專利名稱：多點(diǎn)電壓和電流探針系統(tǒng)的制作方法
多點(diǎn)電壓和電流探針系統(tǒng)對(duì)相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2007年5月14日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.60/894,738的權(quán) 益。以上申請(qǐng)所公開(kāi)的內(nèi)容以其整體通過(guò)引用并入于此。技術(shù)領(lǐng)域本公開(kāi)內(nèi)容涉及在等離子體處理系統(tǒng)中，用于感測(cè)射頻功率的計(jì)量方法。
背景技術(shù)：
本節(jié)的陳述僅提供與本公開(kāi)內(nèi)容有關(guān)的背景信息，并且可能不構(gòu)成現(xiàn)有 技術(shù)。電子工業(yè)采用射頻(RF )等離子體來(lái)制造諸如集成電路、壓縮盤(pán)(CD )、 數(shù)字多用光盤(pán)(DVD)等的多種元件。通常，RF等離子體處理由閉環(huán)控制 系統(tǒng)監(jiān)浮見(jiàn)和控制。RF等離子體控制系統(tǒng)測(cè)量一個(gè)以上應(yīng)用于等離子體室的RF功率參數(shù)。 等離子體控制器基于測(cè)量結(jié)果和控制算法，反復(fù)地調(diào)整參數(shù)。在多點(diǎn)應(yīng)用中， 在RF功率通路的至少兩個(gè)位置進(jìn)行測(cè)量，對(duì)來(lái)自不同位置的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行 同步或時(shí)間關(guān)聯(lián)是很有挑戰(zhàn)性的。通信工業(yè)也采用RF能量來(lái)允許裝置和人類進(jìn)行無(wú)線通信和在不同的位 置之間傳遞信息。無(wú)線電通信站點(diǎn)可能包括無(wú)線電發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、天線等。 它們可能還包括測(cè)試和/或監(jiān)視設(shè)備來(lái)保證無(wú)線電通信站點(diǎn)正常運(yùn)行，并符 合政府規(guī)章制度和/或工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。所述測(cè)試和/或監(jiān)^Li殳備可以在特定站的RF通路中的至少兩個(gè)位置測(cè) 量RF系統(tǒng)參數(shù)。雖然所述參數(shù)可以用來(lái)保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，但是使對(duì)多個(gè)位置的參數(shù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行同步或時(shí)間關(guān)聯(lián)是很有挑戰(zhàn)性的。 發(fā)明內(nèi)容公開(kāi)了一種用于在電路的多個(gè)位置監(jiān)視射頻(RF)功率的計(jì)量系統(tǒng)。 所述系統(tǒng)包括多個(gè)RF傳感器，其基于所述RF功率的電氣特性生成相應(yīng) 的模擬信號(hào)；多路復(fù)用模塊，其基于所述模擬信號(hào)生成輸出信號(hào)；和分析模 塊，其基于所述輸出信號(hào)生成消息。所述消息包含與由所述多個(gè)RF傳感器 感測(cè)的所述電氣特性相關(guān)的信息。公開(kāi)了一種用于在電路的多個(gè)位置監(jiān)視射頻(RF)功率的計(jì)量系統(tǒng)。 所述系統(tǒng)包括多個(gè)感測(cè)通道，各自基于在電路中一個(gè)位置處的所述RF功率 的電氣特性，生成輸出信號(hào)。每個(gè)感測(cè)通道包括RF傳感器，其基于所述 RF功率的電氣特性，生成第一信號(hào)；振蕩器，其生成周期性信號(hào)；和混頻 器，其將所述第一信號(hào)與所述周期性信號(hào)混頻，以生成用于所述感測(cè)通道的 所述輸出信號(hào)。RF合路器基于來(lái)自所述感測(cè)通道的多個(gè)輸出信號(hào)，生成第 二輸出信號(hào)。公開(kāi)了一種用于在電路的多個(gè)位置監(jiān)視射頻(RF)功率的計(jì)量系統(tǒng)。 所述系統(tǒng)包括多個(gè)感測(cè)通道，各自基于在電路中一個(gè)位置處的所述RF功率 的電氣特性，生成輸出信號(hào)對(duì)。每個(gè)感測(cè)通道包括RF傳感器，其基于所 述RF功率生成模擬信號(hào)對(duì)；振蕩器，其生成異相的第一和第二周期性信號(hào)； 第一混頻器，其將所述第一周期性信號(hào)與所述模擬信號(hào)對(duì)中的一個(gè)混頻，以 生成所述感測(cè)通道的一個(gè)輸出信號(hào)；和第二混頻器，其將所述第二周期性信 號(hào)與所述模擬信號(hào)對(duì)中的另 一個(gè)混頻，以生成所述感測(cè)通道的第二個(gè)輸出信 號(hào)。第一RF合路器基于來(lái)自多個(gè)所述第一混頻器的多個(gè)輸出信號(hào)，生成第 一寬帶信號(hào)，而第二RF合路器基于來(lái)自多個(gè)所述第二混頻器的多個(gè)輸出信 號(hào)，生成第二寬帶信號(hào)。公開(kāi)了一種用于在電路的多個(gè)位置監(jiān)視射頻(RF)功率的計(jì)量系統(tǒng)。 所述系統(tǒng)包括多個(gè)RF傳感器，各自基于在所述電路中一個(gè)位置處的RF功率的電氣特性，生成模擬信號(hào)對(duì)；第一多路復(fù)用器，其從各模擬信號(hào)對(duì)中 接收一個(gè)模擬信號(hào)，并依照控制信號(hào)，將一個(gè)所接收的信號(hào)發(fā)送至所述第一 多路復(fù)用器的輸出端；第二多路復(fù)用器，其從各模擬信號(hào)對(duì)中接收另一個(gè)模 擬信號(hào)，并依照所述控制信號(hào)，將一個(gè)所接收的信號(hào)發(fā)送至所述第二多路復(fù) 用器的輸出端；和分析模塊，其基于來(lái)自所述第一和第二多路復(fù)用器的輸出 端的信號(hào)生成消息。所述消息包含與由所述多個(gè)感測(cè)信道感測(cè)的所述電氣特 性相關(guān)的信息。公開(kāi)了一種用于在電路的多個(gè)位置監(jiān)視射頻(RF)功率的方法。