石英晶片抛光研磨在线测频系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种石英晶片抛光研磨在线测频系统，包括DDS信号模块、射频功率放大模块、π网络接口电路模块、阻抗匹配模块、信号处理模块、MCU控制系统模块和用于为以上模块提供工作电压的电源模块，所述DDS信号模块根据MCU控制系统模块发出指定的扫频指令产生指定频率范围和扫频速度，输出功率的正弦扫频信号，经过射频功率放大模块把DDS信号模块产生的谐振信号进行功率放大，功率放大后的信号连接到π网络接口电路模块，正弦扫频信号通过π网络作用在晶片上使其产生机械振动，同时晶片的机械振动又产生交变电场，当外加的正选扫频信号频率为某一特定值的时候，振幅明显增大，当产生振幅明显增大的信号时，再去捕获有效信号。

On line frequency measurement system for polishing and grinding quartz wafer

【技术实现步骤摘要】
石英晶片抛光研磨在线测频系统
本技术属于石英晶片检测
，具体涉及一种石英晶片抛光在线测频系统。
技术介绍
现有技术中，石英晶片在线测频多通过信号采集放大，再峰值检测，再放大滤波，直流耦合进单片机ADC直流采样。其主要缺陷在于：低频5M以下无法测量，抛光片无法测量。主要原因如下：(1)原有电路受到硬件的限制放大能力有限，去噪声能力有限，不足以分辨解析进入低频和抛光的信号。(2)低频和抛光本来信号就很小，就算原来的系统能够放大足够大，但因为存在的直流分量同时也会被放大，超过了单片机的ADC电压范围无法采样。同时，现有技术中，美国TRANSAT公司的在线频率监控仪(AutoLappingControlsystem-ALC)对研磨过程中的晶片频率进行在线测控，存在“在某些频段发生测频值跳变”的问题，以及ALC在石英晶片抛光片上没法测量，已经无法满足当前的生产环境。
技术实现思路
鉴于以上存在的技术问题，本技术用于提供一种石英晶片抛光研磨在线测频系统。为解决上述技术问题，本技术采用如下的技术方案：一种石英晶片抛光研磨在线测频系统，包括DDS信号模块、射频功率放大模块、π网络接口电路模块、阻抗匹配模块、信号处理模块、MCU控制系统模块和用于为以上模块提供工作电压的电源模块，所述DDS信号模块根据MCU控制系统模块发出指定的扫频指令产生指定频率范围和扫频速度，输出功率的正弦扫频信号，经过射频功率放大模块把DDS信号模块产生的谐振信号进行功率放大，功率放大后的信号连接到π网络接口电路模块，正弦扫频信号通过π网络作用在晶片上使其产生机械振动，同时晶片的机械振动又产生交变电场，当外加的正选扫频信号频率为某一特定值的时候，振幅明显增大，当产生振幅明显增大的信号时，通过阻抗匹配模块，匹配做π网络接口电路模块的输出阻抗和信号处理模块输入的阻抗匹配，进入信号处理模块后，先做4阶的高通滤波器，滤除高频干扰，再把滤波以后的信号进行交流信号的高速放大，放大以后再滤波以后再去峰峰值检测得到比较微弱，还存在干扰的谐振信号，微弱的谐振信号先做交流耦合去除信号中的直流分量，对不含直流分量的信号再做信号的放大，放大以后再将信号中的高频干扰去除，用加法电路把放大以后的谐振信号做直流抬升，输出的信号再做一次电压跟随器，信号处理模块输出和MCU控制系统模块输入的阻抗匹配，MCU控制系统模块用于捕获谐振信号计算晶片的频率。优选地，所述信号处理模块进一步依次包括4阶有源高通电路、3级运放高速放大电路、2阶无源滤波电路、峰峰值比较电路、2阶高通交流耦合电路、二阶信号放大电路、4阶有源低通电路和加法电压跟随电路。优选地，所述4阶有源高通电路进一步包括：从探头输入的信号接到IN1SMA接头，第八电阻R8并联到地做50欧姆阻抗匹配，通过第三电容C3和第四电容C4接到第二运放U2的3脚，3脚对地接第十电阻，第二运放2脚和6脚短接，2脚再接第二电阻反馈到第三电容和第四电容之间，信号通过第二运放以后到第一运放，通过第一电容和第二电容接到第一运放的3脚，3脚对地接第七电阻，第一运放2脚和6脚短接，2脚再接第一电阻反馈到第一电容和第二电容之间。优选地，所述3级运放高速放大电路进一步包括：输入信号经过高通滤波以后，需要隔离电路中的直流分量，分别依次输入包括第五电阻和第三运放的第一级放大电路，包括第六电阻和第四运放的第二级放大电路和包括第七电阻和第五运放的第三级高通滤波器放大电路。优选地，所述2阶无源滤波电路进一步包括：在经过3级运放滤波放大以后，信号里存在噪声干扰，通过通关两级无源滤波电路处理，第十电容和第二十一电阻组成第一级无源滤波器，第十一电容和第二十二电阻组成第二级无源滤波器。