用于连续模式和脉冲模式操作的统一RF功率传输单输入、多输出控制的制作方法
本公开涉及射频(rf)功率传输系统以及rf阻抗匹配网络的集中控制。
背景技术：
这里提供的背景描述是为了大体介绍本公开的背景。目前列举的发明人的工作(在这个背景技术部分中描述的程度上)以及在递交时可能不适合作为现有技术的描述的方面，既不明确地也不隐含地被承认为相对于本公开的现有技术。
等离子体蚀刻在半导体制造中被频繁地使用。在等离子体蚀刻中，离子由电场加速以蚀刻衬底上的被暴露表面。电场是基于由射频(rf)功率系统的rf产生器产生的rf功率信号产生的。由rf产生器产生的rf功率信号必须被精确地控制以有效地执行等离子体蚀刻。
rf功率系统可包括rf产生器、匹配网络和负载(例如，等离子体室)。rf产生器产生rf功率信号，rf功率信号在匹配网络处被接收。匹配网络使匹配网络的输入阻抗与rf产生器和匹配网络之间的传输线的特性阻抗匹配。该阻抗匹配有助于最大化转发到匹配网络的功率(“前向功率”)的量并最小化从匹配网络反射回rf产生器的功率(“反向功率”)的量。当匹配网络的输入阻抗与传输线的特征阻抗匹配时，前向功率可以被最大化并且反向功率可以被最小化。
在rf电源领域中，通常有两种方法将rf信号施加到负载。第一种更传统的方法是将连续波信号施加到负载。在连续波模式中，连续波信号通常是由电源连续输出到负载的正弦波。在连续波方法中，rf信号采用正弦输出，并且可以改变正弦波的振幅和/或频率以便改变施加到负载的输出功率。
将rf信号施加到负载的第二种方法涉及使rf信号产生脉冲，而不是将连续波信号施加到负载。在脉冲模式的操作中，rf正弦信号由调制信号调制，以便限定用于调制的正弦信号的包络。在传统的脉冲调制方案中，rf正弦信号通常以恒定的频率和振幅输出。递送到负载的功率通过改变调制信号而改变，而不是改变正弦rf信号。
在典型的rf电源配置中，通过使用测量前向功率和反射功率或施加到负载的rf信号的电压和电流的传感器，来确定施加到负载的输出功率。这些信号中的任一组在典型的反馈环路中被分析。分析通常确定用于调整rf电源的输出的功率值，以便改变施加到负载的功率。在rf功率传输系统中，其中负载是等离子体室，由于所施加的功率部分地为负载阻抗的函数，因此负载的变化的阻抗引起施加到负载的相应变化的功率。
随着等离子体系统的发展，为了满足规格而存在许多新的挑战，该规格需要满足用于连续波和脉冲rf控制两者的关键制造规格。一个进展包括将来自rf产生器的单个输出施加到匹配网络，并向等离子体室提供多个rf馈送，以允许增加各种等离子体参数的控制。在示例性配置中，rf产生器向匹配网络提供单输入，并且匹配网络向一个或多个等离子体室的对应的多个电极提供多个rf馈送。
进一步地，从连续波rf功率传输系统转换到脉冲rf功率传输系统存在额外的挑战。在典型的等离子体系统中，在等离子体中耗散的功率取决于等离子体的阻抗。如果阻抗相对于rf脉冲的时标(通常在1khz-10khz的范围内)变化，为了使在脉冲事件之间的等离子体不熄灭，则匹配网络和产生器中的传感器和执行器必须根据相似的时标应答，以提供耦接到等离子体负载的最佳功率。进一步地，阻抗的时间响应是等离子体依赖，并且根据诸如化学、压力和功率耦合的因素而变化。再进一步地，等离子体外部的各种寄生元件(诸如，在rf耦合天线或匹配系统中的电阻损耗)在脉冲周期期间呈现时变功率耦合效率，由于它们是与时间变化阻抗负载串联的恒定耗散阻抗。再进一步地，由于传输和反射的功率传感器和rf产生器通常针对匹配的终端进行校准，因此阻抗失配引起的功率补偿可能有助于增加功率传输中的可变性。
目前，传统的控制方法，rf电源和匹配网络独立运行。rf电源控制到匹配网络的rf输出，并且匹配网络独立地控制匹配元件的调谐，以提供阻抗匹配。匹配网络还控制从匹配网络施加到一个或多个等离子体室的相应多个电极的多个输出之间的相对输出。
传统方法具有与连续波模式和脉冲模式操作两者相关的各种成本和复杂度限制。例如，用于阻抗匹配设备的输入和输出的rf度量要求增加。进一步地，对于频率调谐系统，阻抗匹配网络的rf度量需要频率跟踪，以将采样的rf缩放到操作频率，并与rf产生器同步以减轻混叠和控制延迟问题。传统方法还要求匹配网络包括用于执行比率控制功能的计算资源，还增加了成本和复杂度。再进一步地，为了最小化不期望的rf瞬变，rf产生器和匹配网络必须协调适当的rf功率调节，而进一步增加成本和复杂度。目前，传统系统还需要rf输出测量同步，这通常发生在匹配网络。关于脉冲模式操作，上述挑战进一步增加。
技术实现要素：
这一部分提供本公开内容的概括总结，并且不是本公开内容的全部范围或本公开内容的全部特征的全面公开。