所述 方法包括基于在電路的一個(gè)相關(guān)聯(lián)位置處的所述RF功率的電氣特性，生成 輸出信號(hào)，各生成步驟包括基于所述RF功率，生成第一信號(hào)；生成周期 性信號(hào)；和將所述第一信號(hào)與所述周期性信號(hào)混頻，以生成所述輸出信號(hào)。 所述方法包括組合所述輸出信號(hào)，以生成包括各輸出信號(hào)的頻率分量的寬帶 信號(hào)。公開(kāi)了一種用于在電路的多個(gè)位置監(jiān)視射頻(RF)功率的方法。所述 方法包括基于在電路的一個(gè)相關(guān)聯(lián)位置處的所述RF功率的電氣特性，生 成模擬信號(hào)對(duì)；將所述模擬信號(hào)對(duì)中的一個(gè)信號(hào)多路復(fù)用為第 一輸出信號(hào)；將所述模擬信號(hào)對(duì)中的另 一個(gè)信號(hào)多路復(fù)用為第二輸出信號(hào)；并基于來(lái)自所 述多路復(fù)用步驟的所述第一和第二輸出信號(hào)的信號(hào)，生成消息。所述消息包 含與由所述多個(gè)感測(cè)信道感測(cè)的所述電氣特性有關(guān)的信息。根據(jù)在此提供的描述，進(jìn)一步的適用領(lǐng)域?qū)⒆兊妹黠@。應(yīng)當(dāng)理解，所述 描述和特定實(shí)例只在于示例的目的，而不意圖限制本公開(kāi)內(nèi)容的保護(hù)范圍。


在此描述的附圖只用于示例的目的，而不意圖以任何方式限制本公開(kāi)內(nèi) 容的保護(hù)范圍。圖1為包括多點(diǎn)RF傳感器的RF等離子體發(fā)生器的功能框圖；圖2為包括多個(gè)RF源和多點(diǎn)RF傳感器的等離子體發(fā)生器的功能框3為包括多點(diǎn)RF傳感器的無(wú)線RF發(fā)射機(jī)的功能框圖； 圖4為用于多點(diǎn)RF傳感器的頻率多路復(fù)用模塊的功能框圖； 圖5為通過(guò)對(duì)多個(gè)位置的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行線性組合得出的RF信號(hào)的頻率 分量的頻i普?qǐng)D；圖6為低頻混頻之后，圖5的頻率分量的頻譜圖；圖7為高頻混頻之后，圖5的頻率分量的頻譜圖；圖8為經(jīng)時(shí)間多路復(fù)用的多點(diǎn)探針的功能框圖；圖9為信號(hào)調(diào)節(jié)和分割模塊的功能框圖；圖10A-10D為在圖9的分割模塊中，不同信號(hào)的頻譜圖；圖11為分析模塊的功能框圖；和圖12為轉(zhuǎn)換模塊的功能框圖，該轉(zhuǎn)換模塊可以用于圖8中經(jīng)時(shí)間多路 復(fù)用的多點(diǎn)探針。
具體實(shí)施方式
以下描述在本質(zhì)上僅僅是示例性的，意圖絕不在于限制本公開(kāi)內(nèi)容及其 應(yīng)用或用途。為了清楚起見(jiàn)，在附圖中，將使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)標(biāo)識(shí)相同 的元件。此處所使用的短語(yǔ)"A、 B和C中的至少一個(gè)"應(yīng)當(dāng)被解釋為表示 邏輯上的(A或B或C),使用非排除性的邏輯"或"。應(yīng)當(dāng)理解可以以不 同的順序^i行方法中的步驟而不改變本公開(kāi)內(nèi)容的原理。此處所使用的術(shù)語(yǔ)"模塊"指的是特定用途集成電路(ASIC)、電子 電路、執(zhí)行一個(gè)以上軟件或固件程序的處理器(共享的、專用的或組)和存 儲(chǔ)器、組合邏輯電路、和/或提供所描述功能的其它合適部件。現(xiàn)在參照?qǐng)D1，示出了 RF等離子體發(fā)生器10的幾個(gè)實(shí)施例中的一個(gè)。 RF等離子發(fā)生器10包括多路復(fù)用模塊22，其便于在RF等離子體發(fā)生器10 內(nèi)部的多個(gè)位置測(cè)量RF功率。在下文中更加詳細(xì)地描述多路復(fù)用模塊22。RF等離子體發(fā)生器10包括統(tǒng)稱為RF發(fā)生器12的RF發(fā)生器12-1和12-2?？刂颇K14生成用于RF發(fā)生器12的控制信號(hào)。控制信號(hào)確定在RF發(fā)生器12輸出端處的RF功率的電氣參數(shù)，諸如電壓、電流、功率等。RF 發(fā)生器12的輸出端與阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)16的相應(yīng)輸入端相連接。阻抗匹配網(wǎng)絡(luò) 16將等離子體室18輸入阻抗與典型值為50歐姆的RF發(fā)生器12輸出阻抗相匹配。RF等離子體發(fā)生器10包括在不同位置感測(cè)一個(gè)以上RF功率參數(shù)的多 個(gè)傳感器或探針20。第一探針20-l和第二探針20-2在相應(yīng)的RF發(fā)生器12 的輸出端感測(cè)RF功率。第三探針20-3感測(cè)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)16的輸出端和等 離子體室18的輸入端之間的RF功率。各探針20生成表示電氣參數(shù)或所關(guān) 心參數(shù)的一個(gè)以上信號(hào)。例如，當(dāng)所關(guān)心參數(shù)為正向和/或反射功率時(shí)，探 針20可以為定向耦合器。當(dāng)所關(guān)心參數(shù)為電壓和/或電流時(shí)，探針20可以 為電壓/電流(V/I)探針。來(lái)自探針20的信號(hào)與多路復(fù)用模塊22的輸入端相連接。多路復(fù)用模塊 22移動(dòng)信號(hào)的頻率，和/或?qū)π盘?hào)采樣，并將頻移和/或采樣的結(jié)果傳送到分 析模塊24。分析模塊24基于所述結(jié)果生成數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)對(duì)由相應(yīng)的探針 20所感測(cè)的所關(guān)心參數(shù)進(jìn)行量化。分析模塊24生成一個(gè)以上向控制模塊14 傳送數(shù)據(jù)和/或信息的數(shù)字和/或模擬信號(hào)。然后控制模塊14基于所述數(shù)據(jù)和 控制算法調(diào)整所述控制信號(hào)?，F(xiàn)在參照?qǐng)D2,示出了具有多噴頭等離子體室(multiple shower head plasma chamber) 18，的RF等離子體發(fā)生器10。阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)16輸出端處 的RF功率與分路器(splitter) 26的輸入端相連接。分路器26將所述RF功 率劃分或拆分到等離子體室18，的多個(gè)輸入端。探針20-3、 20-4和20-5感測(cè) 施加于等離子體室18，的相應(yīng)輸入端的所述RF功率。多路復(fù)用模塊22接收 并處理來(lái)自附加探針20-4和20-5的信號(hào)，并將其信息包括在傳送到分析模 塊的信號(hào)中?，F(xiàn)在參照?qǐng)D3，示出了無(wú)線RF發(fā)射機(jī)50的幾個(gè)實(shí)施例中的一個(gè)。無(wú)線 RF發(fā)射機(jī)50使用多路復(fù)用模塊22和在無(wú)線RF發(fā)射機(jī)50內(nèi)的不同位置感 測(cè)RF功率的多個(gè)探針20。無(wú)線RF發(fā)射機(jī)50包括生成RF信號(hào)的多個(gè)RF發(fā)生器或發(fā)射機(jī)52-1 、 52-2和52-3。 RF信號(hào)與RF濾波器/合路器54的相應(yīng)輸入端相連接。RF濾 波器/合路器54傳遞RF信號(hào)的基頻(fundamental frequency)，并將其組合 以形成復(fù)合輸出RF信號(hào)。所述復(fù)合輸出RF信號(hào)與天線56的輸入端相連接。探針20-l，…，20-4感測(cè)相應(yīng)位置的RF功率。多路復(fù)用模塊22接收 并處理來(lái)自探針20-l，…，20-4的信號(hào)。多路復(fù)用模塊22組合信號(hào)和/或?qū)?信號(hào)采樣，并將組合和/或采樣的結(jié)果傳送到分析模塊24。分析模塊24基于 所述結(jié)果生成數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)對(duì)由相應(yīng)探針?biāo)袦y(cè)的所關(guān)心參數(shù)進(jìn)行量化。 分析模塊24將所述數(shù)據(jù)傳送到控制模塊14。然后控制模塊14基于所述數(shù) 據(jù)和控制算法調(diào)整控制信號(hào)。所述控制信號(hào)反饋至RF發(fā)射機(jī)52,并改變一 個(gè)以上相應(yīng)的RF功率輸出端的參數(shù)?，F(xiàn)在參照?qǐng)D4，示出了多路復(fù)用模塊22的頻分版本的幾個(gè)實(shí)施例中的 一個(gè)。圖4示出的探針20為V/I探針，其生成的信號(hào)表示相應(yīng)探針處RF功 率的電壓和電流。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到在一些實(shí)施例中，探針20可以用定向耦合器 來(lái)實(shí)施，其生成的信號(hào)表示相應(yīng)探針處RF功率的正向功率和反射功率。探 針20也可以為其它任何類型的探針，其基于所選擇的所關(guān)心電氣特性生成 信號(hào)。在一些實(shí)施例中，探針20可以對(duì)所感測(cè)信號(hào)進(jìn)行下變頻。在美國(guó)專利 5,770,922中示出了這樣的探針20的實(shí)例，所述美國(guó)專利5,770,922以其整 體通過(guò)引用并入于此。多路復(fù)用模塊22包括多個(gè)混頻模塊60-2,…，60-N，所述多個(gè)混頻模 塊60-2， ... ， 60-N從相應(yīng)的探針20接收信號(hào)。各混頻模塊60包括相應(yīng)的 本地振蕩器62和混頻器對(duì)64。每對(duì)混頻器64從各自相關(guān)聯(lián)的本地振蕩器 62才妄收相應(yīng)的同相(in-phase)或異相(out-of-phase)信號(hào)，如正弦和余弦 信號(hào)。各本地振蕩器62可以具有不同于其它本地振蕩器的頻率。本地振蕩 器62的頻率可以小于或大于來(lái)自探針20的信號(hào)的第一信號(hào)頻率。在一些實(shí) 施例中，諸如當(dāng)來(lái)自探針20的信號(hào)的頻率不同時(shí)，本地振蕩器62可以使用公共頻率。來(lái)自第一探針20-l的信號(hào)可以保持在其基頻，并且不需要通過(guò) 混頻模塊60。來(lái)自探針20的信號(hào)可以通過(guò)相應(yīng)的低通濾波器66。來(lái)自混頻 器64-2的信號(hào)可以通過(guò)相應(yīng)的高通濾波器68。第一 RF合路器70從各混頻模塊60中的第一混頻器64接收信號(hào)。第 二 RF合路器72從各混頻模塊60中的第二混頻器64接收信號(hào)。RF合路器 70和72的輸出端與控制模塊14的輸入端相連接。在一些實(shí)施例中，RF合 路器70和72的輸出端在與控制模塊14的輸入端相連接之前，可以通過(guò)相 應(yīng)的^f氐通濾波器74和76。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到濾波器66、 68、 74和76中的至少一個(gè)可以包括相關(guān)4關(guān)的縮 放(scaling)模塊?？s放模塊的增益可以調(diào)整為使得所關(guān)心信號(hào)的幅度與輸 入至分析才莫塊24的動(dòng)態(tài)范圍相匹配?；祛l模塊60在信號(hào)施加于分析模塊24之前，在頻域中移動(dòng)來(lái)自相應(yīng)的 探針20的信號(hào)?；祛l模塊60從而允許分析模塊64同時(shí)從所有的探針20接 收信息。分析模塊24所具有的輸入帶寬應(yīng)當(dāng)容納混頻器64和探針20-1輸 出端處的信號(hào)的所需要頻譜部分，該信號(hào)可以是經(jīng)濾波的也可以是未經(jīng)濾波 的。這樣的分析模塊24目前由MKS儀器制造，零件號(hào)為VIP2001、 VIP2007 和VIP2009。美國(guó)專利6,522,121和6,707,255以其整體通過(guò)引用并入于此， 并且還提供了與多路復(fù)用模塊22的頻分版本兼容的分析模塊24的實(shí)例?，F(xiàn)在參照?qǐng)D5，頻譜圖100以非限制實(shí)例的方式示出了在施加于相應(yīng)的 混頻模塊60之前，來(lái)自四個(gè)探針20的模擬信號(hào)的頻率分量。頻語(yǔ)圖100顯 示來(lái)自探針20的信號(hào)的頻率分量互相層疊。