專利名稱：高效率射頻電源的相位同步電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻電源技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高效率射頻電源的相位同步電路。
技術(shù)背景
等離子體技術(shù)是半導(dǎo)體制造領(lǐng)域必不可少的工藝手段，它滲透了半導(dǎo)體工藝的各 個環(huán)節(jié)，包括沉積、刻蝕和清洗等等。業(yè)界最常用的等離子體產(chǎn)生方法是射頻放電法，即由 射頻電源產(chǎn)生一定功率的射頻能量，通過阻抗匹配器傳送給等離子體產(chǎn)生裝置產(chǎn)生等離子 體。
射頻電源將供電電能轉(zhuǎn)換為射頻電能，存在有限的轉(zhuǎn)換效率。在實際的射頻電源 中，一部分供電電能被有效的轉(zhuǎn)換為射頻電能，而另一部分通過發(fā)熱的方式耗散掉。如果效 率較低，發(fā)熱就會嚴(yán)重，會導(dǎo)致以下后果影響射頻電源和微電子工藝設(shè)備中其它部件工作 性能的穩(wěn)定，降低微電子產(chǎn)品質(zhì)量和成品率；在散熱能力有限的情況下，射頻電源的輸出功 率難以做高；浪費電能資源。
使用E類功率放大電路和F類功率放大電路是提高射頻電源效率的有效方案。這 幾類放大電路通過諧振的方法錯開功率器件上電壓和電流出現(xiàn)的時間，降低功率器件的能 量耗散，從而將更多的供電電能轉(zhuǎn)換為射頻電能，提高效率。E類和F類放大電路具有高效 率優(yōu)點的同時，也具有工作頻率范圍窄的特點。如果工作頻率發(fā)生變化，它們會偏離諧振 點，導(dǎo)致射頻輸出的特性發(fā)生變化，同時效率迅速降低，嚴(yán)重影響微電子工藝的質(zhì)量。
射頻電源所產(chǎn)生的射頻頻率可由其內(nèi)部的石英晶體振蕩器(晶振)產(chǎn)生；而如果 工藝中需要多個射頻電源協(xié)同工作，或需要對多個射頻電源的輸出功率進行合成，射頻電 源需要使用外部輸入的時鐘源，保證幾個射頻電源之間的相位同步。因此，在射頻電源中應(yīng) 有一個相位同步電路。幾個射頻電源的相位可能要求有一定的相位差，所以需要對同步信 號進行相位調(diào)整。
如圖1，傳統(tǒng)的相位同步電路通過帶通濾波處理整形后的外部時鐘信號，然后進行 檢波，用門限比較的方法檢測檢波后的信號是否達(dá)到一定電平，從而判斷出外部是否輸入 了符合頻率條件的時鐘信號；如果檢測到外部輸入了時鐘信號，則選擇外部時鐘作為時鐘 源，否則選擇內(nèi)部時鐘作為時鐘源。這種方法存在兩個問題1.帶通濾波和檢波器的檢測 方法捕捉的頻率范圍較寬，也就是說，它認(rèn)為符合條件的頻率可能已經(jīng)一定程度的偏離射 頻電源標(biāo)稱工作頻率。如果使用E類或F類射頻功率放大電路，在頻率偏離的情況下性能 就會大幅度下降，甚至容易燒毀功率器件。2.隨著溫度變化和長期使用，帶通濾波電路的 通帶頻率等參數(shù)會發(fā)生變化，導(dǎo)致頻率判斷失誤，即使外部輸入了符合條件的頻率也不能 有效的切換至外部時鐘。
傳統(tǒng)的調(diào)整同步信號相位方法是在同步信號源和射頻電源之間加一定長度的射 頻同軸電纜，通過延遲的方法調(diào)節(jié)同步信號的相位。這種做法的問題是，如果相位需要調(diào) 節(jié)，需要截短或加長射頻電纜，其操作復(fù)雜，浪費電纜材料，并且不能在設(shè)備工作中實現(xiàn)調(diào) 節(jié)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠精確判斷外部時鐘是否符合工作頻 率，并能夠方便的對外部時鐘的相位進行調(diào)整的高效率射頻電源的相位同步電路。