列芯片实现。512个样本需要17. 4us来获取以及需要约50us来完成FFT。特别地，由于非 线性的等离子体负载，存在电流的显著谐波失真。非线性负载还导致两个频率的互调以及 显著的互调分量（在电流信号中还更明显）。
[0066] 图3示出模拟电流信号的FFT。此处，我们看到幅度为1的基本800kHz信号以及 幅度为1的27. 12MHz信号。在模拟数据中，27. 12MHz信号的谐波被设置为基本信号的幅度 的 10%并将出现在 54. 24MHz、81. 36MHz、108. 48MHz 和 135. 6MHz 处。由于运行在 49. 5MSPS 的数字化器的混叠，27. 12的谐波出现在0-25MHZ的范围内。非线性负载将产生与27. 12MHz 相距+/-800kHz处的互调及其镜像。这些在图3中清晰可见。
[0067] 800kHz基波也将被非线性负载失真，并且谐波将出现在I. 6MHz、2. 4MHz、3. 2MHz 和4MHz处。在模拟中，800kHz谐波的振幅分别被设置在基本幅度的30%、20%、10%和 5%。图4示出800kHz峰值和相关谐波的特写。27. 12MHz信号的第二谐波被混叠并出现在 4. 8MHz处，并且它的互调峰值出现在4MHz和5. 6MHz处。清楚的是，13. 56MHz谐波和互调 产物污染第五谐波并使得利用现有的标准技术对其测量变得不可能。噪声也是峰值测量中 的不确定性的原因并且将限制这种方法精确地估计任何信号的相位的能力。
[0068] 为了克服这些局限性，本发明允许用户选择其中第一信号被预期的频率范围 (例如，Fl = 27·56+/-0·5ΜΗζ)以及其中第二频率可被发现的第二范围（例如，F2 = 800kHz+/-100kHz)。如出于多频率应用的需要，可以选择其他频率范围。当前实施例中的 FFT仓（bin)大小是97kHz。如果范围大于仓大小，那么信号可在数个仓的一个中被发现。 应用中需要频率的范围，其中频率是可变的以帮助能量与等离子体负载的匹配。
[0069] 算法计算其中信号的Fl分量的基本分量可被发现的仓的范围。它确定其中存在 最大电压信号的仓并假设这个基本分量F1，然后算法将这个仓中的电压矢量旋转相位角 θ直至那个仓的虚部分量达到预定相位角φ。为了方便，φ优选地设置为零，因为这消除经 过相位调整的第一频率分量的虚部分量。算法还将电流FFT的相同频率仓的电流矢量旋 转相同的角度θ。电压矢量的实部分量被存储为V mll并且存储相同频率仓的新电流矢量 Imll (实部，虚部）。算法计算其中存在第二ml2-nl2,第三ml3-nl3和更远谐波的仓的范围。 它在频谱的适当部分寻找混叠的信号，对于第二谐波将每个电压矢量和电流矢量旋转角度 的两倍（即，2 Θ)，对于第三谐波旋转角度的三倍（即，3 Θ)，等等，并且存储复矢量。对于 F2及其谐波重复上述过程。实际上，选择的仓可以不是唯一的，来自两个频率的谐波可以重 叠，并且选择的仓可包含噪声、其他谐波和互调分量。一旦所有的相关矢量值都被存储，丢 弃剩下的未使用的仓。
[0070] 收集新的数据组，获取FFT，并将上述过程重复许多次（例如，1000次）。对于每 个这种数据组，旋转角度Θ是变化的，以便Fl的基本电压分量旋转至与第一数据组相同 的相位角9,然后，对于那个数据组中的每个其他频率分量（例如，第二、第三等电压谐波和 第一、第二、第三电流谐波），采用这个新的旋转角度Θ及其倍数N Θ旋转上述的矢量。在 当前实施例中，这需要约67ms。相加电压和电流矢量以生成时间平均的周期图。应理解的 是，在这个实施例中，如果在第一迭代中采用9的值=〇,那么1000个N= 1电压分量的所 有矢量将已被旋转至相位角零，对于每个数据组需要不同的旋转角度Θ。分别将1000个N =1电流分量的每个旋转与其对应电压矢量相同的角度Θ。1000个第三谐波电压矢量的 每个将已被旋转用于基本电压矢量的旋转角度的三倍，同样地1000个第三谐波电流矢量 的每个也被旋转用于基本电压矢量的旋转角度的三倍，再次维持电压和电流之间的恒定相 位差。