如果這些信號(hào)被直接施加于分 析模塊24(如，不通過(guò)混頻模塊60),那么分析模塊24將不能辨別哪個(gè)信 號(hào)與哪個(gè)探針20相關(guān)聯(lián)。現(xiàn)在參照?qǐng)D6,頻譜圖120示出了在四個(gè)混頻模塊60的輸出端處的信 號(hào)的頻率分量。頻謙圖120假設(shè)本地振蕩器62的頻率小于來(lái)自探針20的信 號(hào)的基頻。具有特定幅度的每組信號(hào)與一個(gè)探針20關(guān)聯(lián)。頻譜圖120顯示 混頻模塊60移動(dòng)來(lái)自探針20的信號(hào)的基頻從而應(yīng)對(duì)各信號(hào)的頻率分量的重疊?；祛l模塊60從而使分析模塊24能夠辨別哪個(gè)頻率分量與哪個(gè)探針20 關(guān)聯(lián)。來(lái)自各探針20的信號(hào)的頻移量依照相關(guān)聯(lián)的本地振蕩器62的頻率而 改變，并且在一些實(shí)施例中，等于+/-相關(guān)聯(lián)的本地振蕩器62的頻率。本領(lǐng) 域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識(shí)到當(dāng)使用濾波器66、 68、 74和/或76時(shí)，它們從由探 針20生成的信號(hào)中消除一些頻率分量?，F(xiàn)在參照?qǐng)D7，頻譜圖130示出了在四個(gè)混頻模塊60的輸出端處的信 號(hào)的頻率分量。頻譜圖130假設(shè)本地振蕩器62的頻率大于來(lái)自探針20的信 號(hào)的基頻。具有特定幅度的每組信號(hào)與一個(gè)探針20關(guān)聯(lián)。頻譜圖130顯示 混頻模塊60移動(dòng)來(lái)自探針20的信號(hào)的基頻從而應(yīng)對(duì)各信號(hào)的頻率分量的重 疊。各探針20的頻率分量在對(duì)應(yīng)的頻帶內(nèi)集合在一起。被集合的頻率使分 析模塊24能夠辨別哪個(gè)頻率分量與哪個(gè)指針20相關(guān)聯(lián)。來(lái)自各探針20的 信號(hào)的頻移量依照關(guān)聯(lián)的本地振蕩器62的頻率而改變，并且在一些實(shí)施例 中，等于+/-相關(guān)聯(lián)的本地振蕩器62的頻率。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識(shí)到當(dāng) 使用濾波器66、 68、 74和/或76時(shí)，它們從由探針20生成的信號(hào)中消除一 些頻率分量?，F(xiàn)在參照?qǐng)D8,示出了多路復(fù)用模塊22的時(shí)分版本的幾個(gè)實(shí)施例中的 一個(gè)。時(shí)分多路復(fù)用模塊22允許來(lái)自 一個(gè)探針20的整個(gè)頻譜在任何選定的 時(shí)間到達(dá)分析模塊24。第一多路復(fù)用器150包括多個(gè)輸入端，所述輸入端 從各探針20接收一個(gè)模擬信號(hào)。第二多路復(fù)用器152包括多個(gè)輸入端，所 述輸入端從各探針20接收第二模擬信號(hào)。多路復(fù)用器150和152均包括輸 接收探針選擇信號(hào)154的輸入端。探針選擇信號(hào)154判斷在所選定的時(shí)刻哪 個(gè)探針20使其信號(hào)發(fā)送至多路復(fù)用器150和152的輸出端?，F(xiàn)在參照?qǐng)D9，示出了信號(hào)調(diào)節(jié)和分割模塊。當(dāng)圖8的多路復(fù)用模塊22 用于多個(gè)如圖1-3所示的RF發(fā)生器12時(shí)，使用一個(gè)以上信號(hào)調(diào)節(jié)和分割模 塊160。 RF發(fā)生器12使用不同的基頻?？梢栽谧杩蛊ヅ渚W(wǎng)絡(luò)16和RF濾波 器/合路器54的至少一個(gè)中組合所述基頻。信號(hào)調(diào)節(jié)和分割模塊160將來(lái)自 相應(yīng)探針20的RF信號(hào)的帶寬和增益與分析模塊23的動(dòng)態(tài)范圍相匹配。各信號(hào)調(diào)節(jié)和分割模塊160從相應(yīng)探針20的輸出端接收信號(hào)?？s放模 塊162在信號(hào)到達(dá)l-M分路器164的輸入端之前，放大或衰減所述信號(hào)， 其中M為頻帶個(gè)數(shù)。l-M分路器164的各輸出端提供施加于其輸入端的信 號(hào)的副本。M個(gè)輸出端的每一個(gè)與M個(gè)縮放模塊166中的相應(yīng)一個(gè)相連接。 各縮放模塊166的增益可以小于、等于或大于單位量(unity)。縮放模塊 166的輸出端與相應(yīng)的濾波器168的輸入端相連接?？梢曰谟脩羲P(guān)心的 頻率來(lái)選擇濾波器168的通帶。合路器170組合來(lái)自濾波器168的輸出信號(hào)。 合路器170的輸出端提供濾波后的傳感器信號(hào)，所述濾波后的傳感器信號(hào)與 多路復(fù)用器150或多路復(fù)用器152的相應(yīng)的輸入端相連接?？梢曰贛個(gè) 不同頻帶來(lái)選擇縮放模塊162和166的增益和濾波器168的截止頻率和帶 寬，從而最優(yōu)化由分析模塊24對(duì)RF信號(hào)進(jìn)行的量化。各濾波器168可以 實(shí)施為全通、低通、高通或帶通濾波器?，F(xiàn)在參照?qǐng)D10A-10D,無(wú)刻度的頻譜圖示出了在信號(hào)調(diào)節(jié)和分割模塊 160的不同點(diǎn)處的頻率分量的實(shí)例。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到所述頻譜圖假設(shè)RF發(fā)生器 12提供兩個(gè)基頻，也就是M二2，這兩個(gè)基頻分別以fo和&為中心。圖10A 示出了在縮放模塊162的輸入端的頻譜圖?？梢钥闯鰂o和A的幅度可以不相 等，不需要與分析模塊24的輸入特性或輸入限定相匹配。圖IOB示出了在濾波器168-1的輸出端的頻譜圖。圖IOB假設(shè)濾波器 168-1被實(shí)施為截止頻率大于fo而小于f!的低通濾波器。在172處示出了濾 波器168-1的通帶。圖IOC示出了在濾波器168-M的輸出端的頻謙圖。圖IOC假設(shè)濾波器 168-M被實(shí)施為中心頻率為f!并且下截止頻率大于fo的帶通濾波器。在174 處示出了濾波器168-M的通帶。圖IOC還假設(shè)縮放模塊166-M的增益小于 單位量，從而在進(jìn)入合路器170之前，降低f,的幅度。圖IOD示出了在合 路器170的輸出端處的頻i普?qǐng)D?，F(xiàn)在參照?qǐng)D11,示出了分析模塊24的多種結(jié)構(gòu)中的一種的功能框圖， 所述分析模塊24可以用于多路復(fù)用模塊22的時(shí)分版本(圖8)。輸入端V和I分別從相應(yīng)的信號(hào)調(diào)節(jié)和分割模塊160接收信號(hào)。各輸入信號(hào)被施加于 相應(yīng)的低通濾波器180和相應(yīng)的高通濾波器182。在一些實(shí)施例中，可以省 略濾波器180和182,由濾波器168來(lái)滿足濾波功能。