优选地，所述峰峰值比较电路进一步包括：第七运算放大器U7比较的信号是同相端IN+的待测信号与反相端IN-反馈回来的信号，接地端GND和使能端EN接信号地，输出端out连接限流电阻R3；反馈电路利用第二二极管和由第二十二电阻、第一电容构成的RC充放电回路进行检波，如果待测信号的赋值大于二极管D2和RC检测幅值，则比较器输出高电平，此时第一二极管D1导通并对电容充电使检测幅值上升；如果待测信号幅值小于第一二极管D1和RC检测幅值，则比较器一直输出低电平，电容器通过电阻放电使检测幅值降低，最终检测充放电平衡；RC充放电回路连接反馈运算放大器的正向输入端+，U7的输出端与反馈运算放大器的反向输入端，作为限流电阻的第五电阻和第六电容直接相连。优选地，所述2阶高通交流耦合电路进一步包括：峰峰值检测的信号通过第十四电容C14和第十三电容C13输入到运放第九运放U9的3脚，U9的2脚和6脚短接做反馈，3脚通过第三十三电阻接地，U9的6脚通过第三十七电阻反馈回到第十三电容和第十四电容之间。优选地，所述二阶信号放大电路进一步包括：信号通过第二十八电阻，输入到运放U12A的2脚，运放U12A的1脚通过第二十六电阻反馈到U12A的2脚，U12A的3脚接地，形成2倍的放大，同理，经过2倍放大后的信号通过第三十电阻，输入到运放U12C的2脚，运放U12C的1脚通过第二十七电阻反馈到U12C的2脚，U12C的3脚接地，形成另一级2倍的放大。优选地，所述4阶有源低通电路进一步包括：经过放大的信号输入串联的第三十四电阻和第三十五电阻输入到第十一运放U11的3脚，U11的3脚通过第三十六电阻接地，U11的6脚和2脚短接做反馈，U11的6脚再通过第十八电容C18反馈到第三十四电容R34和第三十五电阻R35之间，信号再输入到第三十一电阻R31和第三十二电阻R32输入到第十运放U10的3脚，第十运放的3脚通过第十五电容C15接地，第十运放的6脚和2脚短接做反馈，第十运放的6脚再通过C17反馈到第三十一电容R31和第三十二电容R32之间。优选地，所述加法电压跟随电路进一步包括：信号经过第二十九电阻输入到运放U8D的12脚，直流信号1.24V通过第三十六电阻R36输入到U8D的12脚，运放U8D的14脚通过第二十五电阻R25反馈到运放U8D的13脚，运放U8D的13脚通过第二十四电阻R24接地，经过加法的电路经过跟随一边输入到单片机ADC，另一端输入到模拟监控口。采用本技术具有如下的有益效果：(1)对于石英晶片中的5M以下的低频谐振小信号有探测的能力；(2)可以测量石英晶片抛光片；由于低频的石英晶片厚度比较大，所以需要更加大的激励信号和更加灵敏的后期处理电路，由于功率的放大，需要对电路做更好的阻抗匹配。处理电路的灵敏度的提升，电路对噪声也同样得到放大，所以需要合适的滤波。(3)使用合适的输入阻抗，如果输入输出电路阻抗不匹配，就会带来电路的寿命的损伤，还有信号的形变。采用交流耦合电路，是为了去除信号中的直流分量，把信号稳定在零位，方便后级的处理和采集，获得更大的信号幅度。选定合适的滤波器确定滤波参数，在放大以后，信号和噪声都被放大了，所以需要去除信号中的干扰。使石英晶片谐振信号，信号稳定，没有零飘，没有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石英晶片抛光研磨在线测频系统，其特征在于，包括DDS信号模块、射频功率放大模块、π网络接口电路模块、阻抗匹配模块、信号处理模块、MCU控制系统模块和用于为以上模块提供工作电压的电源模块，/n所述DDS信号模块根据MCU控制系统模块发出指定的扫频指令产生指定频率范围和扫频速度，输出功率的正弦扫频信号，经过射频功率放大模块把DDS信号模块产生的谐振信号进行功率放大，功率放大后的信号连接到π网络接口电路模块，正弦扫频信号通过π网络作用在晶片上使其产生机械振动，同时晶片的机械振动又产生交变电场，当外加的正选扫频信号频率为某一特定值的时候，振幅明显增大，当产生振幅明显增大的信号时，通过阻抗匹配模块，匹配做π网络接口电路模块的输出阻抗和信号处理模块输入的阻抗匹配，进入信号处理模块后，先做4阶的高通滤波器，滤除高频干扰，再把滤波以后的信号进行交流信号的高速放大，放大以后再滤波以后再去峰峰值检测得到比较微弱，还存在干扰的谐振信号，微弱的谐振信号先做交流耦合去除信号中的直流分量，对不含直流分量的信号再做信号的放大，放大以后再将信号中的高频干扰去除，用加法电路把放大以后的谐振信号做直流抬升，输出的信号再做一次电压跟随器，信号处理模块输出和MCU控制系统模块输入的阻抗匹配，MCU控制系统模块用于捕获谐振信号计算晶片的频率。/n...