射频(rf)控制系统具有rf产生器，rf产生器包括输出rf信号的功率放大器。rf产生器还包括第一控制器。匹配网络接收rf信号。匹配网络产生多个rf输出信号至多个负载。匹配网络包括比率调谐元件，用于改变多个rf输出信号中的第一rf输出信号与多个rf输出信号中的第二rf输出信号之间的功率比率，或者用于改变从多个rf输出信号中的所选择的rf输出信号获得的值。第一控制器将比率控制信号传送至匹配网络，并且匹配网络根据比率控制信号控制比率调谐元件。
射频(rf)控制系统包括具有输出rf信号的功率放大器的rf产生器。rf产生器产生rf输出信号至用于接收rf信号的匹配网络。匹配网络向多个负载提供多个rf输出信号。匹配网络包括比率调谐元件，用于改变多个rf输出信号中的第一rf输出信号与多个rf输出信号中的第二rf输出信号之间的功率比率，或者用于改变从多个rf输出信号中的所选择的rf输出信号获得的值。控制器将比率控制信号传送至匹配网络，其中匹配网络根据比率控制信号控制比率调谐元件。
用于射频(rf)控制系统的控制器具有rf产生器，所述rf产生器包括将rf信号输出至匹配网络的功率放大器。匹配网络产生多个rf输出信号至多个负载。匹配网络包括比率调谐元件，用于改变多个rf输出信号中的第一rf输出信号与多个rf输出信号中的第二rf输出信号之间的功率比率，或者用于改变从多个rf输出信号中的所选择的rf输出信号获得的值。控制器将比率控制信号传送至匹配网络。匹配网络根据比率控制信号来控制比率调谐元件。
用于射频(rf)控制系统的控制器包括具有输出rf信号的功率放大器的rf产生器。rf产生器向匹配网络提供输出信号。匹配网络产生rf输出信号至负载。匹配网络包括阻抗调谐元件，以改变脉冲rf信号的脉冲边缘。控制器将脉冲边缘控制信号传送至匹配网络。匹配网络根据脉冲边缘控制信号来控制阻抗调谐元件。
用于控制射频(rf)控制系统的方法包括将比率控制信号传送至匹配网络。匹配网络根据比率控制信号来控制比率调谐元件。匹配网络接收rf信号并且产生多个rf输出信号至多个负载。匹配网络根据比率控制信号改变多个rf输出信号中的第一rf输出信号与多个rf输出信号中的第二rf输出信号之间的功率比率。
用于控制射频(rf)系统的方法包括将脉冲边缘控制信号传送至匹配网络。匹配网络根据脉冲边缘控制信号控制阻抗调谐元件，以改变脉冲rf信号的脉冲边缘。匹配网络根据脉冲边缘控制信号接收rf信号并且产生多个rf输出信号，以改变多个rf输出信号中的第一rf输出信号与多个rf输出信号中的第二rf输出信号之间的功率比率，或者用于改变从多个rf输出信号中的所选择的rf输出信号获得的值。
更多适用范围将从本文提供的描述中变得清楚。本发明内容中的描述和具体示例仅用于说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。
附图说明
本文描述的附图仅用于所选择的实施例的说明用途，而不用于说明所有可能的实现方式，并且不意在限制本公开内容的范围。
图1描绘了根据本公开的包含统一rf功率传输单输入、多输出控制的rf功率传输控制系统的功能框图；
图2描绘了根据本公开的要被重构的示例性输出脉冲的波形；
图3描绘了根据以脉冲模式操作的rf产生器的操作的脉冲和由脉冲界定的示例性波形；
图4描绘了图2的输出脉冲的示例性混叠波形；
图5描绘了具有扩大的时标的图4的波形；
图6描绘了包含用于重构输出脉冲的统一rf功率传输单输入、多输出控制和脉冲模式rf功率传输系统的rf功率传输控制系统的一部分的状态图；
图7描绘了用于重构rf输出脉冲信号的接收缓冲器和重构缓冲器；
图8描绘了使用图6的状态图中描绘的方法从图3的波形重构的单个循环的波形；
图9描绘了图1的rf控制器的控制部分的扩展框图；
图10是与脉冲波形的更一般化的配置结合使用的、图7的重构缓冲器的更一般化的表示；并且
图11描绘了用于描述重构缓冲器的多电平脉冲波形的量，以便展示采样脉冲波形和重构缓冲器之间的关系。
贯穿附图的多个视图，对应的附图标记指示对应的部件，并且附图标记可被重复使用来识别相似和/或相同的要素。
具体实施方式
现在将参考附图更充分地描述示例实施例。
提供示例实施例，使得本公开将全面并且将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。阐述多个具体细节(诸如特定组件、设备和方法的示例)，以提供对本公开实施例的全面理解。对本领域技术人员将显而易见的是，不需要使用具体细节，示例实施例可以以多种不同形式体现并且这两种情况都不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例实施例中，未详细描述众所周知的过程、众所周知的设备结构以及众所周知的技术。