第一模/數(shù)(a/d )轉(zhuǎn)換器對(duì)184轉(zhuǎn)換來(lái)自濾波器180的相應(yīng)v和i信號(hào) 的低頻分量。第二 A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)186轉(zhuǎn)換來(lái)自濾波器182的相應(yīng)V和I信 號(hào)的高頻分量。A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)184向現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA) 188傳送 轉(zhuǎn)換后的信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)186向現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA) 190傳送 轉(zhuǎn)換后的信號(hào)。FPGA188和190分別將其相應(yīng)的數(shù)字化電壓數(shù)據(jù)和數(shù)字化 電流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為同相(I)和正交(Q)信號(hào)。數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) 192 基于來(lái)自FPGA188和l卯的I信號(hào)和Q信號(hào)，量化所關(guān)心的參數(shù)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D12，方框圖200示出了由FPGA188和DSP192提供的功能。 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識(shí)到方框圖200中示出的功能也可以通過(guò)由用戶決 定的其它手段來(lái)提供。
方框圖200包括N個(gè)轉(zhuǎn)換^^莫塊202-1，…，202-N,它們統(tǒng)稱作轉(zhuǎn)換才莫 塊202。各轉(zhuǎn)換模塊202與一個(gè)探針20關(guān)聯(lián)，并且從A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)184, 186接收轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。探針選擇信號(hào)154 (也在圖8中示出)激活與所選 擇的一個(gè)探針20相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)換模塊202。
各轉(zhuǎn)換模塊202包括混頻模塊對(duì)204。混頻模塊204接收從相關(guān)聯(lián)的 A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)184和186獲得的數(shù)字信號(hào)。每個(gè)混頻模塊204還從數(shù)字頻率 綜合器206接收兩個(gè)輸入。通常，數(shù)字頻率綜合器206生成數(shù)字混頻信號(hào)。 特別地，數(shù)字頻率綜合器206產(chǎn)生正弦和余弦波形，所述波形與來(lái)自相關(guān)聯(lián) 的信號(hào)調(diào)節(jié)和分割模塊160的一個(gè)以上所關(guān)心頻率相當(dāng)。頻率設(shè)置點(diǎn)信號(hào) 214建立數(shù)字頻率綜合器206的工作頻率。對(duì)于各轉(zhuǎn)換模塊202，可以在多 個(gè)設(shè)置點(diǎn)之間切換頻率設(shè)置點(diǎn)信號(hào)，來(lái)處理針對(duì)特定探針20的多個(gè)所關(guān)心 頻率。在一個(gè)實(shí)施例中，所述頻率設(shè)置點(diǎn)為從驅(qū)動(dòng)RF發(fā)生器12或發(fā)射機(jī) 52的頻率源接收的頻率偏移量。
各數(shù)字混頻模塊204將從數(shù)字頻率綜合器206接收的數(shù)字混頻信號(hào)與從相關(guān)聯(lián)的A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)接收的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行組合。為了這樣做，各數(shù)字混 頻模塊204包括兩個(gè)數(shù)字乘法器。另外，數(shù)字混頻模塊204以相關(guān)聯(lián)的A/D 轉(zhuǎn)換器對(duì)的采樣速率工作。各數(shù)字混頻模塊204的結(jié)果為包含在數(shù)字化數(shù)據(jù) 中的頻率和包含在由數(shù)字頻率綜合器提供的信號(hào)中的頻率的和與差構(gòu)成的 頻譜。
混頻器模塊204的輸出端與相應(yīng)的抽取模塊208的輸入端相連接。抽取 模塊208將采樣速率轉(zhuǎn)變?yōu)楦偷臄?shù)據(jù)速率或基帶數(shù)據(jù)速率。在美國(guó)專利 6,707,255中，以非限制性實(shí)例的方式描述了抽取過(guò)程，并以其整體通過(guò)引 用并入于此。
在一些實(shí)施例中，利用FPGA188和190實(shí)施混頻模塊204和抽取才莫塊
208。
抽取模塊208的輸出端與相應(yīng)的低通濾波器模塊210的輸入端相連接。 低通濾波器模塊210對(duì)抽取模塊208的頻譜輸出進(jìn)行整形。低通濾波器模塊 210的輸出端與相應(yīng)的笛卡爾坐標(biāo)M及坐標(biāo)(Cartesian to polar)轉(zhuǎn)換^t塊212 相連接。轉(zhuǎn)換模塊212將來(lái)自低通濾波器模塊210的已濾波數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到極坐 標(biāo)系統(tǒng)。