【技术特征摘要】
1.一种石英晶片抛光研磨在线测频系统，其特征在于，包括DDS信号模块、射频功率放大模块、π网络接口电路模块、阻抗匹配模块、信号处理模块、MCU控制系统模块和用于为以上模块提供工作电压的电源模块，
所述DDS信号模块根据MCU控制系统模块发出指定的扫频指令产生指定频率范围和扫频速度，输出功率的正弦扫频信号，经过射频功率放大模块把DDS信号模块产生的谐振信号进行功率放大，功率放大后的信号连接到π网络接口电路模块，正弦扫频信号通过π网络作用在晶片上使其产生机械振动，同时晶片的机械振动又产生交变电场，当外加的正选扫频信号频率为某一特定值的时候，振幅明显增大，当产生振幅明显增大的信号时，通过阻抗匹配模块，匹配做π网络接口电路模块的输出阻抗和信号处理模块输入的阻抗匹配，进入信号处理模块后，先做4阶的高通滤波器，滤除高频干扰，再把滤波以后的信号进行交流信号的高速放大，放大以后再滤波以后再去峰峰值检测得到比较微弱，还存在干扰的谐振信号，微弱的谐振信号先做交流耦合去除信号中的直流分量，对不含直流分量的信号再做信号的放大，放大以后再将信号中的高频干扰去除，用加法电路把放大以后的谐振信号做直流抬升，输出的信号再做一次电压跟随器，信号处理模块输出和MCU控制系统模块输入的阻抗匹配，MCU控制系统模块用于捕获谐振信号计算晶片的频率。


2.如权利要求1所述的石英晶片抛光研磨在线测频系统，其特征在于，所述信号处理模块进一步依次包括4阶有源高通电路、3级运放高速放大电路、2阶无源滤波电路、峰峰值比较电路、2阶高通交流耦合电路、2阶信号放大电路、4阶有源低通电路和加法电压跟随电路。


3.如权利要求2所述的石英晶片抛光研磨在线测频系统，其特征在于，所述4阶有源高通电路进一步包括：从探头输入的信号接到IN1SMA接头，第八电阻R8并联到地做50欧姆阻抗匹配，通过第三电容C3和第四电容C4接到第二运放U2的3脚，3脚对地接第十电阻，第二运放2脚和6脚短接，2脚再接第二电阻反馈到第三电容和第四电容之间，信号通过第二运放以后到第一运放，通过第一电容和第二电容接到第一运放的3脚，3脚对地接第七电阻，第一运放2脚和6脚短接，2脚再接第一电阻反馈到第一电容和第二电容之间。


4.如权利要求2所述的石英晶片抛光研磨在线测频系统，其特征在于，所述3级运放高速放大电路进一步包括：输入信号经过高通滤波以后，需要隔离电路中的直流分量，分别依次输入包括第五电阻和第三运放的第一级放大电路，包括第六电阻和第四运放的第二级放大电路和包括第七电阻和第五运放的第三级高通滤波器放大电路。


5.如权利要求2所述的石英晶片抛光研磨在线测频系统，其特征在于，所述2阶无源滤波电路进一步包括：在经过3级运放滤波放大以后，信号里存在噪声干扰，通过通关两级无源滤波电路处理，第十电容和第二十一电阻组成第一级无源滤波器，第十一电容和第二十二电...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭彬，陈一信，潘凌锋，陈浙泊，颜文俊，林斌，
申请(专利权)人：浙江大学台州研究院，
类型：新型
国别省市：浙江;33