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種高效率射頻電源的相位同步電路包括外 部時鐘整形電路、鎖相環(huán)反饋電路、相位調(diào)節(jié)電路、門限比較電路、時鐘選擇電路、第二分頻 電路及內(nèi)部時鐘產(chǎn)生電路；所述外部時鐘整形電路和所述相位調(diào)節(jié)電路分別與所述鎖相環(huán)反饋電路連接；所述鎖 相環(huán)反饋電路分別與所述門限比較電路、時鐘選擇電路連接，所述門限比較電路與所述時 鐘選擇電路連接，所述內(nèi)部時鐘產(chǎn)生電路的輸出端通過第二分頻電路與所述時鐘選擇電路 的輸入端連接。
進一步地，所述鎖相環(huán)反饋電路包括鑒相電路、低通濾波電路、加法電路、壓控晶 振電路及第一分頻電路；所述鑒相電路依次通過低通濾波電路、加法電路、壓控晶振電路與 所述第一分頻電路的輸入端連接，所述第一分頻電路的輸出端分別與所述鑒相電路、所述 時鐘選擇電路的輸入端連接；所述鑒相電路的出入端與所述外部時鐘整形電路的輸出端連 接；所述相位調(diào)節(jié)電路的輸出端與所述加法電路的輸入端連接，所述加法電路的輸出端還 通過所述門限比較電路與所述時鐘選擇電路的輸入端連接。
進一步地，所述外部時鐘整形電路采用施密特觸發(fā)器。
進一步地，所述壓控晶振電路采用2倍工作頻率的壓控石英晶體振蕩器。
進一步地，所述第一分頻電路和第一分頻電路采用+2分頻電路。
進一步地，所述低通濾波電路包括電阻Rl和電容Cl ;所述電阻Rl和電容Cl并聯(lián)， 所述電容Cl接地；所述電阻Rl與所述鑒相器連接。
進一步地，所述加法電路包括運算放大器U3、電阻R2及電阻R3;所述運算放大器 U3與所述電阻R1、Cl并聯(lián)；所述電阻R3通過電阻R2與所述運算放大器U3連接。
進一步地，所述時鐘選擇電路采用模擬開關(guān)U6實現(xiàn)。
進一步地,所述的高效率射頻電源的相位同步電路還包括指示燈,所述指示燈與 所述時鐘選擇電路連接。
進一步地，所述指示燈是發(fā)光二極管。
本發(fā)明提供的高效率射頻電源的相位同步電路，能夠精確判斷外部時鐘是否符合 工作頻率，并能夠方便的對外部時鐘的相位進行調(diào)整。


圖1為現(xiàn)有相位同步電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的高效率射頻電源的相位同步電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明實施例提供的高效率射頻電源的相位同步電路的一具體實施例。
具體實施方式
參見圖2，本發(fā)明實施例提供的一種高效率射頻電源的相位同步電路包括外部時 鐘整形電路1、鑒相電路2、低通濾波電路3、加法電路4、相位調(diào)節(jié)電路5、壓控晶振電路6、第一分頻電路7、門限比較電路8、時鐘選擇電路9、內(nèi)部時鐘產(chǎn)生電路10及第二分頻電路 11。其中，鑒相電路2、低通濾波電路3、加法電路4、相位調(diào)節(jié)電路5、壓控晶振電路6和第 一分頻電路7構(gòu)成鎖相環(huán)反饋電路。外部時鐘整形電路I的輸出端依次通過鑒相電路2、低 通濾波電路3、加法電路4、壓控晶振電路6與第一分頻電路7的輸入端連接，第一分頻電路 7的輸出端分別與鑒相電路2、時鐘選擇電路9的輸入端連接。相位調(diào)節(jié)電路5的輸出端與 加法電路4的輸入端連接，加法電路4的輸出端還通過門限比較電路8與時鐘選擇電路9的 輸入端連接。內(nèi)部時鐘產(chǎn)生電路10的輸出端通過第二分頻電路11與時鐘選擇電路9的輸 入端連接。