Упражнение № 10

Задания:

I

(1) Рост уровня автоматизации производства изделий электронной техники приводит к появлению все новых типов спецтехнологического оборудования. (2) В процессе работы оборудования возникает необходимость в поддержании его работоспособности на должном уровне. (3) Эта задача решается в ходе его диагностики. (4) Для ее проведения необходимы соответствующие измерительно-диагностирующие системы.

(5) Большое наличие вращающихся частей в оборудовании, со временем изнашивающихся, требует контроля их параметров. (6) Все более широкое применение находят бесконтактные устройства. (7) К ним относятся и сенсорные датчики. (8) Они контролируют рабочее состояние технологического оборудования и позволяют предотвратить выход из нормального режима работы его отдельные узлы. (9) Это снижает уровень брака в производстве изделий электронной техники.

(10) Из числа известных, определенный интерес представляют собой датчики, построенные на базе эффекта Холла. (11) Они отличаются конструктивной простотой и относительной дешевизной в изготовлении. (12) Однако возникает необходимость в улучшении технических характеристик этих устройств.

(13) В известном цифровом дифференциальном датчике Холла, для измерения параметров вращающего ротора, при смене последнего на другой, с иным расположением зубцов, возникает необходимость в поиске другой ИС 6. (14) Она необходима для усиления слабых сигналов, поступающих с элементов Холла 2,3. (15) В ней должно быть иное расположение (рис.1). (16) Это является недостатком датчика.

(17) С целью его исключения, в данной работе разработан аналогичный по выполняемым функциям датчик, но с вынесенными элементами Холла за пределы корпуса ИС. (18) Их можно оперативно пространственно перемещать в зависимости от расположения зубцов ротора (рис.3).

(19) В датчике Холла ИС 6 устанавливается между магнитом 4,5 и ротором 1.

(20) В процессе анализа над ячейками Холла 2,3 модулируется магнитная индукция поля. (21) Зуб ротора действует как концентратор поля, который увеличивает величину его магнитной области, тогда как впадина уменьшает его. (22) Ячейки преобразователи 2,3 расположены таким образом, что когда над одной ячейкой середина зуба, то над другой – его середина впадины. (23) В итоге, сигналы ячеек Холла сдвинуты относительно друг друга на 180 (рис.2).

(24) При подаче таких сигналов на входы (инверсный – неинверсный) дифференциального усилителя DA1 ИС4 они взаимно суммируются (рис.2).

(25) На выходе дифференциального усилителя формируется сигнал, удвоенный по амплитуде. (26) С его выхода сигнал поступает на триггер Шмитта, выполненный на ОУ DA2. (27) Здесь происходит его преобразование в прямоугольные импульсы. (28) Частота их следования пропорциональна скорости вращения ротора.

(29) Кроме этого в структурную электрическую схему датчика введен элемент модуляции выходного сигнала, который позволяет отображать информацию параметров вращения ротора на цифровом индикаторе. (30) Он построен на логических элементах DD1, DD2. (31) Работа схемы поясняется временными диаграммами (рис.5).

(32) ИС изготовлялась по тонкопленочной технологии.

(33) Для этого был проведен конструктивно-электрический расчет ее RC-элементов. (34) Параметры резисторов (рис.6) определялись по формулам (2-6). (35) Параметры конденсаторов (рис.7) определялись по формулам (2-7). (Таблица 1) (36) Расчетная топологическая схема ИС представлена на (рис.8).

(37) ИС изготовлялась по тонкопленочной технологии термовакуумным методом (рис.9). (38) Здесь нашел метод нанесения слоев через отдельные маски. (39) На заключительной стадии поверхность пластины селективно пассировалась SiO.

(40) Параметры напыления тонкопленочных слоев определялись по формулам (13-16). (41) На данном этапе заканчивалось формирование топологии RC-элементов ГИС.

(42) После завершения процесса напыления слоев масочным методом начинается этап формирования контактных площадок ГИС (рис. 9, е-и). (43) Это происходило локальным удалением нанесенного сплошного слоя 9 SiO. (44) Метод формирования – фотолитографический.

(45) После проведения указанных мероприятий пластина 13 закрепляется на координатном столике 14 установки разделения пластин на кристаллы – ГИСы (рис. 9, к л).

(46) После засыхания клея ГИС поступает на установку УЗ разварки выводов операционных усилителей, транзисторов, диодов ЛОИС типа И – НЕ 19 и выводов кристалла 21 на выводы основания 23 корпуса (рис. 9, м). (47) Вслед за операцией УЗ-сварки и микропайки следует операция герметизации ГИС. (48) Герметизация корпуса ГИС осуществляется контактной конденсаторной сваркой.

(49) Далее готовая ГИС монтируется на монтажной плате и устанавливается на магнит, который входит в конструкцию датчика.

Выводы

1. Размещение элементов Холла за пределами ИС позволило оперативно изменять расстояния между ними, в случае замены ротора с одним числом зубьев на ротор с их другим числом и избежать дополнительного поиска и замены на другую ИС с иным расположением этих элементов в ее корпусе.

2. Введение в электрическую схему ИС датчика блока модуляции выходного сигнала позволило выделять временной интервал следования импульсов для последующего отображения информации о скорости вращения ротора на цифровом индикаторе.

3. Выполнение Гис по широко используемой тонкопленочной технологии не привело к существенному ее удорожанию относительно базового варианта.

4. Эффективность разработки устройства подтверждается его экономическими расчетами.

II