专利名称：一种用于激光调阻机的电阻测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及集 成电路制造设备领域，特别是涉及一种用于激光调阻机的电阻测量
直O
背景技术：
激光调阻，是一种修调电阻阻值的工艺。其原理是当高功率激光光束撞击厚膜或薄膜电阻材料表面时，光束撞击处的电阻材料介质气化，使电阻阻值升高。激光调阻机就是利用此原理，对电阻进行修调，得到符合阻值精度要求的电阻的装置。激光调阻机在修调电阻前，需要先测量得到待修调电阻的阻值。现有技术中，通常运用以下两种方法实现电阻测量数字万能表测量电阻法和可编程恒流输出一测量电压法。数字万能表测量电阻法是比较通用且比较简单的方法。该方法采用主机运行设备驱动程序，通过USB接口(或232接口或IEEE488接口)与数字万能表建立连接并发送数字万能表测量电阻功能命令和电阻量程设置命令。数字万能表依据命令执行电阻测量并将电阻测量结果返送至主机。可编程恒流输出--测量电压方法也称开尔文电阻测量方法。根据欧姆定理(R = U/I)，电阻两端电压值除以流经该电阻的电流值即为此电阻的电阻值。在测量电阻前，先根据被测电阻的大概阻值对可编程恒流源进行恒流值设定即根据AD采集卡电压测量范围， 运行可编程恒流源设备驱动程序，设定合适的恒电流值，使恒电流流经此电阻。AD采集卡模拟检测端连接至电阻两端并读取AD数据，主机通过计算得到电阻阻值。上述两种方法，都是将激光调阻机与PC主机相连。主机运行IO扩展卡设备驱动程序，电阻测量控制信号由IO扩展卡输出。由于主机运行IO扩展卡设备驱动程序的同时， 会运行操作系统程序，所以会造成整体电阻测量速度较慢(从建立通讯到返送数据通常需要几个到十几个毫秒，电阻测量量程的选择也会花费一定时间)。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于激光调阻机的电阻测量装置，能够提高激光调阻机的测量电阻的效率。为实现上述目的，本发明提供了如下方案一种用于激光调阻机的电阻测量装置，包括可编程恒流池电路、电压测量电路和电压比较及触发电路；所述可编程恒流池电路与所述电压测量电路相连；所述电压测量电路与所述电压比较及触发电路相连；所述可编程恒流池电路，用于恒定电流；所述电压测量电路，用于测量待测量电阻的电压；所述电压比较及触发电路与CPU芯片的中断信号输入端相连，用于输出中断信号。优选的，所述可编程恒流池电路包括数控模拟电压生成器、比例运放电路和恒流数值锁存器。
优选的，所述电压测量电路，包括可编程增益电压放大器、电流驱动器、运算放大器和模数转换器。优选的，所述运算放大器，包括并被接成电压跟随器形式的高输入阻抗型运算放大器，以及高精密运算放大器。 优选的，所述电压测量电路，还包括电阻测量辅助电路；所述电阻测量辅助电路包括τ型电阻网络电阻测试电路和0型电阻网络电阻测试电路。优选的，还包括测量精度校正电路；所述测量精度校正电路与所述可编程恒流池电路，用于提高可编程恒流池电路输出的电流精度。根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果本发明所公开的用于激光调阻机的电阻测量装置，通过可编程恒流池电路、电压测量电路和电压比较及触发电路等硬件电路，实现对电阻阻值的测量，取代了现有技术中的软件驱动程序，使得本发明所公开的用于激光调阻机的电阻测量装置，不再依赖于计算机等的操作系统，提高了激光调阻机的测量电阻的效率。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明所公开的用于激光调阻机的电阻测量装置结构图；图2为可编程恒流池电路第一部分电路图；