在一些實(shí)施例中，利用DAP192來(lái)實(shí)施低通濾波器模塊210和笛卡爾坐 標(biāo)/極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊212。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)從以上描述中意識(shí)到可以以多種方式實(shí)施本公開(kāi) 內(nèi)容的廣泛?jiǎn)⑹?。因此，雖然本公開(kāi)內(nèi)容包括特定的實(shí)例，但是由于對(duì)于本 領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，通過(guò)研究附圖、說(shuō)明書(shū)和以下的權(quán)利要求，其它的修改 將變得明顯，因此本公開(kāi)內(nèi)容的真實(shí)保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)局限于此。
權(quán)利要求
1、一種用于在電路中多個(gè)位置處監(jiān)視射頻RF功率的計(jì)量系統(tǒng)，包括多個(gè)RF傳感器，基于所述RF功率的電氣特性，生成相應(yīng)的模擬信號(hào)；多路復(fù)用模塊，基于所述模擬信號(hào)生成輸出信號(hào)；和分析模塊，基于所述輸出信號(hào)生成消息，其中所述消息包含與由所述多個(gè)RF傳感器感測(cè)的所述電氣特性有關(guān)的信息。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)量系統(tǒng)，其中所述多路復(fù)用模塊利用時(shí)域多路 復(fù)用來(lái)將所述模擬信號(hào)多路復(fù)用為所述輸出信號(hào)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)量系統(tǒng)，其中所述多路復(fù)用模塊利用頻域多路 復(fù)用來(lái)將所述模擬信號(hào)多路復(fù)用為所述輸出信號(hào)。
4、 一種用于在電路中多個(gè)位置處監(jiān)視射頻RF功率的計(jì)量系統(tǒng)，包括 多個(gè)感測(cè)通道，各自基于在電路中一個(gè)位置處RF功率的電氣特性，生成輸出信號(hào)，每個(gè)感測(cè)通道均包括RF傳感器，基于所述RF功率的電氣特性生 成第一信號(hào)；振蕩器，生成周期性信號(hào)；和混頻器，將所述第一信號(hào)與所述周 期性信號(hào)混頻，以^更為所述感測(cè)通道生成輸出信號(hào)；和RF合路器，基于來(lái)自所述感測(cè)通道的多個(gè)輸出信號(hào)，生成第二輸出信號(hào)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的計(jì)量系統(tǒng)，進(jìn)一步包括分析模塊，基于來(lái)自所述RF合路器的所述第二輸出信號(hào)生成消息，其中
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的計(jì)量系統(tǒng)，其中所述RF傳感器為定向耦合器。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的計(jì)量系統(tǒng)，其中所述RF傳感器為電壓/電流V/I 探針。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的計(jì)量系統(tǒng)，進(jìn)一步包括多個(gè)低通濾波器，各自 對(duì)一個(gè)相應(yīng)的來(lái)自所述RF傳感器的第一信號(hào)進(jìn)行濾波。
9、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的計(jì)量系統(tǒng)，進(jìn)一步包括多個(gè)高通濾波器，各自 對(duì)一個(gè)相應(yīng)的來(lái)自所述傳感器通道的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波。
10、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的計(jì)量系統(tǒng)，進(jìn)一步包括濾波器，對(duì)來(lái)自所述 RF合路器的所述第二輸出信號(hào)進(jìn)行濾波。
11、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的計(jì)量系統(tǒng)，其中每個(gè)所述周期性信號(hào)都具有不 同于其它周期性信號(hào)的頻率。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的計(jì)量系統(tǒng)，其中所述頻率在頻域中被均勻地隔開(kāi)。
13、 一種用于在電路中多個(gè)位置處監(jiān)視射頻RF功率的計(jì)量系統(tǒng)，包括 多個(gè)感測(cè)通道，各自基于在電路中一個(gè)位置處RF功率的電氣特性，生成輸出信號(hào)對(duì)，每個(gè)感測(cè)通道均包括RF傳感器，基于所述RF功率生成模擬信 號(hào)對(duì)；振蕩器，其生成異相的第一和第二周期性信號(hào)；第一混頻器，將所述第 一周期性信號(hào)與所述模擬信號(hào)對(duì)中的一個(gè)混頻，以生成所述感測(cè)通道的輸出信 號(hào)之一；和第二混頻器，將所述第二周期性信號(hào)與所述模擬信號(hào)對(duì)中的另一個(gè) 混頻，以生成所述感測(cè)通道的另一個(gè)輸出信號(hào)；第一 RF合路器，基于來(lái)自這些第一混頻器的多個(gè)輸出信號(hào)，生成第一寬 帶信號(hào)；和第二 RF合路器，基于來(lái)自這些第二混頻器的多個(gè)輸出信號(hào)，生成第二寬 帶信號(hào)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的計(jì)量系統(tǒng)，進(jìn)一步包括分析模塊，基于來(lái)自所述第一和第二 RF合路器的寬帶信號(hào)生成消息，其 中所述消息包含與由所述多個(gè)感測(cè)通道感測(cè)的所述電氣特性相關(guān)的信息。
