻值，实现对所述的厚膜电阻的有源微调，在微调的过程中，利用所述的电学检测仪器在线实时监控数模转换电路的零位和满量程输出电压值，使该输出准确达到预先设定的电性能参数，实现数模转换电路零位和量程的高精度微调。

优选的，所述的厚膜电阻的制作包括如下步骤：

(1)电阻浆料的选择：选用方阻为3-5mΩ/□电阻浆料；

(2)按标称值85％设计电阻：电阻计算公式如下：

$R\×\mathrm{\ρ}=\frac{L}{W}\×100$

其中，R为电阻标称值，ρ为设计系数，ρ＝0.85，L为电阻体长度，W为电阻体宽度，100为所选电阻浆料可印刷出的电阻的最大方阻值；

(3)网印、烧结厚膜电阻：根据选用的电阻浆料，进行丝网印刷，然后烧结为厚膜电阻。

优选的，所述的步骤(3)中，丝网印刷时，采用300目不锈钢丝网，乳剂膜厚为18mils，保持环境温度在20℃-23℃，印刷的电阻体干燥后膜厚为20μm±2μm。

优选的，所述的步骤(3)中，烧结的峰值温度为850℃，10min，烧结周期为1h。

优选的，所述的厚膜电阻包括电阻体、连接在所述的电阻体两端的导电带，所述的激光切口位于所述的电阻体上。

优选的，所述的激光切口包括一条正向切口、一条反向切口，所述的正向切口、所述的反向切口分别位于所述的厚膜电阻的相对的两侧。

优选的，通过FPGA和数字拨码开关向数模转换电路输入稳定的数字信号源。

优选的，所述的电学检测仪器为6位半数字电压表。

优选的，对多路数模转换电路零位和量程参数微调时，先用多路开关选通多路数模转换电路，再进行电路零位和量程参数的微调。

本发明的原理是：利用激光微调机可编程的微调单元控制激光束在厚膜电阻上形成激光切口来改变厚膜电阻的有效宽度，细微调节电路中厚膜电阻的电阻值，从而控制、调节数模转换电路输出参数，利用电学检测仪器在线实时监控数模转换电路单元电性能指标准确达到预先设定的电性能参数，即实现数模转换电路零位和量程参数高精度微调。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1、本发明可满足多路数模转换电路高密度、小型化的需求，并有效提高多路数模转换电路输出的一致性。

2、本发明可有效提高数模转换电路的零位和量程参数的精度。

附图说明

附图1为单路数模转换电路零位和量程参数微调电路原理图；

附图2为激光有源微调厚膜电阻示意图；

附图3为多路开关选通多路数模转换电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：单路数模转换电路零位和量程参数微调技术。

参见附图1和附图2所示。

单路数模转换电路零位和量程参数高精度微调技术，包括如下步骤：

首先是基板选择：根据设计的如图1所示的微调电路在软件布局布线后，采用低温共烧陶瓷技术，选用生瓷材料制作刚性高密度多层互连基板，并以该基板为载体实现单路数模转换电路物理和电气互连。

然后，制作厚膜电阻：

(1)电阻浆料的选择：选用方阻为3-5mΩ/□电阻浆料，例如选择Dupont公司的型号为的2021的电阻浆料，该浆料温度稳定性较好，变化率在0.2％以内；

(2)按标称值85％设计电阻：电阻计算公式如下：

$R\×\mathrm{\ρ}=\frac{L}{W}\×100$

其中，R为电阻标称值，ρ为设计系数，ρ＝0.85，L为电阻体长度，W为电阻体宽度，100为所选电阻浆料可印刷出的电阻的最大方阻值；

(3)网印、烧结厚膜电阻：根据选用的电阻浆料，采用300目不锈钢丝网，乳剂膜厚为18mils，进行丝网印刷，印刷时最好保持环境温度在20℃-23℃之间，印刷的电阻体的干燥后膜厚为20μm±2μm，然后烧结为厚膜电阻，烧结的峰值温度为850℃，10min，烧结周期为1h。

该厚膜电阻包括电阻体及其两端的导电带。

制作好厚膜电阻后，完成基板组装：根据设计的如图1所示的微调电路在基板上安装、互连IC裸芯片及其他功能元器件。

完成基板组装后，制作激光微调专用探针卡：根据基板的版图布局，针对需要进行激光有源微调的厚膜电阻R₂、R₃制作激光微调专用探针卡。

以上准备做好后，就可以实施数模转换电路零位和量程参数激光有源微调：预先设定数模转换电路的零位和量程的电性能参数，通过FPGA和数字拨码开关向数模转换电路输入稳定的数字信号源，利用激光微调机的可编程微调单元控制激光束在厚膜电阻上形成激光切口来改变厚膜电阻的阻值，对厚膜电阻实现有源微调。激光微调专用探针卡连接厚膜电阻与6位半数字电压表，通过6位半数字电压表实时监控数模转换电路的零位和满量程输出电压值。

具体调节如下：

偏置调整：当输入数字信号为0000H时，通过激光微调机在线有源控制激光进刀的步长，利用激光束在厚膜电阻R₂的电阻体上切割激光切口，逐步微调厚膜电阻R₂，通过6位半数字电压表实时监控数模转换电路的输出电压值，从而保证-10.000000V输出；