图3为可编程恒流池电路第二部分电路图；图4为可编程恒流池电路第三部分电路图；图5为可编程恒流池电路第四部分电路图；图6为电压测量电路第一部分电路图；图7为电压测量电路第二部分电路图；图8为电阻测量原理简化电路图；图9为T型电阻网络电阻测试电路图；图10为对电阻Rl进行测量的电路原理图；图11为对电阻R2进行测量的电路原理图；图12为对电阻R2进行测量的电路原理图；图13为0型电阻网络电阻测试电路图；图14为对0型电阻网络中的电阻R2进行测量的电路原理图；图15为电压比较及触发电路第一部分电路图；图16为电压比较及触发电路第二部分电路图；图17为测量精度校正电路第一部分电路图；图18为测量精度校正电路第二部分电路图；图19为测量精度校正电路第三部分电路图；图20为逻辑控制信号生成电路图21为EST总线电路图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。图1为本发明所公开的用于激光调阻机的电阻测量装置结构图。如图1所示，该装置包括可编程恒流池电路101、电压测量电路102和电压比较及触发电路103 ；所述可编程恒流池电路101与所述电压测量电路102相连；所述电压测量电路102与所述电压比较及触发电路103相连；所述可编程恒流池电路101，用于恒定电流；所述电压测量电路102，用于测量待测量电阻的电压；所述电压比较及触发电路103与CPU芯片的中断信号输入端相连，用于输出中断信号。本发明所公开的用于激光调阻机的电阻测量装置，通过可编程恒流池电路、电压测量电路和电压比较及触发电路等硬件电路，实现对电阻阻值的测量，取代了现有技术中的软件驱动程序，使得本发明所公开的用于激光调阻机的电阻测量装置，不再依赖于计算机等的操作系统，提高了激光调阻机的测量电阻的效率。为了提高用于激光调阻机的电阻测量装置的测量精度，本发明所公开的装置还可以包括测量精度校正电路104 ；所述测量精度校正电路104与所述可编程恒流池电路 101，用于提高可编程恒流池电路104输出的电流精度。图2为可编程恒流池电路第一部分电路图；图3为可编程恒流池电路第二部分电路图；图4为可编程恒流池电路第三部分电路图；图5为可编程恒流池电路第四部分电路图。下面对可编程恒流池电路的工作原理进行说明。 本发明采用开尔文电阻测量原理进行电阻测量。为实现开尔文电阻测量，提供精密的恒电流是必须的。对于厚膜电路来说，同一基片上有可能同时有低阻值、中阻值和高阻值电阻。这要求恒电流池电路必须有很宽的调节范围。恒电流池电路同时受到电压检测电路输入电压限制，因此还要确�：愕缌髦涤氲缱柚档某嘶怀淙氲缪股舷�(不能超出电压测量范围)。图 2-5 中，U1、U2、U3、U4、U5 分别是满程为 40mA、4mA、400 μ Α、40 μ Α、4 μ A 的精密恒电流生成�？�。各模块上的Iexp引脚控制各模块的开和关。当U108_PIN12(Q5)为高时，恒电流生成�？閁l被打开；同理，当U108的Q4、Q3、Q2、Ql分别为高时，可以分别打开恒电流生成�？閁2、U3、U4、U5。�？樯蟂in引脚是控制�？槭涑龊愕缌鞔笮〉哪Ｄ獾缪故淙攵耍逼涞缪勾�0-4V线性变化时，被打开的恒电流生成�？樗涑龅暮愕缌饕泊恿愕铰滔咝员浠�。例如，当U108的Ql、Q2、Q3、Q4为低，Q5为高时，Ul被打开。Us = OV时， 恒电流输出为OmA ；Us = 2V时，恒电流输出为20mA ；Us = 4V时，恒电流输出为40mA，依此类推。U108为Iexp数据锁存器，其数据由CPU通过EST总线写入，控制各恒电流生成�？榈目�。(恒电流生成�？榈缏分校愕缌鱅s流经CR302、CR304、CR306、CR308、CR310和 Q301、Q302、Q303、Q304、Q305至恒电流生成�？橐�4，而具体流经何�？橛筛骱愕缌魃赡？樯螴exp决定)。 图2-5中，U106、U107、U301、RN4和U302组成数控模拟电压生成器(也称Us电压调节器)。U301为16位D/A转换器，D0-D15为16位数据输入端，PIN17为模拟电压输出端。当D0-D15为0000H时，PIN17输出IOV电压；当D0-D15为FFFi7H时，PIN17输出OV电压(负向输出)。8附和仍02组成1( = 0.4的比例运放电路。所以当U301_PIN17从0V-10V 变化时，U302_PIN6随之输出0V-4V。U106、U107为恒流数值(Mantissa)锁存器，其数据输出至U301数据输入端(D0-D15)。
