反射系数相位检测器制造技术

一种基于一个功率耦合器的输出信号来确定相位的相位检测器。该功率耦合器输出第一信号与第二信号。第一信号及第二信号被输入到一个幅度检测器，后者确定第一信号与第二信号之间的相对相位的幅度。第一信号与第二信号还被输入到一个符号鉴别器，后者确定第一信号与第二信号之间的相位的符号。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及相位检测器，具体地说涉及用于供电系统的一种相位检测器，它使用两个基频相等的时变信号来确定反射系数的相位。为了对不匹配现象进行量化，常规的系统在等离子体腔的输入端引入一个探头，以便检测被施加到等离子体腔的射频信号的电压和电流。精确地测量最接近等离子体腔处的电压和电流能更好地显示等离子体的品质。对等离子体的品质的更好的显示又使得能够对等离子体腔内进行的刻蚀或淀积过程进行更好地控制。常规的探头限于监测被施加到等离子体腔的电压、电流和相位角。被放置在等离子体腔附近的另一种类型的传感器，仅提供有关被施加到等离子体腔的功率，即正向功率，以及从等离子体腔反射回来的功率，即反射功率的大小的信息。当为了向等离子体腔传送最佳的射频信号而控制射频电源时，正向和反射功率都是极其有用的，而测量正向和反射功率的常规传感器不能现成地提供相位信息。正如专业人士所熟知的那样，相位信息有助于对反射系数进行确定。常规的功率传感器都是定向传感器，不能确定正向与反射功率之间的相对相位。因此，希望能提供一种相位检测器，它与定向传感器配合使用，能提供正向功率、反射功率，以及相位信息。为了更完整地理解本专利技术及其目的和各项优点，参见下列说明以及附图。附图说明图1是根据本专利技术原理的一种供电系统的框图；以及图2是图1中的相位检测器的框图。等离子体控制器20利用来自等离子体腔12的输入。这些输入包括一个真空信号22，它指示腔内的真空度；一个电压信号24，它指示产生于等离子体腔内的电压；以及一个流量比信号26，它指示入口与出口气体流量的比值。专业人员将会认同，其它输入/输出都可以由等离子体控制器20接收/产生。等离子体控制器20确定期望的输入功率，即由供电系统30施加到等离子体腔的功率。供电系统30包括一个微处理器或控制器32，它从等离子体控制器20接收输入信号34。微处理器32产生多个控制信号，送至电源36。电源36的电压输出被输入到匹配网络38。匹配网络38对供电系统30与等离子体腔12之间的阻抗加以匹配，以便电源36驱动一个预定的阻抗，最好是50Ω(欧姆)，但可以改变。定向或功率耦合器44也称为定向或功率探头，被插入到匹配网络38和等离子体腔12之间。功率耦合器或探头44输出一对时变信号，这对信号与正向功率Vf和反射功率Vr相称。正向功率Vf和反射功率Vr被输入到相位检测器46，相位检测器46确定介于正向功率信号Vf和反射功率信号Vr之间的相位。相位检测器46输出一个与Vf和Vr之间的相位相称的信号。该相位被称为Γ相位，连同正向功率Vf和反射功率Vr一起被输入到处理器48。处理器48接收这些信号并有选择地测定幅度及相位值，以便获得随后可能被用来导出其它所需数值的多种数值。图2示出了相位检测器46的展开框图。在操作中，正向功率Vf和反射功率Vr来自于功率耦合器44，并分别被施加到硬件限幅器50、52，这两个限幅器规定信号Vf和Vr的上限和下限。硬件限幅器50、52分别对正向功率Vf和反射功率Vr进行规一化，以去除信号间的任何幅度变异。硬件限幅器50、52的输出被施加到相位幅度检测器54。相位幅度检测器54包括一个混合器56，混合器56输出正向功率Vf和反射功率Vr的积以确定一个混合信号。此混合信号被施加到一个低通滤波器(LFP)62。低通滤波器62削弱包含在混合信号中的与时间有关的信息。削弱与时间有关的信息后仅保留直流(DC)信号，该DC信号与正向功率Vf和反射功率Vr之间的相位相称。