一种多路同步驱动器的研制

一种多路同步驱动器的研制

邓林,高原,冯枫

陕西华经微电子股份有限公司，陕西 西安 710065

摘  要：详细介绍了多路同步驱动器的研制方案，包括电路原理、研制方法、外型结构、技术难点的解决及可靠性分析。

关键词：多路同步；驱动；厚膜；可靠性

1 技术指标

基于厚膜混合集成电路工艺制成的一种多路同步驱动器电路，主要用于某工程配套的驱动部位。在系统中，通过对十二路引信输入信号进行电平转换，提供引信需要的控制驱动脉冲，达到系统稳定控制作用，是系统的重要组成部分。

1.1  电特性

该产品规定的电特性见表1。

表1  主要电特性

1.2  使用环境最大额定值

正电源电压范围：+4.9V～+5.4V负电源电压范围： -13V～-16V

输入电压：TTL电平贮存温度范围： -65℃～+150℃

1.3  外形尺寸

外形尺寸见图1。

图1  外形尺寸

2  设计与方案确定

2.1  设计方案的确定

根据设计条件，确立了多路同步驱动器的研制方案。设计线路分为十二个单元，每个单元提供一路输出，分别输出六路驱动脉冲信号和六路TTL信号。十二个电路单元形式基本相同，采用开关三极管为核心的电平转换线路形式，形成驱动电路单元。

具体的电路方框图如图2。

图2  电路方框图

由于产品本身体积小，同步器多达12路，每路信号相对独立，且12路信号频率不一样，需要在电路选择以及平面布图上解决信号之间的相互串扰问题。

2.2  结构设计

结构上采用全金属密封外壳平行缝焊封装，输入输出端口采用30只玻璃烧0.5mm镀金插针，端口结构焊接方便、可靠。

2.3  设计原理

本产品的设计原理，是将十二路驱动能力很弱的TTL信号转换为十二路具有一定驱动能力并与负载相匹配的、稳定的强脉冲信号，转换过程中周期保持不变。按照一般的信号转换模式，通过阻容网络先对输入交流信号进行隔直、滤波，将得到的小信号送入由三极管组成的交流放大电路进行电平转换，最后再通过一定的阻容网络进行隔直、滤波，送出所需要的脉冲信号。

电路中有两种输出类型，前六路输出脉冲信号，后六路输出TTL信号，两种类型工作原理基本相同，以输出脉冲电路单元为例，具体说明其电路工作原理。

2.4  工作原理简介

第一路输入信号为周期1μs，脉冲宽度100ns的TTL（VL=0V，VH=3.0V）电平脉冲，传入输入阻容网络，得到的小信号送入电平转换电路，该电平转换电路采用两只开关三极管组成的交流放大电路组成，再送入输出阻容网络进行加速，这样得到的输出信号就是提供系统需要的控制信号。其余十一路原理与第一路基本相同。

3  技术难点及解决措施

3.1 多路信号之间相互串扰问题

该产品在平面版图设计时，采用多层厚膜印刷工艺，将电源层、地线层和信号层分层印刷，并加宽导带，降低相邻两路之间因电路工作时电流波动产生的干扰。同时优化设计，调整电路中元器件参数，电平转换电路中关键元器件选用放大倍数高的射频三极管，以次减小三极管的饱和压降，提高三极管的开关能力。

通过以上方法的实施，彻底解决了在样品中出现的多路信号串扰问题，也对基于相同环境下同一模块中，解决强脉冲信号和弱TTL信号互相干扰问题，积累了宝贵经验。

3.2  体积以及环境试验问题

该产品使用在引信部位，体积要求非常小，仅为40.6mm×27.9mm×5.7mm，要将十二路驱动电路单元以及电压转换电路设计在该体积内，几乎难以实现，整个电路中电阻59只，电容42只，二极管、三极管、集成电路31只，器件数量总计132只，使用传统的贴片电阻、塑封器件几乎是不可能的。

工艺上通过厚膜混合集成、裸芯片组装技术，采用陶瓷基片厚膜印刷电路，电阻采用厚膜印刷技术、元器件采用裸芯片封装形式，实现组装。

我们结构上选用标准的全密封双列直插金属外壳结构，耐湿、防盐雾，抗振动，同时对底座表面进行预处理，使基片与底座达到牢固粘结，满足用户及技术要求。

3.3  批产化问题

产品批量化生产基本要求：工序最少，调试最简，采购方便。

驱动器生产中，由于元器件质量及其参数的离散性，会有部分产品的部分技术指标产生差异，这就需要进行电路调试，主要是通过个别元件或电路参数的微调，校正产品技术参数，达到设计要求。电路调试技术要求较高，调试过程复杂，单个指标的调整，常常会影响到其它指标。在设计时做精确计算，尽量避免过程调试，如果需要验证，在小批量试流时予以解决。为了减少和简化电路调试，生产中要严格按工艺操作，避免贴片、芯片粘接、金丝压焊各工序的人为错误。合理分布检测点，消除低级错误。

另外，考虑到易于采购，对于设计过程中元件的选取采用了通用化、可替换代用的做法，不能通用、替换的元件固定生产厂家，保证质量，以适应于大批量生产采购的要求。

4  产品特点

4.1  多路输出、传输延迟时间短、体积小

该产品具有十二路相互独立的驱动单元，在保证驱动能力的前提下选用了射频开关管大大缩短了传输延迟时间，采用厚膜混合集成裸芯片组装技术大大的缩小了电路成品体积。

4.2  适用范围广，使用方便

在系统工程中，驱动电路是必不可少的单元，其驱动数量多，驱动电流大，该产品集成了十二个驱动单元，并进行电平转换，并可根据实际使用条件进行相应的参数调整，在驱动方面，有着很广的使用范围。

5  可靠性设计情况

为了保证产品的可靠性，在产品的电路设计、元器件选型、热设计、抗振动、防静电、冗余设计等方面做了大量的工作。采用尽可能简单且成熟的转换电路完成，在元器件的选型上选用国内质量稳定可靠的且为我司合格供应商，在热设计方面采用陶瓷基板印刷电路焊接在可伐钢壳体底座上使线路板与外壳成为一体进行整体散热，在产品正常工作时其内部元件有一个合理的热应力环境等。外壳使用平行封焊结构，生产操作过程中全程佩戴防静电手腕等手段进行了有效的设计。

根据《电子设备可靠性预计手册》的相关规定，对产品的可靠性进行理论计算和预计，预计该产品平均故障间隔时间约为1.83×106小时。

6  结语

该产品具有具有多路输出、相互独立、输出一致性好、传输延迟时间短、体积小、重量轻、整机调试使用方便，可为用户节约大量的调试时间，提高工作效率。

该产品适合批量生产，用户使用情况良好，具有良好的经济效益。

参考文献

[1] 《最新集成电路应用指南》             电子工业出版社       2001年第1版

[2] 《电子设备可靠性预计手册》           总装备部出版社       2006年第1版

[3] 《模拟电子技术基础》                 高等教育出版社       2004年第1版