专利名称：基于ltcc多层基板工艺的电荷选通变换器电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于低温陶瓷共烧技术(LTCC)、采用多层基板工艺的电荷选通变换器电路。
背景技术：
传统的压电式加速度计信号处理电路大多是采用分立器件搭建而成，一般体积都比较大、精度不高、频带不可调，并且由于塑封器件高低温性能不好，其在高低温状态下的性能得不到有效的保证，因此很难应用到一些在严酷条件下使用的传感器系统中。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于LTCC多层基板工艺制造的体积小、精度高的电荷选通变换器电路。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种基于LTCC多层基板工艺的电荷选通变换器电路，其包括信号处理通道，所述的信号处理通道包括电荷变换电路，所述的电荷变换电路的输入端输入电荷信号，所述的电荷变换电路将所述的电荷信号转换为电压信号并输出；放大电路，所述的放大电路的输入端与所述的电荷变换电路的输出端相连接，所述的放大电路将所述的电荷变换电路所输出的电压信号进行放大；第一低通滤波电路，所述的第一低通滤波电路的输入端与所述的放大电路的输出端相连接，所述的第一低通滤波电路对经所述的放大电路放大后的电压信号进行低通滤波；高通滤波电路，所述的高通滤波电路的输入端与所述的第一低通滤波电路的输出端相连接；第二低通滤波电路，所述的第二低通滤波电路的输入端与所述的高通滤波电路的输出端相连接，所述的第二低通滤波电路的输出端为所述的基于LTCC多层基板工艺的电荷选通变换器电路的输出端；所述的基于LTCC多层基板工艺的电荷选通变换器电路采用低温陶瓷共烧技术在多层LTCC基板上集成，并采用金属外壳封装工艺进行封装。优选的，其还包括运算运放、稳压源、基准源，所述的稳压源与所述的第一低通滤波电路相连接，所述的基准源与所述的高通滤波电路相连接。优选的，所述的基于LTCC多层基板工艺的电荷选通变换器电路中集成有多路所述的信号处理通道。优选的，所述的电荷变换电路包括运放，所述的运放的反相输入端为所述的电荷变换电路的输入端，所述的运放的同相输入端经过第二电阻接地，所述的运放的输出端与所述的反相输入端之间连接有第一电容，所述的第一电容的两端并联有相串联的第一电阻和第四电阻，所述的第一电阻和所述的第四电阻的共同端经第三电阻接地。优选的，所述的第一低通滤波电路包括低通滤波芯片及其外围电路。优选的，所述的放大电路与所述的第一低通滤波电路之间设置有隔直电容。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本发明的基于LTCC多层基板工艺制造的电荷选通变换器电路体积小、工作温度范围较宽，其适用性和可靠性较高。
附图I为本发明的基于LTCC多层基板工艺的电荷选通变换器电路的电路原理框图。附图2为本发明的基于LTCC多层基板工艺的电荷选通变换器电路的电荷变换电路的电路图。附图3为本发明的基于LTCC多层基板工艺的电荷选通变换器电路的第一低通滤波电路的电路图。附图4为本发明的基于LTCC多层基板工艺的电荷选通变换器电路的整体电路图。
具体实施例方式下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。实施例一参见附图I所示。一种基于LTCC多层基板工艺的电荷选通变换器电路，在同一封装中集成了两路信号处理通道。两路信号处理通道可以同时在两个不同的频段下工作。每个信号处理通道包括电荷变换电路、放大电路、第一低通滤波电路、高通滤波电路、第二低通滤波电路。电荷变换电路的输入端输入电荷信号，电荷变换电路将电荷信号转换为电压信号并输出。放大电路的输入端与电荷变换电路的输出端相连接，放大电路将电荷变换电路所输出的电压信号进行放大。第一低通滤波电路的输入端与放大电路的输出端相连接，第一低通滤波电路对经放大电路放大后的电压信号进行低通滤波。高通滤波电路的输入端与第一低通滤波电路的输出端相连接。