相位检测器46还包括一对转换电路58、60，转换电路58、60将正向功率Vf和反射功率Vr分别转换为直流(DC)信号。这样的转换可以使用一种峰值与保持电路或使用更为复杂的平方和检测器。转换电路58、60的输出被输入到模数转换器(ADC)64。正向功率Vf，反射功率Vr以及滤波后的信号分别被输入到ADC 64，模数转换器(ADC)64对各输入信号进行有选择地采样并输出一个数字信号，该数字信号分别与被采样信号的模拟值相对应。这些数字化的信号被输入到处理器66。除了相位幅度检测器54以外，相位检测器46还包括一个相位符号鉴别器70。符号鉴别器70接收硬件限幅器50、52的输出作为输入，硬件限幅器50、52的输出表示正向功率Vf和反射功率Vr经过硬件限幅的信号。经过硬件限幅的信号被输入到一个与非门(NAND)72，同时也分别被输入到一对延迟部件74、76的时钟输入端。一个电压Vcc被施加到延迟部件74、76的D输入端。与非门72的输出被施加到延迟部件74和76的清零输入端(C)。延迟部件74和76的输出分别被送到各自的低通滤波器78和80。低通滤波器78和80的输出被送到比较器82。比较器82输出一个符号位，该符号位被输入到处理器66。符号位确定正向功率Vf与反射功率Vr之间相对相位的符号。相位符号鉴别器70可以判定是正向功率Vf超前于反射功率Vr还是相反。在操作中，分别使延迟部件74和76通过加在D输入端的电压，同时也使另一个延迟部件复位，这样，一个延迟部件输出一个高电平信号，而另一个延迟部件则输出一个低电平信号。比较器82检测哪一个延迟部件输出高电平信号，哪一个延迟部件输出低电平信号，并相应地设置符号位。处理器66可以采用任何一种处理器，很多处理器已为业界所熟知。在一个优选实施例中，处理器66采用一个场可编程门阵列(FPGA)。处理器66确定对ADC 64的哪个输入进行模数转换并且施加到处理器66。可选地，处理器66把来自ADC 64的输入和从比较器82接收到的符号位组合在一起，打成信息包以传送给处理器48或其它系统部件。因此处理器66在相位检测器46中起着控制器作用，也用作与处理器48或者其它装置进行通信的一个可选接口单元。来自处理器66的输出被送到处理器48，处理器48可以执行各种各样的处理功能。这些功能包括校准、滤波、附加值计算或者其它所需的功能。例如，处理器48可以确定耦合器所受的复数负载阻抗，正向与反射功率之和的驻波比、无功功率、耦合器上的电压幅度以及耦合器上的电流幅度。在操作中，一个单一的时变信号本身是很复杂的，既包括幅度也包括相对于某个参考点的相位。当面临两个这样的信号时，每个信号的相位可以被描述为由一个数学差值来表示的一个相对量。若这两个信号的幅度以及这两个信号之间的相对相位已知，如上所述的与原始信号相关的其它大部分有用的数值可以被推导出来并加以分析。相位检测器46能检测复反射系数，该系数也被称为Γ相位，其方法是利用具有同一基频的两个时变信号，已知该基频与功率耦合器44输出的正向功率和反射功率相称。利用复反射系数的相位，即Γ相位以及正向功率与反射功率两者的幅度，就能导出其它感兴趣的参数，如施加到耦合器的复数负载阻抗、正向功率与反射功率之和的驻波、无功功率以及耦合器上的电压和电流的幅度。相位检测器46的操作可以如下面讨论那样来建模。若函数Acos(X)表示第一正弦波，如正向功率Vf或者反射功率Vr，其中A是所选信号的幅度。同样令Bcos(y)代表正向功率Vf和反射功率Vr中的另一个，其中B是该信号的幅度。混合信号可表示为如方程式(1)中所示。s＝Acos(x)*Bcos(y) (1)利用众所周知的恒等式，混合信号可进一步地表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种供电系统，用来接收输入功率并产生输出功率送往负载，该系统包括：一个功率发生器，该功率发生器接收输入功率并产生输出功率，功率发生器的输出被施加到负载上；一个定向耦合器，它被插入到负载与功率发生器之间，用于传感正向功率和反射功率；以 及一个相位检测器，用于确定正向功率与反射功率之间的相对相位。