可编程恒流池电路产生的恒电流值可以表达为Is = 2 16-Mantissa /216χ [40mA χ Iexp (D4) +4mA χ Iexp (D3) +400uA χ Iexp (D2) +40uA χ Iexp (Dl) +4uA χ Iexp (DO)]通过将Mantissa写入U106、U107，将Iexp写入U108即可得到所要的恒电流值。图6为电压测量电路第一部分电路图；图7为电压测量电路第二部分电路图。如图6-7所示Rx为所要激光修调且要测量的电阻。U204为可编程增益电压放大器，U206、U209为电流驱动器，U210为高输入阻抗型运算放大器并被接成电压跟随器形式， U205、U207为高精密运算放大器、U201为16位高速AD转换器，对可编程增益电压放大器输出电压进行AD转换，转换数据通过U102、U109输出到EST总线供CPU读取。U205、U206、 U207.U209.U210组成的电路可以简化为如图8所示的电阻测量原理简化电路。由于U204、U210的输入阻抗很大，所以流经Rx的电流即为Is。当Is流经Rx时， 在Rx两端便产生了电压。该电压经U204差动放大后送入U201进行AD转换，其得到的数据便为Rx两端的16位电压数据。CPU利用此电压数据及设置的恒电流值数据便可算出Rx的电阻值。U201为16位高速AD转换器，输入电压范围为0V-10V，采用负向编码，即OV的AD 数据为FFFFH，IOV的AD数据为0000H。U204为可编程增益电压放大器，其中Pim、PIN14为增益值(Gain)控制输入端。为提高对不同阻值范围的电阻进行阻值检测的精度，同时为了满足AD转换器对输入电压范围的限制，须对不同Is的电阻两端的电压进行处理(例如，当 Is = 40mA (最大恒电流值)，测量阻值为1 Ω电阻时，在电阻两端仅有0. 04V电压，当GAIN =100时，U204输出为4V)。U204_PIN1及U204_PIN14与增益值的关系为
PINl4PINlGain (增益)
OOXl
01χ 10
1Oχ 100
11χ 1000U205、U209及其附属电路组成特殊电阻网络的电阻测量辅助电路。当Gh与短接时，U205 、U209电路等效于一电压跟随器，其输入端电位与输出端电位相等，即与Vl电位相等。下面对特殊电阻网络的电阻测量辅助电路及其工作原理进行详细说明。(1)图9为T型电阻网络电阻测试电路图。当三个电阻构成如下“T”型结构且仅有三个测试端(测试端1、测试端2、测试端3)时，本发明能够对每个电阻的阻值进行精确测试。上述T型电阻网络按一般电阻测试方法是无法对每个电阻进行精确测量的，因为任何两测试端之间含两个串接电阻。利用VH、I1^PVp込的选择性组合可以对每个电阻进行精确测试。测试原理见图10-12。图10为对电阻Rl进行测量的电路原理图。如图10所示，当测试端1连接H 测试端2连接IH，测试端3连接Vh时，因为VH端连接U204，其输入阻抗很高，Is只流经Rl 和R2 (R3中无电流经过)，而测试端3 (Vh)与公共C点电位相等，所以测试端3与测试端1 之间电压即为Rl两端电压Vki，由欧姆定律可得Rl = VK1/IS。图11为对电阻R2进行测量的电路原理图。如图11所示，当测试端2连接H 测试端1连接IH，测试端3连接Vh时，因为Vh端连接U204，其输入阻抗很高，Is只流经Rl 和R2 (R3中无电流经过)，而测试端3 (Vh)与公共C点电位相等，所以测试端3与测试端2 之间电压即为R2两端电压Vk2，由欧姆定律可得R2 = VK2/IS。图12为对电阻R2进行测量的电路原理图。如图12所示，当测试端1连接Ih，测试端3连接\、Ij则试端2连接Vh时，因端连接U204，其输入阻抗很高，Is只流经Rl 和R3(R2中无电流经过)，而测试端2(Vh)与公共C点电位相等，所以测试端2与测试端3 之间电压即为R3两端电压Vk3，由欧姆定律可得R3 = VK3/IS。