第二低通滤波电路的输入端与高通滤波电路的输出端相连接，第二低通滤波电路的输出端为基于LTCC多层基板工艺的电荷选通变换器电路的输出端。该基于LTCC多层基板工艺的电荷选通变换器电路中还包括运算运放、稳压源、基准源。稳压源与第一低通滤波电路相连接，基准源与高通滤波电路相连接。参见附图2所示。电荷变换电路包括运放，运放的反相输入端为电荷变换电路的输入端，运放的同相输入端经过第二电阻接地，运放的输出端与反相输入端之间连接有第一电容，第一电容的两端并联有相串联的第一电阻和第四电阻，第一电阻和第四电阻的共同端经第三电阻接地。由于该电路的输入信号是电荷信号，为了防止电荷信号在输入时因为输入阻抗低而产生无谓的损耗，所以需选用高输入阻抗的运放。经查资料，选用LF444A四运放芯片，其输入阻抗在1012Ω数量级，可以尽量减少输入信号的损耗。传统的压电式加速度计信号处理电路使用过程中，曾出现过因为电路过载而导致的电荷阻塞现象，因此在电路的电荷变换部分，采用了 T型电阻网络。这个T型电阻网络的好处就是既可以保持很高的输入阻抗，又可以在发生电荷阻塞现象时，尽快的形成放电回路，从而有效减少电荷阻塞的时间。第一低通滤波电路包括低通滤波芯片及其外围电路。输入信号经过电荷转换电路之后，成为一个正弦信号，并进入放大电路。正弦信号被放大20倍之后，通过一个隔直电容，进入由MAX293芯片构成的第一低通滤波电路，将200Hz以上的信号滤掉。之所以选用MAX293芯片，主要是因为其滤波效果好，带外衰减高，并且频率调节方便。MAX293芯片有一个内部时钟，通过外接一个一定容值的电容到地可以调节其内部时钟频率。其内部时
IO5
钟频率的计算公式为foSc(kHz)=;；~ΓΤ7。其中foS。为MAX293芯片的内部时钟频率，Cosc
3cOsc(Pf)
为MAX293芯片外接到地的电容值。而所需要低通滤波的截止频率点与MAX293芯片内部时钟的关系为I :100，简单的说就是，如果使用MAX293芯片设计一个截止频率为3. 3kHz的低通滤波器，就需要MAX293芯片的内部时钟为330kHz，因此通过上述计算公式计算得C_ =100pF，也就是在MAX293芯片的I脚外接一个IOOpF的电容到地即可。MAX293芯片单电源工作典型接法如附图3所示。上述电路经过试制，根据试制过程中出现的问题，对电路进行相应调整，参见附图4所示(以一路信号处理通道为例)。上述基于LTCC多层基板工艺的电荷选通变换器电路采用低温陶瓷共烧技术在多层LTCC基板上集成，并采用金属外壳封装工艺进行封装。I、LTCC多层基板工艺LTCC工艺技术是近20年来在国内出现的一种新型工艺手段，低温陶瓷共烧(LTCC)技术是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，并可按照需要，将导带和多个无源元件埋入其中，然后叠压在一起，在900°C下烧结，制成三维电路网络的无源集成组件，也可制成内置无源元件的三维电路基板，在其表面可以贴装IC和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块。采用LTCC工艺制作的基板具有可实现IC芯片封装、内埋置无源元件及高密度电路组装的功能。本发明的电荷选通变换器电路因无源器件比较少，无源器件内埋后对体积减小的帮助并不明显，因此本电路在实现时并未采用无源器件内埋的技术，而是将所有的IC芯片和贴片电容均贴装在LTCC基板的表面，而电路中的电阻使用相应方阻的电阻浆料，采用丝网印刷工艺印制在LTCC基板的背面。LTCC基板共8层，每层之间的互联通过通孔和印制内部导带来完成。最终LTCC基板的尺寸仅为13. 5mmX 8. 7mm，厚度仅为O. 8mm。2、金属外壳封装工艺为使该电路的质量等级需达到H级(军品级)，在电路的封装工艺上使用了金属外壳全气密性封装。首先使用导电环氧粘接剂实现IC芯片及外贴元件与LTCC基板的物理与电学连接，用金丝球键合的办法，将电路内部元器件进行电学互连，然后用绝缘环氧粘接剂来实现LTCC基板与金属管座的物理粘接，用金丝球键合的办法，将内部电路与金属外壳外引线连接起来，最后采用平行缝焊技术实现壳盖和底座的充氮密封焊接。