【技术特征摘要】
US 2001-4-6 09/827,7191.一种供电系统，用来接收输入功率并产生输出功率送往负载，该系统包括一个功率发生器，该功率发生器接收输入功率并产生输出功率，功率发生器的输出被施加到负载上；一个定向耦合器，它被插入到负载与功率发生器之间，用于传感正向功率和反射功率；以及一个相位检测器，用于确定正向功率与反射功率之间的相对相位。2.根据权利要求1所述的供电系统，其中，相位检测器还包括一个幅度发生器，该幅度发生器接收正向功率和反射功率，并产生一个随正向与反射功率之间的相位的幅度而变化的信号。3.根据权利要求1所述的供电系统，其中，幅度发生器还包括一个混合器，用于将正向功率和反射功率加以混合，以确定一个混合信号；以及一个低通滤波器，用于让混合信号中的直流(DC)分量通过，该低通滤波器去除混合信号中与时间有关的分量，其中，直流分量与正向功率与反射功率之间的相位相称。4.根据权利要求1所述的供电系统，其中，相位检测器还包括一个符号发生器，该符号发生器接收正向功率和反射功率，并产生一个随正向与反射功率之间的相位的符号而变化的信号。5.根据权利要求1所述的供电系统还包括一个处理器，该处理器对正向功率、反射功率以及幅度中至少一项进行测定。6.根据权利要求5所述的供电系统，其中，处理器确定复数负载阻抗、正向功率与反射功率之和的驻波比、无功功率、耦合器上的电压幅度以及耦合器上的电流幅度等参数中的至少一项。7.根据权利要求1所述的供电系统，还包括一个被插入到功率发生器模块与负载之间的阻抗匹配网络。8.根据权利要求1所述的供电系统，其中，相位检测器还包括一个幅度发生器，该幅度发生器接收正向功率和反射功率，并产生一个随正向功率与反射功率之间的相位的幅度而变化的信号；以及一个符号发生器，该符号发生器接收正向功率和反射功率，并产生一个随正向功率与反射功率之间的相位的符号而变化的信号。9.根据权利要求8所述的供电系统，其中，幅度发生器还包括一个混合器，用于将正向功率和反射功率加以混合，以确定一个混合信号；以及一个低通滤波器，用于让混合信号中的直流(DC)分量通过，该低通滤波器去除混合信号中与时间有关的分量，其中，直流分量与正向功率与反射功率之间的相位相称。10.根据权利要求8所述的供电系统，还包括一个处理器，该处理器对正向功率、反射功率以及幅度中至少一项进行测定。11.根据权利要求10所述的供电系统，其中，处理器确定复数负载阻抗、正向功率与反射功率之和的驻波比、无功功率、耦合器上的电压幅度以及耦合器上的电流幅度等参数中的至少一项。12.根据权利要求8所述的供电系统，还包括一个被插入到功率发生器模块与负载之间的阻抗匹配网络。13.一种装置，其中包括一个供电系统耦合器，它接收功率发生器的输出，用来检测第一参数和第二参数，该耦合器分别产生第一信号和第二信号，这两个信号分别随第一和第二参数而变化；以及一个相位检测器，该相位检测器接收来自耦合器的第一信号和第二信号，该相位检测器根据第一参数和第二参数来确定第一信号与第二信号之间的相对相位。14.根据权利要求13所述的装置，其中，相位检测器还包括一个幅度发生器，该幅度发生器接收第一信号和第二信号，并产生一个随第一参数与第二参数之间的相位的幅度而变化的幅度信号。15.根据权利要求14所述的装置，其中，幅度发生器还包括一个混合器，用于将第一信号和第二信号加以混合，以确定一个混合信号；以及一个低通滤波...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯文P纳斯曼，
申请(专利权)人：ENI技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]