Стабильность ИОН снижает затраты на производство

14 ноября 2017

MAX6126

управление питаниеммедицинапотребительская электроникаавтоматизацияответственные применениялабораторные приборыMaxim Integratedстатьяинтегральные микросхемыПромавтоматика

Рено Розетти, Стив Логан (Maxim Integrated)

Большие промышленные предприятия, например, в нефтяной, электрической, пищевой отрасли, полагаются на измерительные приборы, обеспечивающие точные и стабильные измерения при управлении производственными процессами.

Со временем работоспособность датчика, фиксирующего изменения температуры или физическое воздействие, начинает ухудшаться. Это явление известно как «дрейф метрологических характеристик». Информация на выходе датчика перестает соответствовать действительности и может серьезно повлиять на качество производимой продукции. Дрейф характеристик может быть обнаружен и исправлен посредством перекалибровки, но это может быть связано со значительными материальными затратами.

Ключевым элементом при потере датчиками точности являются источники опорного напряжения. Понимание того, как минимизировать дрейф в источниках опорного напряжения, приводит к специализированным стратегиям калибровки, существенно снижающим издержки.

 Архитектура аналогового канала

Схема типичного аналогового канала и измерения показана на рисунке 1. Датчик преобразует физический параметр (вес, температуру, давление и так далее) в электрический сигнал. Сигнал усиливается (А), оцифровывается (ADC-АЦП) и подается на микроконтроллер (MCU) для обработки. И датчик, и АЦП требуют для корректности работы опорного напряжения. Оборудование промышленного предприятия может содержать сотни источников опорного напряжения.

Рис. 1. Типовая схема устройства восприятия и измерения

Рис. 1. Типовая схема устройства восприятия и измерения

Долговременная стабильность метрологических характеристик

Долговременная стабильность – это параметр, характеризующий дрейф источников опорного напряжения. Она определяется как медленное изменение выходного напряжения, обычно в одном направлении, происходящее в течение длительной непрерывной работы, и обычно измеряется в ppm/1000 часов.

Рис. 2. Климатическая камера

Рис. 2. Климатическая камера

Испытание долговременной стабильности не может быть ускорено путем создания искусственных условий согласно закону Аррениуса, поэтому оно должно длиться все изначально определенное время. Для 1000 часов это соответствует более чем месячному испытанию. Тест выполняется на выбранном наборе образцов в установленных условиях номинального входного напряжения, температуры, влажности и нагрузки.

В течение испытания определенное количество плат с монтажом, на каждой из которых размещено до 12 разъемов, помещается в климатические камеры с заданными температурой и влажностью (рисунок 2). Выходы непрерывно контролируются на предмет любого отклонения напряжения от номинального значения.

Учитывая экономические последствия дрейфа источников опорного напряжения, не удивительно, что производители полупроводников воодушевлены успешным прохождением более чем 1000-часового испытания точности и надежности работы.

Пример испытания

Приведенный ниже пример демонстрирует расширенный тест на долговременную стабильность для популярных источников опорного напряжения MAX6126. Сверхвысокоточный сверхмалошумящий источник опорного напряжения имеет типичную долговременную стабильность, определенную как 20 ppm/1000 часов. На рисунке 3 показаны электрические условия испытания – напряжение 5 В на входе и отсутствие нагрузки.

Рис. 3. Схема испытательного подключения MAX6126

Рис. 3. Схема испытательного подключения MAX6126

Для испытаний в климатической камере на плате были размещены 16 образцов MAX6126 класса А.

Испытание проводилось в климатической камере при температуре 25°C и относительной влажности 40% в течение 3000 часов, что почти троекратно превышает время испытания, рассмотренного выше в технических описаниях.

На рисунке 4 приведены результаты теста. Характеристика дрейфа всех микросхем не превышает ±10 ppm – половины стандартного значения дрейфа, указанного в техническом описании. Повторяемость от образца к образцу также достаточно велика. Всплеск, зафиксированный примерно через 2400 часов после начала испытания, соответствует повышению влажности, которое произошло из-за того, что источник резервного питания включился не сразу. Эти стабильные показания в течение длительного периода времени позволяют пользователям измерительных систем и комплексов автоматизированного управления минимизировать простои и снизить потребность в калибровке.

Рис. 4. Результаты испытания долговременной стабильности MAX6126

Рис. 4. Результаты испытания долговременной стабильности MAX6126

Будущее развитие

Компания Maxim Integrated откликается на запросы потребителей об увеличении продолжительности стабильной работы изделий постепенным увеличением длительности испытаний. Планы на будущее включают улучшение показателя долговременной стабильности для некоторых изделий c 20 ppm/1000 часов до 10 ppm/1000 часов и одновременное продолжение экспериментов с увеличением времени испытания до 10000 часов.

 Заключение

Точность и стабильность работы систем автоматизированного управления производством параметров зависят от миниатюрных, но критичных и повсеместно используемых источников опорного напряжения. Мы рассмотрели современные технологии испытаний, а также – улучшение диапазона разброса до 10 ppm/1000 часов и одновременное увеличение длительности испытаний этого критичного параметра до 10000 часов.

Оригинал статьи.

•••

Наши информационные каналы

О компании Maxim Integrated

Компания Maxim Integrated является одним из ведущих разработчиков и производителей широкого спектра аналоговых и цифро-аналоговых интегральных систем. Компания была основана в 1983 году в США, в городе Саннивэйл (Sunnyvale), штат Калифорния, инженером Джеком Гиффордом (Jack Gifford) совместно с группой экспертов по созданию микроэлектронных компонентов. На данный момент штаб-квартира компании располагается в г. Сан-Хосе (San Jose) (США, Калифорния), производственные мощности (7 заводов) и ...читать далее

Товары
Наименование
MAX6126A25+ (MAX)
MAX6126AASA30+ (MAX)
MAX6126B25+ (MAX)
MAX6126AASA25+ (MAX)
MAX6126A21 (MAX)
MAX6126A25 (MAX)
MAX6126A28 (MAX)
MAX6126A30+ (MAX)
MAX6126A41+ (MAX)
MAX6126A50+ (MAX)