本发明中使用的术语仅用于描述特定示例实施例用途，而不旨在作为限制。如本文中使用的，单数形式“一”、“该”、“此”可以旨在也包括复数形式，除非上下文清楚地表示别的含义。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”包含并且因此指明所述的特征、整数、步骤、操作、要素和/或组件的存在，但不排除存在或增加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、要素、组件和/或它们的组。本文中描述的方法步骤、过程和操作不应被解释为必须要求以所讨论或所图示的特定顺序表现，除非特定地被标识为表现的顺序。还应理解，可以采用附加步骤或可替代的步骤。
当一要素或层被称为“位于另一要素或层上”、“与另一要素或层接合”、“与另一要素或层连接”或“与另一要素或层耦接”时，该要素或层可以直接位于另一要素或层上、与另一要素或层直接接合、与另一要素或层直接连接或与另一要素或层直接耦接，或者可以存在中间的要素或层。相比之下，当一个要素被称为直接在另一要素或层“上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接耦接到”另一要素或层时，可不存在中间要素或层。用于描述要素之间关系的其他词语应该以类似的方式解释(例如，“在……之间”对“直接在……之间”，“相邻”对“直接相邻”等)。如本文中使用的，术语“和/或”包括所关联列出的项目中的一个或多个的任意和全部组合。
虽然在本文中可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种要素、组件、区域、层和/或部分，但这些要素、组件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语可仅用于将一个要素、组件、区域、层或部分与另一区域、层或部分区别开。像“第一”、“第二”和其它数字术语这样的术语，当其在本文中使用时，不指顺序或次序，除非上下文清楚地这样表示。因此，在不脱离示例实施例的教导的情况下，下面讨论的第一要素、第一组件、第一区域、第一层或第一部分可被称为第二要素、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。
为了便于描述，在本文中可以使用与空间有关的术语，诸如“内部”、“外部”、“在……下面”、“在……下方”、“下面的”、“在……上方”、“上面的”等，来描述附图中图示的一个要素或特征与另一要素或特征的关系。空间有关的术语可以旨在涵盖在使用中或在操作中的设备除附图所示的方向以外的不同方向。例如，如果图中的设备被翻转，则描述为在其他要素或特征“下方”或“之下”的要素则将被定向为在另一要素或特征的“上方”。因此，示例术语“下面”可以包括上面和下面两个朝向。设备可以被另外定向(旋转90度或者在其它方位)，并且本文使用的空间相对描述符可以进行相应的解释。
在图1中，示出了包括rf控制或功率系统的rf功率系统10。rf功率系统10包括rf产生器12、匹配网络14以及匹配网络14的多个负载16a、16b、……、16n(统称为负载16)。rf产生器12产生提供至匹配网络14的rf功率信号18。匹配网络14使匹配网络14的输入阻抗与rf产生器12和匹配网络14之间的传输线的特性阻抗匹配。换句话说，匹配网络14使负载16的阻抗与由rf产生器12的输出可见的阻抗匹配。匹配网络14和负载16可被认为是rf产生器12上的负载。负载16a、16b、……、16n可以是例如等离子体室或其他rf负载，诸如一个或多个等离子体室的一个或多个电极。负载16的阻抗可以是静态的(即，不随时间变化)或动态的(即，随时间变化)。
rf产生器12包括rf电源或功率放大器20以及第一或内部反馈回路22a和第二或外部反馈回路22b。功率放大器20产生输出至匹配网络14的rf功率信号18。功率放大器20可以基于从功率放大器20外部的电源(未示出)接收的功率信号来产生rf功率信号18。电源可以位于rf产生器12外部。电源可以是例如直流(dc)电源。
第一或内部反馈回路22a包括一个或多个传感器(第一传感器)26，一个或多个传感器26生成输入至功率放大器20的控制器28的信号x和y(亦即30)。内部反馈回路22a还包括缩放模块32、加法器36以及功率控制模块40。传感器26可以包括电压传感器、电流传感器和/或定向耦合传感器。传感器26可以检测(i)功率放大器20的电压v和电流i输出，和/或(ii)功率放大器20和/或rf产生器12的前向(或源)功率pfwd输出以及从匹配网络14接收的反向(或反射)功率prev。电压v、电流i、前向功率pfwd和反向功率prev可以是功率放大器20的输出的实际电压、电流、前向功率和反向功率的缩放和/或过滤版本。传感器26可以是模拟传感器和/或数字传感器。在数字实现中，传感器26可以包括模数(a/d)转换器和具有相应采样率的信号采样组件。信号x和y可以代表电压v和电流i或前向(或者源)功率pfwd和反向(或者反射)功率prev中的任何一个。
