专利名称：一种采用相位检测实现射频电源自动跟踪调谐的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种射频电源的调谐匹配装置。
技术背景图1是射频(简称RF)系统中比较常用的射频源匹配网络结构示意图，在此网络中有两个可调电容和一个电感与负载一起形成一个完整的谐振网络。现今国内RF电源所采用的调谐方式大多为手动匹配调谐，即在两个可调电容的轴上安装两个旋钮，通过操作人员旋转两个电容并同时观察功率表的指示的方法进行负载的匹配调谐。缺点操作人员要有较高的调谐经验，很难调整到最佳的工作状态，调谐时间长，无跟踪功能，当匹配状态改变时需操作员及时调整。为解决手动调谐操作不便的问题，一些RF电源厂家研发了自动调谐匹配器。采用一键式操作，当系统失调时，按自动匹配键，辅助操作人员完成调谐操作，图2为其电路结构示意图。工作原理通过功率检测器检测射频源的入射功率Pf和反射功率Pr，并将Pf和 ft·信号送入单片机中的模数转换器转为数字信号，对此信号进行分析。然后驱动电机1、电机2转动，调节匹配电容1和匹配电容2的电容容量，实现调整匹配的目的。此种方法采用扫描的方式进行调谐，即通过反复调节两个电容的容量来搜索最佳的匹配点，从而实现自动匹配的目的。缺点1、因采用粗放扫描搜索的方式，所用调谐时间长，效率低，调谐成功率低。2、应用于镀膜和刻蚀系统中，在工作过程中当匹配状态改变时只能采用手动方式进行调整，否则将对镀膜和刻蚀效果产生较大的影响。原因为此种匹配检测方式不能判断电容的旋转方向，从而只能采用扫描的方式进行测试后再进行调整。在测试过程中将影响系统的稳定性
实用新型内容
本实用新型提供一种采用相位检测实现射频电源自动跟踪调谐的装置，在RF电源的自动调谐匹配器的基础上加以改进，从而解决了以上所述两种匹配器的不足。本实用新型所提出的技术方案是一种采用相位检测实现射频电源自动跟踪调谐的装置，包括功率检测模块、相位检测模块、电容调谐控制模块1、电容调谐控制模块2、偏压检测模块、单片机模块及串口通信模块，电路结构示意图如图3所示。其中功率检测模块分别与相位检测模块、射频源相连，相位检测模块与电容调谐控制模块2相连，电容调谐控制模块2与电容调谐控制模块1相连，电容调谐控制模块1与偏压检测模块相连。功率检测模块、相位检测模块、电容调谐控制模块1、电容调谐控制模块2、偏压检测模块分别与单片机相连，单片机又通过RS-485 (或RS-232)串口与计算机相连。所述的功率检测模块输出入射功率的端口和输出反射功率的端口分别与单片机的模拟数字转换接口 A/Dl、A/D2相连。[0011]所述的相位检测模块与单片机的模拟数字转换接口 A/D3相连。所述的电容调谐控制模块2由匹配电容2、电机2、电机驱动2、位置检测2组成。 其中匹配电容2的输入端1、2分别与相位检测模块的输出端、电机2的输出端相连，匹配电容2输出端2、1分别与位置检测2的输入端、电容调谐控制模块1中匹配电容1的输入端 1相连，电机驱动2的输出端与电机2的输入端相连，电机驱动2的输入端与单片机上的电机控制2接口相连，位置检测2输出端与单片机上的模拟数字转换接口 A/D4接口相连。所述的电容调谐控制模块1由匹配电容1、电机1、电机驱动1、位置检测1组成。 其中匹配电容1的输入端1、2分别与电容调谐控制模块2中的匹配电容2的输出端1、电机 1的输出端相连，匹配电容1的输出端2、1分别与位置检测1的输入端、偏压检测模块的输入端相连，电机1输入端的与电机驱动1的输出端相连，电机驱动1的输入端与单片机上的电机控制1接口相连，位置检测1的输出端与单片机上的A/D5接口相连。所述的偏压检测模块的输出端与单片机上的A/D6接口相连。所述的单片机选用ARM单片机。其中ARM单片机的自动跟踪匹配控制模块分别与 A/D1、A/D2、A/D3、电机控制2、、电机控制1、A/D6接口相连。