增益调整：当输入数字信号为FFFFH时，通过激光微调机在线有源控制激光进刀的步长，利用激光束在厚膜电阻R₃的电阻体上形成激光切口，逐步微调厚膜电阻R₃，通过6位半数字电压表实时监控数模转换电路的输出电压值，从而保证9.999694V输出；

零位调整：当输入数字信号为8000H时，再通过激光微调机在线有源控制激光进刀的步长，利用激光束在厚膜电阻R₂的电阻体上形成激光切口，逐步微调厚膜电阻R₂，通过6位半数字电压表实时监控数模转换电路的输出电压值，保0V输出。

在采用激光微调机控制在线有源微调厚膜电阻时，通过激光束在厚膜电阻上形成一条正向切口和一条反向切口来改变厚膜电阻阻值。

在使用激光微调机时，控制其加工参数如下：

①激光功率：调节范围1W-2.5W，一般为1.8W；

②Q速率：由程序控制，设置范围1.5kHz-3.5kHz，一般为2.5kHz；

③激光步距：由程序控制，设置范围2.5μm-6.25m，一般为3.0μm。

在厚膜电阻R₂、R₃上切割切口时，激光束由激光进刀位置开始切口。

随着6位半数字电压表实时监控的输出电压值来确定进刀量：

当测得的输出电压参数小于设定参数的70％时，设定每次进刀量为1mils，正向切口长度不超过30mils；

当测得的输出电压参数达到设定参数的90％时，设定每次进刀量为0.2mils，反向切口长度不超过30mils。

正向切口和反向切口要干净平整，刀间距，即切口离导电带的距离至少为3mils，同时要求微调后厚膜电阻的切口的有效宽度大于电阻体宽度的一半。

实施例二：多路数模转换电路零位和量程参数微调技术。

参见附图3所示。

对多路数模转换电路零位和量程参数微调时，先用多路开关选通多路数模转换电路，再进行电路零位量程参数微调。

输入数字信号的低4位(D0-D3)为数字信号低4位和多路开关选用复用信号。

具体选通及微调实施步骤如下：

①写控制信号置低，通过4位数字拨码开关选通数模转换电路的通道；

②锁存控制信号置高，将选通好的通道进行锁存；

③写控制信号置高，通过4位数字拨码开关产生数模转换电路零位和量程参数高精度微调所需要的低4位输入数字信号，利用激光微调机的可编程微调单元控制激光束在厚膜电阻上形成激光切口来改变厚膜电阻的阻值，并实时监控数模转换电路的零位和满量程输出电压值达到预先设定的电性能参数值；

④重复步骤①-③即可实现多路数模转换电路零位和量程参数的高精度、一致性输出。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种数模转换电路零位和量程参数高精度微调方法，其特征在于：该方法包括：

连接数模转换电路中的用于实现电路零位和量程高精度微调的厚膜电阻；所述的厚膜电阻的制作包括如下步骤：

(1)电阻浆料的选择：选用方阻为3-5mΩ/□电阻浆料；

(2)按标称值85％设计电阻：电阻计算公式如下：

$R\×\mathrm{\ρ}=\frac{L}{W}\×100$

其中，R为电阻标称值，ρ为设计系数，ρ＝0.85，L为电阻体长度，W为电阻体宽度，100为所选电阻浆料可印刷出的电阻的最大方阻值；

(3)网印、烧结厚膜电阻：根据选用的电阻浆料，进行丝网印刷，然后烧结为厚膜电阻；

制作连接所述的厚膜电阻与电学检测仪器的激光微调专用探针卡；

预先设定数模转换电路的零位和量程的电性能参数，向数模转换电路输入稳定的数字信号源，利用激光微调机的可编程微调单元控制激光束在所述的厚膜电阻上形成激光切口来改变所述的厚膜电阻的阻值，实现对所述的厚膜电阻的有源微调，在微调的过程中，利用所述的电学检测仪器在线实时监控数模转换电路的零位和满量程输出电压值，使该输出准确达到预先设定的电性能参数，实现数模转换电路零位和量程的高精度微调。

2.根据权利要求1所述的数模转换电路零位和量程参数高精度微调方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，丝网印刷时，采用300目不锈钢丝网，乳剂膜厚为18mils，保持环境温度在20℃-23℃，印刷的电阻体干燥后膜厚为20μm±2μm。

3.根据权利要求1所述的数模转换电路零位和量程参数高精度微调方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，烧结的峰值温度为850℃，10min，烧结周期为1h。

4.根据权利要求1所述的数模转换电路零位和量程参数高精度微调方法，其特征在于：所述的厚膜电阻包括电阻体、连接在所述的电阻体两端的导电带，所述的激光切口位于所述的电阻体上。

5.根据权利要求1所述的数模转换电路零位和量程参数高精度微调方法，其特征在于：所述的激光切口包括一条正向切口、一条反向切口，所述的正向切口、所述的反向切口分别位于所述的厚膜电阻的相对的两侧。

6.根据权利要求1所述的数模转换电路零位和量程参数高精度微调方法，其特征在于：通过FPGA和数字拨码开关向数模转换电路输入稳定的数字信号源。

7.根据权利要求1所述的数模转换电路零位和量程参数高精度微调方法，其特征在于：所述的电学检测仪器为6位半数字电压表。

8.根据权利要求1所述的数模转换电路零位和量程参数高精度微调方法，其特征在于：对多路数模转换电路零位和量程参数微调时，先用多路开关选通多路数模转换电路，再进行电路零位和量程参数的微调。

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