传感器26产生由缩放模块32接收的传感器信号x、y。缩放模块32缩放传感器信号30并且产生功率反馈信号34。基于传感器信号30和缩放矩阵产生功率反馈信号34。功率反馈信号34可以例如代表用于前向功率调平功率传输的前向功率。功率反馈信号34可以代表输送至匹配网络14的rf功率或者负载功率pd，并且可以由公式(1)表示，其中v是功率放大器20和/或rf产生器12的电压输出，i是功率放大器20和/或rf产生器12的电流输出，并且θ是功率放大器20的电压输出v和电流输出i之间的相位差。
pd＝|v||i|cos(θ)＝pfwd-prev(1)
加法器36将功率反馈信号34与可由功率设定点模块(未示出)产生的预定功率设定点信号38相加。可以从预定功率设定点信号38中减去功率反馈信号34，以产生误差信号efb。
功率控制模块40接收误差信号efb并且产生功率控制信号
匹配网络14包括调谐和比率执行器48以及匹配控制器50。调谐网络和比率执行器48包括调谐元件，用于改变rf产生器12的输出处的阻抗，以便响应负载16的变化并保持rf产生器12的输出处的稳定阻抗。调谐网络和比率执行器48例如包括第一匹配调谐元件56和第二匹配调谐元件58中的一个或两个，第一匹配调谐元件56和第二匹配调谐元件58中的每个是可调整的，以便改变匹配网络14处的阻抗来保持匹配条件。在各种实施例中，调谐网络和比率执行器48包括与第一调谐元件56对应的负载电容和与第二调谐元件58对应的调谐电容中的一个或两个。调谐电容和负载电容中的每个是可调整的，以便改变在匹配网络14处的阻抗来调谐并保持匹配条件。调谐网络和比率执行器48还包括一个或多个比率调谐元件59。比率元件59能使调谐网络和比率执行器48改变输出至施加到相应负载16a、16b、……、16n的所选择的传输线52a、52b、……、52n的rf功率的输出，以实现预定目标比率，如将更详细描述的。
匹配网络14还包括与传输线52a、52b、……、52n相关联的多个rf传感器54a、54b、……、54c(统称为传感器54)，用于感测由调谐网络和比率执行器48输出的rf功率的相应特性。rf传感器54的操作与关于rf产生器12的rf传感器26所描述的类似。rf传感器54a、54b、……、54c产生根据施加到相应传输线52a、52b、……、52c的rf功率而变化的信号，并且该信号被输入至匹配控制器50。匹配控制器50通过通信链路23将根据由相应rf传感器54感测的信息而变化的特征信号传送至rf产生器12的控制器28。
本文公开了各种技术，包括使具有动态负载(即具有变化的阻抗的负载)的rf功率系统中的最佳功率输送最大化。第一种技术包括连接至匹配网络14的rf功率放大器20。匹配网络14可包括阻抗匹配网络和比率执行器48，以影响任意两个选定负载16a、16b、……、16n之间的比率控制和/或rf产生器12和匹配网络14之间的阻抗匹配。
例如，调谐网络和比率执行器48包括两个或更多可变调谐元件56、58，诸如可变电容器。可变调谐元件56、58可以为“l”配置(一个负载电容与rf产生器12并联并且一个调谐电容与负载16串联)。可变调谐元件56、58调整匹配网络14的调谐和负载参数，并且可分别具有相关联的调谐输入和负载输入。调谐和负载参数是指通过可变调谐元件在匹配网络14中执行的阻抗调整。作为示例，调谐参数和负载参数可以与匹配网络14中的电容器的相应电容相关联。在各种实施例中，第二种技术将可变频率调整引入至功率放大器20，并且可替代第一种技术使用或者结合第一种技术使用。当使用第二种技术时，调谐和负载参数均可以是固定的、可离散地选择的和/或可调整的。
在第一种技术和第二种技术两者中，从功率放大器20输送到匹配网络14的rf功率pd最大。当到匹配网络14的前向功率pfwd最大和/或来自匹配网络的反向功率prev最小时，这可能发生。输送的rf功率pd可通过公式(2)表示。输送的最大rf功率pmax可通过公式(3)表示。
pd＝|v||i|cos(θ)(2)
pmax＝max(|v||i|cos(θ))＝max(pfwd)-min(prev)(3)