(2)图13为0型电阻网络电阻测试电路图。当三个电阻(或三个以上)构成如下 “0”型环路结构时，本发明能够对每个电阻的阻值进行精确测试。上述0型电阻网络中每个电阻均与其余3个串联电阻相并联，对每个电阻进行精确测试按常规方法是不可能的。而借助于Gh、&就可以实现对每个电阻进行精确测试。以下以测量电阻R2为例，简述其原理及方法。图14为对0型电阻网络中的电阻R2进行测量的电路原理图。如图14所示，将GH、 Gl短接后，连接到P4测量端，VH、Ih连接到Pl测量端，\、Il连接到P2测量端。GH、Gl短接后，U205、U209及其附属电路组成电压跟随器，所以P2点电位与P4点电位相等(U210也构成电压跟随器)。由电学知识可知，当P2点电位与P4点电位相等时，P2点与P4点等效于开路(尽管有R3相连)，故R3中无电流经过。由于Ih连接Pl端，Il连接P2端，U204、U210 的输入阻抗很大，所以经过R2中电流只能是IS。Vh连接Pl端，VL连接P2端，Pl与P2之间电压即为R2两端电压且Vk2 = IsXR2。由欧姆定律可得R2 = VK2/IS。同理，将Gh、Gl短接后，连接到P2测量端，VH、Ih连接到P3测量端，\、Il连接到Pl 测量端，可精确测量Rl ；将Gh、&短接后，连接到Pl测量端，VH, Ih连接到P4测量端，Vl、Il 连接到P3测量端，可精确测量R4 ；将Gh、&短接后，连接到P3测量端，VH、IH连接到P2测量端，\、Il连接到P4测量端，可精确测量R3。U201为16位高速AD转换器，用于将U204输出的电压值转换成16位二进制数据。 其中PIN31为AD转换启动信号输入端，当PIN31出现下降沿时，U201开始AD转换，PIN18为AD转换完成输出信号。当U201完成AD转换后，PIN18输出一低电平信号，该信号经单稳态电路UlOlA处理后生成一低脉冲INT2至EST总线。AD转换速度很快，一般为25uS左右。U201输出的16位二进制数据D0-D15经U102和U109选通输出至EST总线供CPU读取。图1 5为电压比较及触发电路第一部分电路图；图16为电压比较及触发电路第二部分电路图。电压比较及触发电路的主要功能是提高激光调阻机的调阻效率，避免在激光调阻时频繁地检测和计算电阻阻值并再与标称阻值进行比较。电压比较及触发电路的原理是 采用实时跟踪被修调电阻两端电压并将之与CUTOFF值电压(又称比较电压)进行比较，一旦电阻两端电压大于CUTOFF值电压，比较器输出便发生电平翻转(由高变低)，同时将后接的D触发器触发成低电平。该低电平经单稳态电路UlOlB生成一低电平脉冲INTO至EST 总线，使CPU发生中断。图15、16中，U208为高精密电压比较器，U202为16位DA转换器， 其根据U103、UllO输出的16位二进制数据(由用户调阻程序设定)生成⑶TOFF值电压。 U113是D触发器，当U113_PIN4为低时，关闭U113输出(常输出高，比较器输出无效)，通常在激光调阻模式时被设置为高；U113_PIN3为上升沿触发端，当U113_PIN4为高且U113_ PIN3出现上升沿时Q端被置成电压比较器输出电平。在进行激光调阻时，该端由激光调阻控制�？槭涑觯⒂爰す饴龀逋�。U113_PIN6为负Q输出，经U112C反相后输出到激光调阻控制模块以进行激光调阻控制逻辑。图17为测量精度校正电路第一部分电路图；图18为测量精度校正电路第二部分电路图；图19为测量精度校正电路第三部分电路图。测量精度校正电路，用于提高电阻测量装置对电阻进行测量时的测量精度。机器在开机时，系统利用本电路对标准高精密电阻(0.01%电阻误差精度)进行测量，并获取现有的各满程恒流�？槊恳缓懔鞣段诘暮懔餍拚担月悴煌柚捣段У缱璧募觳庥幸蛔既返暮愕缌髦�。原理如下1.设置 Gain = 1000，Mantissa = 0000H(即 Is = 40mA),测量标准高精密电阻RSl (0. 100 Ω)，设实测得误差为K1 (U204输出理论电压为4V，实测电压为Ux,则K1 = (Ux-4)/4)。2.