降低对电缆长度的敏感性的射频功率发生器的控制器制造技术

一种射频（ＲＦ）功率发生器系统，包括一个功率发生器，它产生被输出到负载的射频功率信号。该射频发生器产生一个正向功率反馈信号以及一个反向功率反馈信号。一个控制器接收正向功率反馈信号以及反向功率反馈信号。该控制器产生一个设置点信号，后者被输出到功率发生器。一个设置点修改器接收正向功率反馈信号、反向功率反馈信号以及一个外部设置点信号。设置点修改器基于正向和反向功率反馈信号来计算一个正向功率限值。设置点修改器基于正向功率限值和外部设置点信号其中之一，向控制器输出一个已修改的设置点信号。设置点修改器和控制器可以被集成在一起。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于射频(RF)功率发生器的控制器，特别是涉及降低对电缆长度的敏感性的射频功率发生器的控制器。
技术介绍
许多射频功率发生器都含有控制器，用以调节射频输出功率，同时防止由于负载不匹配、过高的供电电压以及过高的工作温度而导致的放大器损坏。这些控制器还能够在一个或多个功率器件发生失效之后，使故障最小化。图1示出了一个典型的射频(RF)功率发生器10，它包括一个功率模块11以及一个控制器12。功率模块11接收来自射频激励器14的信号，对信号进行放大，并将信号送往负载16。功率模块11包括一个驱动器18以及一个末级放大器20。功率模块11通过电缆24接收直流功率，电缆24连接到具有接地回路的较远距离处的电池26。电缆24具有基本上为分布式的阻抗。控制器12包括一个放大器30、一个频率补偿电容器34以及一个缓冲器38。控制器12接收控制输入40和反馈信号42，并产生控制电压44，控制电压44改变驱动器18的增益。在正常情况下，控制器12调节输出功率，而在异常情况下，则保护功率模块11。控制器12通过采用负反馈来减少最大反馈信号与参考输入信号之间的误差，该参考输入信号是根据各反馈传感器的标称工作电平来选择的。来自功率模块11的反馈信号包括由射频检测器54和56产生的正向和反向功率信号50和52。检测器54和56一般被连接到定向耦合器60的两个采样臂上。其他反馈信号包括来自热敏电阻64的温度信号62，热敏电阻64与末级放大器20热耦合。差分电压反馈信号66和70与(经由电流采样电阻器72)送往功率模块11的直流输入电流成正比。驱动信号74将驱动电流反馈到末级放大器20。反馈信号76反馈送往驱动器18的控制电压44。在正常情况下，除了正向功率信号50以外，所有反馈信号都是很小的。控制器12使控制信号44增大，直到正向功率信号50变为近似地等于参考设置点为止。在异常情况下，其他各种反馈信号都增大，并且超过正向功率信号50。例如，当负载16不匹配或者被撤除时，反向功率信号52将增大。若驱动信号44增加而正向功率信号50没有相应的增加，则表示末级放大器20负载不匹配或出现故障。对于给定的输出功率，过高的控制电压一般对应于驱动器18中的问题。直流输入电流低表示负载不匹配、驱动器18的故障或者末级放大器20的故障。直流输入电流高或者末级放大器20的温度高表示控制器12应当降低功率模块11的正向功率需求。当出现这些情况中的一种或多种时，控制器12就降低送往功率模块11的驱动信号44，以便使最大反馈信号保持近似于参考设置点。用于保护射频功率发生器10的常规方法一般还使用一组已测量的发生器参数以及对每一种参数的硬性设置点限值。例如，最大反射功率被限制为600瓦(W)，功率放大器(PA)最大电流被限制为40安(A)，功率放大器(PA)最大功率耗散被限制为1800W。这种保护技术在射频功率发生器10避免逆向负载方面是有效的，但是当射频功率发生器10与负载16之间的电缆长度发生改变时，就不具备可重复的性能。现在参看图2，该图示出了根据现有技术的一种简化的功率发生器控制系统100。射频功率发生器控制系统100包括一个功率模块102，一个射频传感器104，一个负载106以及一个控制器108。功率模块102产生功率模块反馈信号109(如功率放大器供电电流110以及装置温度114)。射频传感器104产生射频传感器反馈信号115(如正向和反向功率116和118)。功率模块反馈信号109，射频传感器反馈信号115以及外部设置点信号120都被输入到控制器108。控制器108产生功率模块设置点信号124，后者被输入到功率模块102。功率模块设置点信号124通过功率模块102控制正向功率输出。