当针对用于将功率提供至电抗性负载或电抗性阻抗(例如负载16)的rf功率系统10而言，相位θ如可系统地实现而接近零时，输送的rf功率pd最大。电抗性阻抗是指具有变化的阻抗的负载。第一种技术和第二种技术通过调整匹配网络14的调谐和负载参数来使相位θ最小化。由于相位θ依赖于电抗性阻抗，所以相位θ的减少是功率放大器20的频率f的函数。其结果是，相位减少可以作为频率f的函数执行，或者换句话说，相位θ可通过调整功率放大器20的频率f并且因此调整功率放大器20的输出频率f而被减少到或接近0。
如上所述，rf产生器12还包括第二或外部反馈回路22b。第二反馈回路22b包括传感器54、匹配控制器50和控制器28的功率控制模块40。如上所述，传感器54产生与由rf传感器26输出的x和y相似的信号。由传感器54输出的信号被输入至匹配控制器50。匹配控制器50处理所接收的信号并且将信号的信息特性输出至rf产生器12的控制器28。由匹配控制器50输出的信息以数字格式被输出至控制器28。
在传统配置中，独立于rf产生器操作的匹配网络包括电路，用于根据所确定的匹配条件调整相应的一个或多个调谐元件。同样地，在传统配置中，匹配网络将从外部源接收关于施加到相应负载16a、16b、……、16n的输出的期望预定比率的命令。匹配网络将独立地确定施加至相应负载16a、16b、……、16n的输出的特性，并且确定适当的调整，以便实现目标比率。该上述传统配置存在上面背景部分中描述的某些挑战。
然而，在本公开中描述的各种实施例中，rf产生器12通过rf产生器12的控制器28以统一的方式控制调谐元件56、58和输出比率元件59两者。第一调谐元件56和第二调谐元件58的控制在2013年11月5日授予的、名为“powerdistortion-basedservocontrolsystemsforfrequencytuningrfpowersources(频率调谐射频电源的基于功率失真的伺服控制系统)”的us8,576,013中被描述，并且被转让给本申请的受让人。第一调谐元件56和第二调谐元件58的控制可在控制器28将调谐控制信号输出传送至匹配控制器50来影响相应的第一调谐元件56和第二调谐元件58的调谐时发生。在各种实施例中，控制器28的功率控制模块40控制来自匹配网络14、施加至相应负载16a、16b、……、16n的rf输出的功率比率。
控制器28的功率控制模块40利用从匹配控制器50接收的信息，在第二反馈回路22b中则利用从rf传感器54接收的信息。在各种实施例中，匹配控制器50以固定数据速率和链接延迟与控制器28通信，以将表征输出的信息提供至负载16。从这些值，rf产生器12计算相对于所有输出之和的具体输出yr(i)(诸如，到一个或多个负载16a、16b、……、16n)的比率，如在公式(4)中所述：
其中，
m为来自匹配网络14的第一个输出，
n为来自匹配网络14的第n个输出，
ξ为与针对n个输出中的对应匹配网络m所期望的输出比率xr有关的第i个电压值或电流值。
在各种其它实施例中，rf产生器12计算相对于第二输出的具体输出σr(i)的比率，如在公式(5)中所述：
其中，m、n和ξ如上所述。
功率控制模块40基于误差e(i)利用数字控制器
e(i)＝xr-σr(i)(6)
其中xr和σr(i)如上所述。在各种实施例中，功率控制模块40实施比率控制方法，以确定执行器位置λ。用于计算执行器位置λ的比率控制可被描述，如在公式(7)中所示
λ(i+1)＝λ(i)+ge(i)(7)
其中，
λ(i+1)为λ的新的计算值，
λ(i)为λ的先前的计算值，并且
g为比率或增益控制方程的变量或常量参数。
增量控制可使用高阶比率-积分-微分控制方法来实现，如在公式(8)中所述：
λ(i+1)＝λ(i)+g[αe(i)+βe(i-1)+γe(i-2)](8)
其中，
λ(i+1)、λ(i)和g如上所述，
e(i-1)和e(i-2)为第一个和第二个相应的先前的误差项，
α、β和γ为控制方程的变量或常数项。
上面描述的统一比率控制方法可以概括为rf产生器12的连续波和脉冲模式操作两者。然而，为了有效地实施统一比率控制，脉冲模式操作引入了必须解决的其他考虑。结合图2至图9考虑施加至负载16的rf输出的波形采样和要从匹配控制器50传送至控制器28的信息。当来自rf产生器12的输出为脉冲时，来自传感器54的采样信号与来自功率放大器20的rf输出异步。从匹配网络14的至传输线52的输出处的脉冲信号重构的信号将相对于来自rf产生器12的脉冲输出发生相位偏移。因此，图2至图9描述的方法，其中在对重构的异步性作出说明的同时，控制器28重构来自匹配网络14的脉冲模式信号输出。