[0071] 图5示出应用至图2的模拟数据的算法的实施例。每幅图中的黑线是Fl至F5(从 左到右移动）的每个谐波周围的频率仓范围的电压矢量（上面五幅图）或电流矢量（下面 五幅图）的幅度。每幅图中的灰线是应用相移算法以及对1000个周期图求平均的结果。
[0072] 在电流的第五谐波的情况下，我们看到表示54. 24MHz处的电流信号的互调分量 被混叠以出现在电流的800kHz的第五谐波的附近的蓝色信号。红线是应用电压相移算法 在1000个周期图上平均的800kHz的第五谐波。矢量幅度现在是0. 05,这是移除互调分量 后的正确值。
[0073] 应用至基波和谐波的电压相移操作基本上允许在不减小期望的基波及其谐波的 情况下对多个周期图进行平均。操作还保持电压和电流之间的相位差。还可获取RF波形 的真实表示。其他不与基本电压同相的信号将以倾向于相互抵消的方式矢量地相加。这还 包括噪声，以便信号的变化随着被平均的周期图的数量的平方根的减小而减小。这导致平 均信号的S/N的急剧增大。
[0074] 在图6中，我们看到以与图5的方式相同的方式布置的用于800kHz的数据组，但 是具有添加的噪声。在图6中，每个谐波（N = 2、3、4等）被设置为基波（N = 1)的幅度的 10%。被平均的周期图的数量被设置为100,因为在添加有噪声的情况下，模拟更慢。可见 的是，示出应用相位调整算法和平均之后的数据的红线远比蓝线（处理之前）清楚。
[0075] 图7示出与图5相同的数据组，但是（a)是对于27. 12MHz基波及其谐波，（b)具 有添加的噪声。再次可见的是，算法的效果是减小且移除与感兴趣的谐波分量重叠的杂散 信号，从而显著地减小噪声。
[0076] 现有技术不要求锁定期，相干长度由捕获512个数据点花费的时间确定，并且有 点被窗函数减小。但是，如果要求同步以进一步改进性能，可以通过记录每个基本电压所需 的相移实现。对于固定频率采样频率和固定频率基波，这个相位从一个样本到下一个样本 是恒定的。因此，在X秒的周期上平均相移和使用平均相位等同于使用通过用于平均相位 的时间长度确定的带宽锁定经测量的电压和电流测量结果的相位。这个方法改进数据的质 量，但是当频率快速偏移时或者在脉冲应用中，难以使用这个方法。
[0077] 本发明关于第一频率（其设置相位调整角度Θ的值）和更远频率（ΝΘ的调整被 应用于其）如何操作的一些实施例包括下面的内容。在下文中，应理解的是，"信号通道A" 表示包含RF信号的一个通道（例如电压、电流或光信号通道），"信号通道B"表示不同的 通道但是也包含RF信号，并且信号通道A和B都包括分享共同基本频率的频率分量。（可 选地，且不常见地，信号通道A和B可以都是电压信号但是覆盖定位不同的谐波峰值的频谱 的不同部分）。
[0078] 最常见地，信号通道A和B将广泛地覆盖相同范围的频率，且将包含给定信号的感 兴趣谐波峰值的每个（例如，当研宄800kHz等离子体RF调制时，信号通道A可以是具有从 0至5MHz的带宽的电压信号，信号通道B是具有相同带宽的电流信号，从而捕获电流和电压 的基波和第二至第六谐波。不常见地但是也在本发明的范围和能力中地，信号通道A可以 是覆盖（例如）800kHz基本信号峰值周围的窄带宽的电压信号，而信号通道B可以是包含 从1. 5至I. 7MHz的频率（由此仅包含对应的电流信号的第二谐波频率分量）的电压信号 通道）。
[0079] 场景 1 :
[0080] 第一频率是来自信号通道A的真实基本分量
[0081] (i)更远频率是来自信号通道A的较高谐波（N = 2、3等，表示第二级、第三级谐波 等）
[0082] (ii)更远频率是来自信号通道B的相等基波（N = 1)
[0083] (iii)更远频率是来自信号通道B的较高谐波（N = 2、3等，表示第二级、第三级谐 波等）
[0084] 场景 2 :
[0085] 例如，第一频率是来自信号通道A的基本等离子体频率的第二谐波
[0086] ⑴更远