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关键词: 电子电路 , 精密电阻阵列 , 稳定 , 小型化
电子电路继续小型化的趋势对电阻设计提出了新挑战。例如,车辆中电子功能的增加使得单位面积电子器件的数量提升。这反过来在多方面影响到了无源器件——特别是电阻。这些器件需要变得更小,同时提供更高的精度和更佳的稳定度。更高的精度则需要通过更紧的容限和更低的温度系数得以实现。
2012-2-24 16:48:55 上传
薄膜芯片电阻阵列可以通过把多个在同一陶瓷基片上的多个电阻集成起来,满足缩减尺寸、更高精度、增加电气稳定性的要求。通过集成这些器件,电阻阵列比相同数量的分立电阻需要更小的空间。这可以使得电子电路有更高的封装密度,因此单位面积可以有更多的电子功能。此外,薄膜芯片电阻阵列还用于电阻的相对行为十分关键的应用,比如运放或直流到直流转换器中的分压器和反馈电路。
本文将介绍薄膜芯片电阻阵列如何积极地影响电路的电气稳定,同时减少需要的面积。以分压器作为例子,我们将在文章中解释相对参数“容差匹配”和“TCR跟踪”,并讨论电阻阵列的温度行为。此外,这篇文章还会展示如何在生产过程中控制电阻的容差和温度系数。
相对容差(容差匹配)使用分压器
图1:由R1和R2.组成的分压器。
图1描述了由R1和R2组成的无负载分压器,在分压器的输出引脚,由R1和R2以及其相对标称电阻值的偏差△决定的输出电压VOUT可以测量出来:
2012-2-24 16:48:55 上传
下载附件 (19.54 KB) 相对标称电阻的偏差称为绝对容差。如果两项绝对容差△1和△2相等,则误差项(1+△1)/(1+△2)等于1。电阻阵列可以获得大致相等的容差。图2展示的,是由4个电阻集成在一起的薄膜芯片电阻阵列的容差。
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下载附件 (51.07 KB)图2:电阻阵列的容差。
在这个例子中,阵列的全部4个电阻阻值都在绝对容限±0.5%以内。此外,对于精密电阻阵列还指定了容差匹配。其定义为最小和最大电阻偏差之间的跨度,为一个无符号数。在上面的例子中,容差匹配数值是0.1%。当和分压器中单个电阻比较的时候,这相当于±0.05%.的偏差。
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下载附件 (19.35 KB) 在上文中,J代表层温度,单位是摄氏度(°C),RJ 是层温度时的阻值,R20是20°C(参考温度)时的阻值。在温度J=20°C时,△R/R20=0。根据公式(2),电阻的变化△R在较低温度系数α会降低。正因如此,为了保证随着温度的变化电阻的偏差较小,低的温度系数(TCR)必不可少。TCR以ppm/K的形式给出。假如,环境温度J由于附近器件的热传导、热辐射或者对流升高到120°C,那么50-ppm/K的电阻会以±0.5%的比例改变阻值。温度系数始终有一个定义的温度范围。典型的温度范围是–55°C到+125°C。对于苛刻环境下的汽车应用,比如引擎控制单元或齿轮箱控制,温度范围向上扩展到+155°C。图3展示了薄膜芯片电阻阵列的TCR。
2012-2-24 16:48:55 上传
下载附件 (41.99 KB)图3:TCR跟踪。
在这个例子中绝对TCR的限制是± 50 ppm/K。4个集成电阻R1, R2, R3, 和 R4 的TCR曲线落在限制范围之内。对于精密电阻阵列,除了绝对温度系数之外,还指定了相对温度系数。相对TCR(TCR跟踪)定义为4个集成电阻中最大和最小TCR之间的差别。在这个例子中,TCR跟踪的数值时10 ppm/K,这相当于分压器中用到的分立电阻温度范围为– 55 °C 到 + 125 °C 时TCR为± 5 ppm/K。和关于相对容差的讨论类似,就TCR跟踪而言,四个电阻呈现出统一的行为特性,产生出我们希望得到的低TCR值。
2012-2-24 16:48:55 上传
下载附件 (70.35 KB)图4:左-使用分立电阻时不同的本地环境温度。右边-使用集成电阻(电阻阵列)时相同的本地环境温度。
固定稳压器的输出电压通过分压器来调整(图4,左)。2个分立电阻的阻值为R1=R2 =1kΩ,TCR为±50ppm/K。在印刷电路板(PCB)上其中一个位于另一个下面。固定稳压器位于R1附近,由于热辐射和对流导致环境温度升高。这导致R1的温度升高到+120°C。而R2的本地环境温度维持几乎不变,仍然是+20°C。R1和R2不同的温度水平引起分压器失配,这可以通过方程2计算得到。失配对包含电压稳压器的邻近电路的影响可能会非常大。在最坏情况下,固定电压稳压器会不能提供要求的电压稳定度,进而使整个电路失效。
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下载附件 (23.93 KB)图5:薄膜芯片电阻阵列中的绕线结构。
温度系数 薄膜电阻的温度系数受多个流程参数影响,包括合金成分、涂层流程(溅射流程)以及接下来的温度调节。为了获得低的温度系数,所有这些流程的每一个参数都需要高准确度的完成。接下来的热处理会调整薄金属层的温度系数,根据这项热处理的持续时间和温度,温度系数从最初的负逐渐增加到正,也就是说薄层的电气行为特性变得日益金属化。全部0条评论
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