图2描绘了脉冲波形60，诸如可以是传输线52上的输出。图3描绘了脉冲波形60的一般表示。如在图3中可见，脉冲波形60提供正弦电压信号v(t)和正弦电流信号i(t)的包络，使得当波形60开启时，正弦信号v(t)和i(t)由波形60限定并且可被输出。当波形60关闭(具有零的振幅)时，没有输出发生，并且正弦信号v(t)和i(t)两者均为零。在一个非限制性示例中，如图2所示，脉冲波形60具有500khz的频率或脉冲重复频率(prf)，或200μs的脉冲速率时间(tp)。即tp＝prf-1。如果脉冲波形60以1110hz的采样率被采样，即采样时间ts＝1/1110s，则产生脉冲波形60的混叠表示62，如图4和图5的波形所示，图5示出了图4的扩大的时标。尽管图2所示的脉冲波形60被表示为方波，但是脉冲波形60可以是方波、锯齿波、三角波、双电平波或多电平波，以及其他波形状。在各种实施例中脉冲波形60是周期性的。
图6的状态图66描绘了用于重构脉冲波形60的各种实施例。该重构对采样波形中的延迟和波形60的混叠表示62的性质进行了考虑，如图4和5所示。处理从初始配置发生的状态68开始。控制器进行至状态70。状态70为根据脉冲触发边沿而同步初始采样的等待状态。一旦检测到脉冲触发边沿，处理进行至状态72，其中采样发生在采样时间ts(或1110hz的采样速率)，并且样本被放置在接收缓冲器rx中。图7示出了接收缓冲器rx的一个示例。如图7中可见，接收缓冲器rx包括每ts秒发生的n个样本，并且具有ts＝nts秒的总长度。根据相对于ts＝0的采样的特定时间，每个样本被放置在接收缓冲器rx中的适当位置中。图7还示出了存储在接收缓冲器rx中的样本被重新分配到重构缓冲器rcon的二进制文件(bin)中。来自接收缓冲器rx中的每个位置的值被重新分配到重构缓冲器rcon的适当的n个二进制文件中。相应的接收缓冲器rx和缓冲器rcon缓冲的二进制文件具有不同的宽度。重构缓冲器rcon包括n个二进制文件，但具有tprf＝ntp秒的宽度。回顾本文描述的示例，接收缓冲器rx具有ts＝nts秒的长度，并且tp＝200μs，而ts＝901μs。因此重构缓冲器rcon和接收缓冲器rx的二进制文件为不同的尺寸。
填充重构缓冲器rcon发生在状态74。根据公式(9)，诸如模数函数的预定传递函数提供从接收缓冲器rx到重构缓冲器rcon的映射。
tm(n)＝mod(ts(n),tp),对于ts的
对tm(n)进行排序提供索引，用于将接收缓冲器rx中所接收的数据分配至重构缓冲器rcon的基于适当时间的二进制文件。可替代地，通过将
进一步回顾图7的重构缓冲器rcon有助于识别重构缓冲器rcon的不同部分与波形60之间的对应。更具体地，由yr表示的重构缓冲器rcon的二进制文件与正被重构的波形60的上升部分对应，并且被处理以产生波形60的上升时间δtr。类似地，由yf表示的重构缓冲器rcon的二进制文件与正被重构的波形60的下降部分对应，并且被处理以产生波形60的下降时间δtf。由ξ表示的重构缓冲器rcon的二进制文件与波形60上升之后的波形60的稳定状态或on部分对应，并且δts与波形60下降至稳定状态或on部分的时间对应。样本k1、……、km指示为了开始重构过程而要被填充的二进制文件的最小数量。参考图6的状态80，一旦ξ二进制文件被填充，
图9描绘了功率控制模块40的扩展框图90。在扩展框图90中，功率控制模块40包括脉冲控制模块或电路92、比率控制模块或电路94以及边缘控制模块或电路96。脉冲控制模块92通过通信98与比率控制模块94通信。脉冲控制模块92通过通信100与边缘控制模块96通信。比率控制模块94接收与期望输出比率有关的相应电压值或电流值ξm和ξn作为输入，如上面关于公式(4)和(5)所述。脉冲控制模块92通过通信链路102与功率放大器20和匹配网络14的匹配控制器50通信。通信链路98、100、102中的每个可被实现为数字或模拟通信链路，并且在各种实施例中通常可以以总线结构被实现。此外，在各种实施例中，脉冲控制模块92、比率控制模块94和边缘控制模块96可以使用独立的通信链路或总线结构，诸如通过通信链路23直接与匹配控制器50通信。
一旦接收到ξm和ξn输入，比率控制模块94产生传递至匹配网络14和匹配控制器50的命令。边缘控制模块96接收上升时间和下降时间的相应导数δyr/δtr和δyf/δtf，并且产生提供命令的边缘控制信号以允许边缘控制或rf脉冲。在各种实施例中，边缘控制模块96利用上升时间和下降时间的导数来产生命令，以调整第一调谐元件56和第二调谐元件58中的一个的位置。在各种实施例中，边缘控制模块96改变所选择的调谐元件56的位置，以便确定上升时间和下降时间的比率。通过改变上升沿或下降沿的锐度，实现更精确地控制在负载16中发生的过程。这种控制可以独立于频率调谐或与频率调谐一致，以达到适当的匹配条件。在各种实施例中，边缘控制模块96产生由匹配控制器50使用的命令，以控制诸如可由第二调谐元件58实现的调谐电容器的位置。