所述的相位检测模块，电路原理图如图4所示，包括电压取样互感器、电流取样互感器、滤波整形1、滤波整形2、鉴相器。其中电压取样互感器的初级线圈分别与功率检测模块的输出端、接地端相连，电压取样互感器的次级线圈分别滤波整形1模块的输入端、接地端相连，电流取样互感器初级线圈的输入端与功率检测模块的输出端相连，电流取样互感器初级线圈的输出端与电容调谐模块2的输入端1相连，电流取样互感器次级线圈的两端分别与接地端、滤波整形2模块的输入端相连，鉴相器的电压输入端与滤波整形1模块的输出端相连，鉴相器的电流输入端与滤波整形2模块的输出端相连，鉴相器的输出端与单片机的A/D3相连。本装置的优点具有调谐速率快、调谐成功率高、跟踪调谐、功率数字显示及恒功率输出等特点。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明图1是常用RF电源的负载匹配的电路结构示意图；图2是常用RF电源自动调谐匹配器的电路结构示意图；图3本实用新型采用的电路结构示意图；图4相位检测模块的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进一步说明。一种采用相位检测实现射频电源自动跟踪调谐的装置，包括功率检测模块、相位检测模块、电容调谐控制模块1、电容调谐控制模块2、偏压检测模块、单片机模块及串口通信模块，电路结构示意图如图3所示。其中功率检测模块分别与相位检测模块、射频源相连，相位检测模块与电容调谐控制模块2相连，电容调谐控制模块2与电容调谐控制模块1相连，电容调谐控制模块1与偏压检测模块相连。功率检测模块、相位检测模块、电容调谐控制模块1、电容调谐控制模块2、偏压检测模块分别与单片机相连，单片机又通过 RS-485 (或RS-232)串口与计算机相连。所述的功率检测模块输出入射功率的端口和输出反射功率的端口分别与单片机的模拟数字转换接口 A/Dl、A/D2相连。所述的相位检测模块与单片机的模拟数字转换接口 A/D3相连。所述的电容调谐控制模块2由匹配电容2、电机2、电机驱动2、位置检测2组成。 其中匹配电容2的输入端1、2分别与相位检测模块的输出端、电机2的输出端相连，匹配电容2输出端2、1分别与位置检测2的输入端、电容调谐控制模块1中匹配电容1的输入端 1相连，电机驱动2的输出端与电机2的输入端相连，电机驱动2的输入端与单片机上的电机控制2接口相连，位置检测2输出端与单片机上的模拟数字转换接口 A/D4接口相连。所述的电容调谐控制模块1由匹配电容1、电机1、电机驱动1、位置检测1组成。 其中匹配电容1的输入端1、2分别与电容调谐控制模块2中的匹配电容2的输出端1、电机 1的输出端相连，匹配电容1的输出端2、1分别与位置检测1的输入端、偏压检测模块的输入端相连，电机1输入端的与电机驱动1的输出端相连，电机驱动1的输入端与单片机上的电机控制1接口相连，位置检测1的输出端与单片机上的A/D5接口相连。所述的偏压检测模块的输出端与单片机上的A/D6接口相连。所述的单片机选用ARM单片机。其中ARM单片机的自动跟踪匹配控制模块分别与 A/D1、A/D2、A/D3、电机控制2、、电机控制1、A/D6接口相连。所述的相位检测模块，电路原理图如图4所示，包括电压取样互感器、电流取样互感器、滤波整形1、滤波整形2、鉴相器。其中电压取样互感器的初级线圈分别与功率检测模块的输出端、接地端相连，电压取样互感器的次级线圈分别滤波整形1模块的输入端、接地端相连，电流取样互感器初级线圈的输入端与功率检测模块的输出端相连，电流取样互感器初级线圈的输出端与电容调谐模块2的输入端1相连，电流取样互感器次级线圈的两端分别与接地端、滤波整形2模块的输入端相连，鉴相器的电压输入端与滤波整形1模块的输出端相连，鉴相器的电流输入端与滤波整形2模块的输出端相连，鉴相器的输出端与单片机的A/D3相连。所述的位置检测1模块、位置检测2模块可选用电位器。