15、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的計(jì)量系統(tǒng)，其中所述RF傳感器為定向耦合器。
16、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的計(jì)量系統(tǒng)，其中所述RF傳感器為電壓/電流 V/I探針。
17、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的計(jì)量系統(tǒng)，進(jìn)一步包括多個(gè)低通濾波器，各 自對(duì)相應(yīng)的一個(gè)來(lái)自所述RF傳感器的第一信號(hào)進(jìn)^f亍濾波。
18、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的計(jì)量系統(tǒng)，進(jìn)一步包括多個(gè)高通濾波器，各自對(duì)相應(yīng)的一個(gè)來(lái)自所述傳感器通道的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波。
19、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的計(jì)量系統(tǒng)，進(jìn)一步包括第一和第二濾波器， 各自對(duì)所述第一和第二寬帶信號(hào)中的一個(gè)相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行濾波。
20、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的計(jì)量系統(tǒng)，其中每個(gè)所述周期性信號(hào)均具有不 同于其它周期性信號(hào)的頻率。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的計(jì)量系統(tǒng)，其中所述周期性信號(hào)的頻率在頻域 內(nèi)一皮均勻隔開(kāi)。
22、 一種用于在電路中多個(gè)位置處監(jiān)視射頻RF功率的計(jì)量系統(tǒng)，包括 多個(gè)RF傳感器，各自基于在電路中一個(gè)位置處的RF功率的電氣特性，生成模擬信號(hào)對(duì)；第一多路復(fù)用器，從各模擬信號(hào)對(duì)中接收一個(gè)模擬信號(hào)，并依照控制信號(hào)， 將所接收的信號(hào)中的一個(gè)送至所述第一多路復(fù)用器的輸出端；第二多路復(fù)用器，從各模擬信號(hào)對(duì)中接收另一個(gè)模擬信號(hào)，并依照所述控制信號(hào)，將所接收的信號(hào)中的一個(gè)送至所述第二多路復(fù)用器的輸出端；和分析模塊，基于來(lái)自所述第一和第二多路復(fù)用器的信號(hào)，生成消息，其中 所述消息包含與由所述多個(gè)感測(cè)通道感測(cè)的所述電氣特性有關(guān)的信息。
23、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的計(jì)量系統(tǒng)，其中所述RF傳感器為定向耦合器。
24、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的計(jì)量系統(tǒng)，其中所述RF傳感器為電壓/電流 V/I探針。
25、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的計(jì)量系統(tǒng)，該計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)一步包括多個(gè)信號(hào) 調(diào)節(jié)和分割模塊，各信號(hào)調(diào)節(jié)和分割模塊與一相應(yīng)的來(lái)自所述RF傳感器的模擬信號(hào)相連接，各信號(hào)調(diào)節(jié)模塊均包括多個(gè)濾波器，各自使相關(guān)聯(lián)的一個(gè)模擬信號(hào)的相應(yīng)頻率分量通過(guò)； 多個(gè)縮放模塊，各自對(duì)至少部分所述頻率分量進(jìn)行放大或衰減；和 合路器，組合所述頻率分量，以生成傳送到所述第一和第二多路復(fù)用器之一的信號(hào)。
26、 根據(jù)權(quán)利要求25所述的計(jì)量系統(tǒng)，其中所述分析模塊進(jìn)一步包括濾 波器，對(duì)來(lái)自所述第一和第二多路復(fù)用器的輸出端的相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行濾波。
27、 根據(jù)權(quán)利要求26所述的計(jì)量系統(tǒng)，所述計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)一步包括模擬/ 數(shù)字轉(zhuǎn)換器對(duì)，轉(zhuǎn)換來(lái)自所述第一和第二多路復(fù)用器的相應(yīng)信號(hào)。
28、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的計(jì)量系統(tǒng)，其中所述分析模塊進(jìn)一步包括多 個(gè)轉(zhuǎn)換模塊，將來(lái)自所述多路復(fù)用器的信號(hào)轉(zhuǎn)換為低于所述RF功率頻率的基 帶頻率。
29、 根據(jù)權(quán)利要求28所述的計(jì)量系統(tǒng)，其中各轉(zhuǎn)換模塊包括混頻器模塊， 所述混頻器模塊對(duì)來(lái)自所述模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器對(duì)的轉(zhuǎn)換后信號(hào)進(jìn)行混頻。
30、 根據(jù)權(quán)利要求29所述的計(jì)量系統(tǒng)，所述計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)一步包括抽取模塊， 所述抽取模塊對(duì)來(lái)自相應(yīng)混頻器模塊的輸出信號(hào)進(jìn)行抽取。
31、 根據(jù)權(quán)利要求30所述的計(jì)量系統(tǒng)，所述計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)一步包括低通濾波 器模塊，所述低通濾波器模塊對(duì)來(lái)自相應(yīng)抽取模塊的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波。