在各种实施例中，边缘控制模块96利用输入到其的上升时间和下降时间的相应导数δyr/δtr和δyf/δtf，并且产生命令，以在转换期间改变由功率放大器20输出的rf信号18的增加或减少(或斜面)。边缘控制模块96产生用于脉冲控制模块92的命令，并且脉冲控制模块92产生命令，引导功率放大器20影响由功率放大器20输出的脉冲的适当增加或减少(或斜面)。在各种实施例中，边缘控制模块96产生命令，用于改变脉冲信号的上升沿或下降沿中的一个或两者以及rf信号18的增加或减少(斜面)转换。
图10描绘了多电平脉冲波形的一般表示，并且图11描述了接收缓冲器和重构缓冲器。图10和图11中的每个图中所示的量用于指示脉冲波形与重构缓冲器的各部分之间的关系。图11的多电平脉冲波形106包括若干通常不同的部分。更具体地，多电平脉冲波形106包括从时间t＝0开始并且上升至第一电平110的第一上升(转换)部分108。第一电平110对应于多电平脉冲波形106的已确定部分或稳态部分。多电平脉冲波形106还包括第一下降(转换)部分112。第一下降(转换)部分112从第一电平110下降至第二电平114。第二电平114对应于多电平脉冲波形106的已确定部分或稳态部分。多电平脉冲波形106还包括第二下降(转换)部分116。尽管图10的多电平脉冲波形106被示出为双电平波形，但是应该认识到，多电平脉冲波形106可以被实现为具有两个或更多个电平，两个或更多个电平中的一些可以是零或非零。在各种实施例中，除了第一上升(转换)部分108之外，多电平脉冲波形106可具有多个上升(转换)部分。
与图7相比，图11指示具有相应值k1、……、km以及f1、……、fm的两个数据序列ξa和ξb。与图7的单个数据序列ξ相比，数据序列ξa和ξb能够重构例如相应的第一电平110和第二电平114。如在图10和图11中可见，图11的重构缓冲器中的数据序列ξa和ξb对应于相应第一电平110和第二电平114的各部分。因此，值k1、……、km以及f1、……、fm的数据序列能够确定相应的第一部分110和第二部分114。应当注意，如图10所示，数据序列ξa和ξb代表相应第一电平110和第二电平114的所选择的部分。因此，通过对每个电平的所选择的部分进行采样可以确定相应的第一电平110和第二电平114。
此外如图10所示，数据序列yra对应于第一上升(转换)部分108的所选择的部分。时间变化δtra指示yra的持续时间，并且δyra指示第一上升部分108的振幅变化。类似地，数据序列yfa对应于第一下降(转换)部分112的所选择的部分。时间变化δtfa指示yfa的持续时间，并且δyfa指示第一下降部分112的振幅变化。数据序列yfb对应于第一下降(转换)部分114的所选择的部分。时间变化δtfb指示yfb的持续时间，并且δyfb指示第一下降部分114的振幅变化。虽然图10中没有示出多电平脉冲波形106的第二上升(转换)部分，但是在多电平脉冲的各种配置中，脉冲的每个已确定部分或稳态部分可以具有相关联的上升和下降，其中类似的量可被确定。如上关于数据序列ξa和ξb所述，通过对多电平多电平脉冲波形106的相应上升和下降(转换)部分的子集或所选择的部分进行采样来完成每个上升和下降部分的重构。
参考图9，可以进一步描述边缘控制模块96的操作。如上所述，边缘控制模块产生用于脉冲控制模块92的命令，并且脉冲控制模块92产生命令，引导功率放大器20影响由功率放大器20输出的脉冲的适当增加或减少(或斜面)。参考多电平脉冲波形106的部分108、112和114，图10提供了控制由功率放大器20输出的脉冲的增加或减少(或斜面)的可视化表示。使用阶梯式转换描绘了上升部分108以及下降部分112和114，其中振幅或电平以及每个增量或步长的持续时间可以通过脉冲边缘控制器改变多电平脉冲波形106的每个转换部分的斜面来改变。控制阶梯式转换提供了由功率放大器20输出的脉冲的改善的控制。应当认识到，可以独立确定多电平的部分108、112和114的振幅或电平以及每个增量或步长的持续时间。
前述描述在本质上仅仅是例示性的且决不意欲限制本公开、其应用或使用。本公开的广泛教导可以以各种形式实现。因此，虽然本公开包括特定的示例，但是本公开的真实范围不应被如此限制，因为在研究附图、说明书和下面的权利要求书时，其它修改将变得明显。应理解，在方法内的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时)被执行，而不改变本公开的原理。此外，尽管实施例中的每个在上面被描述为具有特定特征，但是关于本公开的任何实施例描述的那些特征中的任何一个或多个特征可以以任何其他实施例的特征实现和/或与任何其他实施例的特征结合实现，即使该结合没有明确描述。换句话说，所描述的实施例不是相互排斥的，并且一个或多个实施例彼此之间的置换仍然在本公开的范围内。