基本的控制技术是提供来自多个检测器的负反馈信号(如正向功率116，反向功率118，功率放大器供电电流110以及装置温度114)。在正常运行过程中，除了正向功率信号以外，所有反馈信号都是相对小的。在这种情况下，控制器108增大或降低功率模块设置点信号124，以调节功率模块102的正向功率116。在负载不匹配的情况下，另一个反馈信号，例如是送往功率模块102中功率放大器的供电电流110，强于正向功率反馈信号116。这将导致控制器108降低功率模块设置点124。功率模块102降低向负载106提供的正向功率。这种控制技术在保护发生器避免逆向负载方面是有效的，但是当功率模块102(射频传感器104)与负载106之间的电缆长度L发生改变时，就不具备可重复的性能。电缆长度L的改变会引起一个相位偏移，这可能导致一个高阻抗负载被转换为一个低阻抗负载。负载阻抗的改变导致在功率模块102中的功率放大器所抽取电流的增加或减少。阻抗的变化导致功率放大器的供电电流限制环路降低或增大功率模块设置点124。这又导致即使在电压驻波比(VSWR)没有发生改变的情况下，射频功率发生器控制系统100仍然提供比无相移时较小或较大的功率。在可重复性十分重要的应用场合，例如半导体制造，很需要有一种对电缆长度或负载相位敏感性降低的射频发生器。例如，等离子体供电系统要求精确控制的条件和可重复性。某些装置从离子腔到发生器机架之间可能具有比其他装置更长的距离。因此，这些系统的工作情况将有所不同。
技术实现思路
根据本专利技术的一种射频(RF)功率发生器系统，包括一个产生输出到负载的射频功率信号的功率发生器。射频发生器产生一个正向功率反馈信号以及一个反向功率反馈信号。一个控制器接收该正向功率反馈信号以及反向功率反馈信号。该控制器产生一个设置点信号，该信号被输出到功率发生器。一个设置点修改器接收正向反馈信号、反向反馈信号以及外部设置点信号。设置点修改器基于正向和反向功率反馈信号来计算一个正向功率限值。设置点修改器基于正向功率限值和外部设置点信号其中之一，向控制器输出一个已修改的设置点信号。在本专利技术的其他特征中，控制器在正向功率限值以及外部设置点信号中，选择一个较小的数值。功率发生器包括一个射频传感器，后者产生正向功率反馈信号以及反向功率反馈信号。功率发生器包括一个功率模块，该模块产生供电电流反馈信号以及温度反馈信号，这两种信号都被输出到控制器。在本专利技术的另一些其他特征中，设置点修改器以及控制器被集成在一起。设置点修改器包括一份一览表和一项公式中的一个，用以计算正向功率限值。该公式根据正向和反向功率反馈信号以及最大功率耗散，来确定正向功率限值。通过下文所提供的详细说明，本专利技术的其它适用领域是显而易见的。应当理解，在说明本专利技术的优选实施例时，详细说明和特例仅用于说明目的，并不限制本专利技术的范围。附图说明通过以下的详细说明和附图，将能更充分地理解本专利技术，在附图中图1是根据现有技术其中包括一个控制器的一种射频功率发生器的框图；图2是根据现有技术的一种射频功率发生器的简化框图；图3A是根据本专利技术的一种射频功率发生器控制系统的框图；图3B是将控制器与外部设置点修改模块合并到一起的一种射频功率发生器控制系统的框图；图4表示确定随Γ或VSWR变化的正向功率的各步骤；图5A是一份数据表，表示当VSWR＝2∶1时，随负载相位和功率设置点变化的功率耗散；图5B是表示在不同的VSWR下，随负载相位变化的功率耗散的示图；图6是表示当本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种射频（ＲＦ）功率发生器系统，包括：一个功率发生器，它产生被输出到负载的一个射频功率信号、一个正向功率反馈信号以及一个反向功率反馈信号；一个控制器，它接收所述正向功率反馈信号以及所述反向功率反馈信号，并产生一个设置点信号，该设置点 信号被输出到所述功率发生器；以及一个设置点修改器，它接收所述正向功率反馈信号、所述反向功率反馈信号以及一个外部设置点信号，其中，所述设置点修改器基于所述正向和反向反馈信号来计算一个正向功率限值，并基于所述正向功率限值和所述外部设置点信号 其中之一，向所述控制器输出一个已修改的设置点信号。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯文P纳斯曼，艾伦T拉多姆斯基，
申请(专利权)人：MKS仪器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]