32、 一種用于在電路中多個(gè)位置處監(jiān)視射頻RF功率的方法，包括 基于在電路的一個(gè)相關(guān)聯(lián)位置處的所述RF功率的電氣特性生成輸出信號(hào)，各生成步驟包括基于所述RF功率生成第一信號(hào)；生成周期性信號(hào)；和將所 述第一信號(hào)與所述周期性信號(hào)混頻，以生成所述輸出信號(hào)；和組合所述輸出信號(hào)，以生成包括各輸出信號(hào)的頻率分量的寬帶信號(hào)。
33、 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，進(jìn)一步包括基于所述寬帶信號(hào)生成消 息，其中所述消息包含關(guān)于所述電氣特性的信息。
34、 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述電氣特性包括正向功率和反射 功率中的至少一種。
35、 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述電氣特性包括電壓和電流中的 至少一種。
36、 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，進(jìn)一步包括對(duì)所述第一信號(hào)進(jìn)行濾波。
37、 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，進(jìn)一步包括對(duì)所述輸出信號(hào)進(jìn)行濾波。
38、 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，進(jìn)一步包括對(duì)來(lái)自所述RF合路器的 寬帶信號(hào)進(jìn)行濾波。
39、 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中每個(gè)所述周期性信號(hào)均具有不同于 其它周期性信號(hào)的頻率。
40、 根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中所述頻率在頻域內(nèi)被均勻地隔開(kāi)。
41、 一種用于在電路中多個(gè)位置處監(jiān)視射頻RF功率的方法，包括 基于在電路一個(gè)相關(guān)聯(lián)位置處的所述RF功率的電氣特性生成才莫擬信號(hào)對(duì)； 將所述模擬信號(hào)對(duì)中的 一個(gè)信號(hào)多路復(fù)用為第 一輸出信號(hào)； 將所述模擬信號(hào)對(duì)中的另 一個(gè)信號(hào)多路復(fù)用為第二輸出信號(hào)；并且 基于來(lái)自所述多路復(fù)用步驟中所述第一和第二輸出信號(hào)的信號(hào)生成消息，其中所述消息包含與由多個(gè)感測(cè)通道感測(cè)的所述電氣特性有關(guān)的信息。
42、 根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中所述電氣特性包括正向功率和反射 功率。
43、 根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中所述電氣特性包括電壓和電流。
44、 根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，該方法進(jìn)一步包括 將每個(gè)所述模擬信號(hào)對(duì)濾波成為多個(gè)相應(yīng)的頻率分量； 》文大所述頻率分量的至少一部分；并且組合所述頻率分量，以生成所述信號(hào)對(duì)中的相應(yīng)信號(hào)，所述信號(hào)被傳送到 所述第 一和第二多路復(fù)用器中的一個(gè)。
45、 根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，進(jìn)一步包括對(duì)來(lái)自所述第一和第二多 路復(fù)用器的輸出端的相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行濾波。
46、 根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，進(jìn)一步包括數(shù)字化來(lái)自所述第一和第 二多路復(fù)用器的相應(yīng)信號(hào)。
47、 根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，將來(lái)自所述多路復(fù)用器的信號(hào)轉(zhuǎn)換為低 于所述RF功率頻率的基帶頻率。
48、 根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，進(jìn)一步包括將所述數(shù)字化信號(hào)與數(shù)字信號(hào)混頻。
49、 根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，進(jìn)一步包括抽取來(lái)自相應(yīng)混頻器模塊的 輸出信號(hào)。
50、 根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，進(jìn)一步包括對(duì)所抽取的信號(hào)進(jìn)行濾波。
全文摘要
一種多點(diǎn)電壓和電流探針系統(tǒng)。計(jì)量系統(tǒng)監(jiān)視在電路中多個(gè)位置處的射頻(RF)功率。該系統(tǒng)包括多個(gè)RF傳感器，其基于所述RF功率的電氣特性生成相應(yīng)的模擬信號(hào)；多路復(fù)用模塊，其基于所述模擬信號(hào)生成輸出信號(hào)；和分析模塊，其基于所述輸出信號(hào)生成消息。所述消息包含與由所述多個(gè)RF傳感器感測(cè)的電氣特性相關(guān)的信息。
文檔編號(hào)G01R21/00GK101267707SQ20071016380
公開(kāi)日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2007年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月14日
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