下面是本实用新型的工作过程当射频源的负载不匹配时，射频源输出的电压和电流信号将产生一相位差。射频源输出的信号通过功率检测模块检测射频源的入射功率Pf和反射功率Pr。 并将Pf和ft·信号送入单片机中的模数转换器A/Dl、A/D2转为数字信号，并对信号进行分析。通过单片机的RS-485(或RS-232)串口送到主机，用于功率控制及功率显示。同时射频源输出信号输入相位检测模块，利用相位检测模块中的电流取样互感器、电压取样互感器分别检测射频源输出的电流和电压信号，两组信号分别通过滤波整形模块后同时送入鉴相器进行鉴相，由鉴相器输出O IOV电压送入单片机的A/D3转换为数字信号。当鉴相器输出电压=5V时相位差为0即系统处于谐振状态。电压处于0 5V之间时电流相位滞后；电压处于5 IOV之间时电流相位超前。两组电机驱动及位置检测模块完成两只匹配电容的容量控制与检测；然后根据相位检测模块、功率检测模块及位置检测模块的检测结果，驱动电机1、电机2转动，调节匹配电容Cl和匹配电容C2的电容容量。采用扫描的方式进行调谐，即通过反复调节两个电容的容量来搜索最佳的匹配点，从而实现自动匹配的目的。由于采用相位检测模块来判断出射频源电流、电压的相位差，大大加快了匹配装置的匹配速度、精度，及系统的稳定性，实现快速调整匹配的目的。 偏压检测模块，用于对负载产生自偏压进行检测，通过A/D6转换为数字信号后通过通讯送到主机进行起辉状态的显示及控制。
权利要求1.一种采用相位检测实现射频电源自动跟踪调谐的装置，其特征在于包括功率检测模块、相位检测模块、第一电容调谐控制模块(1)、第二电容调谐控制模块O)、偏压检测模块、单片机模块及串口通信模块；其中功率检测模块分别与相位检测模块、射频源相连，相位检测模块与第二电容调谐控制模块( 相连，第二电容调谐控制模块O)与第一电容调谐控制模块(1)相连，第一电容调谐控制模块(1)与偏压检测模块相连，功率检测模块、相位检测模块、第一电容调谐控制模块(1)、第二电容调谐控制模块O)、偏压检测模块分别与单片机相连，单片机又通过RS-485或RS-232串口与计算机相连。
2.如权利要求1所述的一种采用相位检测实现射频电源自动跟踪调谐的装置，其特征在于所述的相位检测模块，包括电压取样互感器、电流取样互感器、第一滤波整形(1)模块、第二滤波整形( 模块、鉴相器；其中电压取样互感器的初级线圈分别与功率检测模块的输出端、接地端相连，电压取样互感器的次级线圈分别第一滤波整形(1)模块的输入端、 接地端相连，电流取样互感器初级线圈的输入端与功率检测模块的输出端相连，电流取样互感器初级线圈的输出端与第二电容调谐控制模块O)的输入端相连，电流取样互感器次级线圈的两端分别与接地端、第二滤波整形( 模块的输入端相连，鉴相器的电压输入端与第一滤波整形(1)模块的输出端相连，鉴相器的电流输入端与第二滤波整形( 模块的输出端相连，鉴相器的输出端与单片机的A/D3相连。
专利摘要一种采用相位检测实现射频电源自动跟踪调谐的装置，涉及一种射频电源的调谐匹配装置，它包括功率检测模块、相位检测模块、电容调谐控制模块1、电容调谐控制模块2、偏压检测模块、单片机模块及串口通信模块；其中功率检测模块分别与相位检测模块、射频源相连，相位检测模块与电容调谐控制模块2相连，电容调谐控制模块2与电容调谐控制模块1相连，电容调谐控制模块1与偏压检测模块相连，功率检测模块、相位检测模块、电容调谐控制模块1、电容调谐控制模块2、偏压检测模块分别与单片机相连，单片机又通过RS-485(或RS-232)串口与计算机相连，具有调谐速率快、调谐成功率高、跟踪调谐、功率数字显示及恒功率输出等特点。
文档编号H02P5/52GK202168023SQ201120099638
公开日2012年3月14日 申请日期2011年4月8日 优先权日2011年4月8日
发明者关玉林, 吴向方, 孙兆松, 王兴刚, 王文君 申请人:沈阳宝力科技有限公司