这种封装的好处就是可靠性高，抗冲击性能比较好，而且通过选择合适的器件，使该电路在_55°C至+125°C的范围内均可以正常工作。封装后电路尺寸为20mmX 15mm，因为一个电路模块中集成了两个频段的信号处理通道，因此这个尺寸远远小于传统电路的尺寸。总的来说，本发明的电路大幅度的减小了传统的压电式加速度传感器信号处理电路的体积，拓宽了其工作温度范围，增加了其适用性和可靠性，并能够以此为基础，开发出一系列的相似产品。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。
权利要求
1.一种基于LTCC多层基板工艺的电荷选通变换器电路,其特征在于其包括信号处理通道，所述的信号处理通道包括 电荷变换电路，所述的电荷变换电路的输入端输入电荷信号，所述的电荷变换电路将所述的电荷信号转换为电压信号并输出； 放大电路，所述的放大电路的输入端与所述的电荷变换电路的输出端相连接，所述的放大电路将所述的电荷变换电路所输出的电压信号进行放大； 第一低通滤波电路，所述的第一低通滤波电路的输入端与所述的放大电路的输出端相连接，所述的第一低通滤波电路对经所述的放大电路放大后的电压信号进行低通滤波； 高通滤波电路，所述的高通滤波电路的输入端与所述的第一低通滤波电路的输出端相连接； 第二低通滤波电路，所述的第二低通滤波电路的输入端与所述的高通滤波电路的输出端相连接，所述的第二低通滤波电路的输出端为所述的基于LTCC多层基板工艺的电荷选通变换器电路的输出端； 所述的基于LTCC多层基板工艺的电荷选通变换器电路采用低温陶瓷共烧技术在多层LTCC基板上集成，并采用金属外壳封装工艺进行封装。
2.根据权利要求I所述的基于LTCC多层基板工艺的电荷选通变换器电路，其特征在于其还包括运算运放、稳压源、基准源，所述的稳压源与所述的第一低通滤波电路相连接，所述的基准源与所述的高通滤波电路相连接。
3.根据权利要求I所述的基于LTCC多层基板工艺的电荷选通变换器电路，其特征在于所述的基于LTCC多层基板工艺的电荷选通变换器电路中集成有多路所述的信号处理通道。
4.根据权利要求I所述的基于LTCC多层基板工艺的电荷选通变换器电路，其特征在于所述的电荷变换电路包括运放，所述的运放的反相输入端为所述的电荷变换电路的输入端，所述的运放的同相输入端经过第二电阻接地，所述的运放的输出端与所述的反相输入端之间连接有第一电容，所述的第一电容的两端并联有相串联的第一电阻和第四电阻，所述的第一电阻和所述的第四电阻的共同端经第三电阻接地。
5.根据权利要求I所述的基于LTCC多层基板工艺的电荷选通变换器电路，其特征在于所述的第一低通滤波电路包括低通滤波芯片及其外围电路。
6.根据权利要求I所述的基于LTCC多层基板工艺的电荷选通变换器电路，其特征在于所述的放大电路与所述的第一低通滤波电路之间设置有隔直电容。
全文摘要
本发明涉及一种基于LTCC多层基板工艺的电荷选通变换器电路，包括信号处理通道，信号处理通道包括电荷变换电路、放大电路、第一低通滤波电路、高通滤波电路、第二低通滤波电路；电荷变换电路输入电荷信号并转换为电压信号；放大电路与电荷变换电路的输出端相连接，将电压信号放大；第一低通滤波电路与放大电路的输出端相连接，对放大后的电压信号进行低通滤波；高通滤波电路与第一低通滤波电路的输出端相连接；第二低通滤波电路与高通滤波电路的输出端相连接；该电路采用低温陶瓷共烧技术在多层LTCC基板上集成，并采用金属外壳封装工艺进行封装。本发明的电路体积小、工作温度范围较宽，其适用性和可靠性较高。
文档编号H03H7/09GK102931938SQ20121038705
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月12日 优先权日2012年10月12日
发明者王晓臣, 房建峰, 鞠莉娜, 董冀, 薛峻 申请人:中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心