使用包括“连接”、“接合”、“耦接”、“相邻”、“紧挨着”、“在……顶部”、“在……上面”、“在……下面”和“布置”的各种术语来描述要素之间(例如，模块、电路元件、半导体层等之间)的空间和功能关系。除非明确地描述为“直接”，当在以上公开中描述第一要素和第二要素之间的关系时，该关系可以是直接关系，其中在第一要素和第二要素之间不存在其他中间要素，但也可以是间接关系，其中在第一要素和第二要素之间存在(空间或功能上)一个或多个中间要素。如本文使用的，短语“a、b和c中的至少一个”应被解释为意指使用非排他的逻辑“或”的逻辑(a或b或c)，并且不应被解释为意指“a中的至少一个、b中的至少一个以及c中的至少一个”。
在本申请中，包括以下定义，术语“模块”或术语“控制器”可以用术语“电路”代替。术语“模块”可以指下列项、是下列项的一部分或包括下列项：专用集成电路(asic)；数字、模拟或混合模拟/数字分立电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(fpga)；执行代码的处理器电路(共享、专用或组)；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路(共享、专用或组)；提供所述功能的其他合适的硬件组件；或者上述中的一些或全部的组合，诸如片上系统。
模块可以包括一个或多个接口电路。在一些示例中，接口电路可以包括连接到局域网(lan)、互联网、广域网(wan)或它们的组合的有线或无线接口。本公开的任何给定模块的功能可以分布在通过接口电路连接的多个模块当中。例如，多个模块可以允许负载平衡。在进一步的示例中，服务器(也称为远程或云)模块可以实现代表客户端模块的一些功能。
如上面使用的术语“代码”可包括软件、固件和/或微代码，并可以指程序、例程、功能、类、数据结构和/或对象。术语“共享处理器电路”包含执行来自多个模块的一些或全部代码的单个处理器电路。术语“组处理器电路”包含处理器电路，该处理器电路与附加处理器电路结合，执行来自一个或多个模块的一些或全部代码。参考包含在分立管芯上的多个处理器电路的多个处理器电路、在单个管芯上的多个处理器电路、单个处理器电路的多个核、单个处理器电路的多个线程、或者上述的组合。术语“共享存储器电路”包含存储来自多个模块的一些或全部代码的单个存储器电路。术语“组存储器电路”包含存储器电路，该处理器电路与附加存储器结合，存储来自一个或多个模块的一些或全部代码。
术语“存储器电路”是术语“计算机可读介质”的子集。如本文使用的，术语“计算机可读介质”不包含通过介质(诸如在载波上)传播的暂态电信号或电磁信号；术语“计算机可读介质”因此可以被认为是有形的和非暂时性的。非暂时性有形计算机可读介质的非限制性示例为非易失性存储器电路(诸如闪存电路、可擦除可编程只读存储器电路、或掩模只读存储器电路)、易失性存储器电路(诸如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)、磁性存储介质(诸如模拟或数字磁带或硬盘驱动器)、以及光存储介质(诸如cd、dvd、或蓝光光盘)。
本申请中描述的装置和方法可以通过配置通用计算机执行一个或多个在计算机程序中体现的特定功能而产生的专用计算机来部分或全部实现。上述功能块和流程图要素用作软件规范，其可以通过熟练的技术人员或程序员的日常工作翻译成计算机程序。
计算机程序包括存储在至少一个非暂时性有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可包括或依赖所存储的数据。计算机程序可以包含与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统(bios)、与专用计算机的特定设备交互的设备驱动器、一个或多个操作系统、用户应用程序、后台服务、后台应用程序等。
计算机程序可以包括：(i)要被解析的描述性文本，诸如html(超文本标记语言)或xml(可扩展标记语言)，(ii)汇编代码，(iii)由编译器从源代码生成的目标代码，(iv)由解释器执行的源代码，(v)由即时编译器编译和执行的源代码等。仅作为示例，源代码可以根据下述语言的语法编写：c、c++、c#、objectivec、haskell、go、sql、r、lisp、
权利要求记载的要素不意指35u.s.c.§112(f)的含义内的装置加功能要素，除非该要素使用短语“用于……的装置”或者在使用短语“用于……的操作”或“用于……的步骤”的情况下明确地记载。
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