设置 Gain = 1000，Mantissa = E666H(即 Is = 4mA)，测量标准高精密电阻RS2 (1. 00 Ω )，设实测得误差为K2 (U204输出理论电压为4V，实测电压为Ux，则K2 = (Ux-4)/4)。3.计算和推导可得，当电阻阻值处于0. 100 Ω ^ R< 1.00 Ω时，测量电阻的 Mantissa可修正为Mantissa = 65535X {1-0. 1/[R · (1+K)]}；其中K = [ (K2-K1) (R-0. 1) ]/0· ；R 为标称阻值。4.设置 Gain = 100，Mantissa = 0000H(即 Is = 40mA),测量标准高精密电阻RS2 (1. 00 Ω )，设实测得误差为K1 (U204输出理论电压为4V，实测电压为Ux，则K1 = (Ux-4)/4)。5.设置 Gain = 100，Mantissa = E666H(即 Is = 4mA)，测量标准高精密电阻RS3(10.0Q)，设实测得误差为K2(U204输出理论电压为4V，实测电压为Ux，则K2 =(Ux-4)/4)。6.计算和推导可得，当电阻阻值处于1.00Ω ^ R < 10.0 Ω时，测量电阻的 Mantissa可修正为Mantissa = 65535X {1-1/[R · (1+K)]}；其中K = [ (K2-K1) (R-I)JMK1 ；R 为标称阻值。同样方法可得各阻值范围的Mantissa的修正式(以U204输出电压为4V进行测量及校正)
权利要求
1.一种用于激光调阻机的电阻测量装置，其特征在于，包括可编程恒流池电路、电压测量电路和电压比较及触发电路；所述可编程恒流池电路与所述电压测量电路相连；所述电压测量电路与所述电压比较及触发电路相连；所述可编程恒流池电路，用于恒定电流；所述电压测量电路，用于测量待测量电阻的电压；所述电压比较及触发电路与CPU芯片的中断信号输入端相连，用于输出中断信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可编程恒流池电路包括数控模拟电压生成器、比例运放电路和恒流数值锁存器。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电压测量电路，包括可编程增益电压放大器、电流驱动器、运算放大器和模数转换器。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述运算放大器，包括并被接成电压跟随器形式的高输入阻抗型运算放大器，以及高精密运算放大器。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述电压测量电路，还包括电阻测量辅助电路；所述电阻测量辅助电路包括T型电阻网络电阻测试电路和O型电阻网络 电阻测试电路。
6.根据权利要求1-5任一项所述的装置，其特征在于，还包括测量精度校正电路；所述测量精度校正电路与所述可编程恒流池电路，用于提高可编程恒流池电路输出的电流精度。
全文摘要
本发明公开一种用于激光调阻机的电阻测量装置，包括可编程恒流池电路、电压测量电路和电压比较及触发电路；所述可编程恒流池电路与所述电压测量电路相连；所述电压测量电路与所述电压比较及触发电路相连；所述可编程恒流池电路，用于恒定电流；所述电压测量电路，用于测量待测量电阻的电压；所述电压比较及触发电路与CPU芯片的中断信号输入端相连，用于输出中断信号。采用本发明所公开的用于激光调阻机的电阻测量装置，可以使得用于激光调阻机的电阻测量装置，不再依赖于计算机等的操作系统，提高了激光调阻机的测量电阻的效率。
文档编号G01R27/08GK102353841SQ201110293529
公开日2012年2月15日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日
发明者沈玉良 申请人:沈玉良
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