其中，外部時鐘整形電路I對外部時鐘信號進行整形。外部時鐘整形電路I采 用施密特觸發(fā)器。壓控晶振電路6采用2倍工作頻率的壓控石英晶體振蕩器。第一分頻電 路7和第二分頻電路11采用+2分頻電路。第一分頻電路7將壓控晶振電路6輸出的頻 率進行分頻，從而變?yōu)楣ぷ黝l率。內(nèi)部時鐘發(fā)生電路也采用2倍的工作頻率，再通過第二分 頻電路11對其輸出的頻率進行分頻。這樣做的目的在于a.壓控晶振電路6的頻率范圍 較窄，決定了該電路可以準(zhǔn)確的檢測外部時鐘是否符合工作頻率；b.壓控晶振電路6采用2 倍工作頻率再分頻，可確保得到的占空比為50%。
從壓控晶振電路6的電壓控制端取得電壓信號通過門限比較電路8進行門限比 較，如果該電壓所對應(yīng)的輸出頻率在允許的頻率范圍內(nèi)，則判定外部時鐘有效，選擇外部時 鐘，否則選擇內(nèi)部時鐘。在低通濾波電路3與壓控晶振電路6之間設(shè)置一個加法電路4，將 鑒相電路2經(jīng)過低通濾波電路3低通濾波后的電壓與相位調(diào)節(jié)電路5提供的相位信號調(diào)節(jié) 電壓相加。鎖相反饋環(huán)路穩(wěn)定的結(jié)果是使壓控晶振電路6的輸入電壓恒定(只與工作頻率 有關(guān))，即鑒相電路2輸出的經(jīng)低通濾波電路3低通濾波后的電壓與相位電路5調(diào)節(jié)信號電 壓的相加值恒定。低通濾波后的輸出電壓與兩路鑒相信號的相位差成線性關(guān)系，因此兩路 信號的相位差與相位調(diào)節(jié)信號電壓成線性關(guān)系。這樣就實現(xiàn)了對同步信號的相位調(diào)整。
參見圖3，本發(fā)明實施例提供的一種高效率射頻電源的相位同步電路的具體實現(xiàn) 方式，即1.外部時鐘部分采用施密特觸發(fā)器Ul對外部輸入的時鐘信號進行整形；由鎖相環(huán) 集成電路74HC7046中的PC2鑒相器作為本電路中的鑒相器，對外部時鐘和鎖相環(huán)路產(chǎn)生的 時鐘進行鑒相；由電阻R1、電容Cl構(gòu)成低通濾波電路，實現(xiàn)低通濾波；運算放大器U3、電阻 R2、R3實現(xiàn)低通濾波后的信號與外部相位調(diào)節(jié)信號相加；壓控晶振Xl選用27. 12MHz，可控 范圍是±100ppm的晶振，受相加后的信號電壓控制；壓控晶振Xl產(chǎn)生的信號被芯片U5進 行二分頻，從芯片的6腳得到頻率13. 56MHz,占空比50%的信號。芯片U5采用型號為74AC74 的分頻器。
2.內(nèi)部時鐘部分由石英晶體振蕩器X2產(chǎn)生27. 12MHz時鐘信號，再經(jīng)芯片U7進 行分頻得到13. 56MHzο芯片U7采用型號為74AC74的分頻器。
3.時鐘選擇部分選用型號為C8051F330的單片機U4，進行時鐘選擇決策，采用型 號為TS5A3157的模擬開關(guān)U6，執(zhí)行時鐘選擇。由該單片機內(nèi)置的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)得 到壓控晶振Xl上的電壓。當(dāng)該電壓范圍在O. 433V至2. 867V之間時，壓控晶振Xl的輸出 頻率范圍在27. 118MHz至27. 122MHz之間，分頻后在13. 559MHz至13. 56IMHz之間，滿足 外部時鐘有效的條件，此時單片機輸出高電平，使模擬開關(guān)U6選擇上面一路，即相位調(diào)整 后的外部時鐘。如果壓控晶振上的電壓偏離上述范圍，則選擇由石英晶體振蕩器X2和分頻器U7產(chǎn)生的內(nèi)部時鐘。發(fā)光二級管Dl對選擇的結(jié)果做出指示，如果選擇了外部時鐘，則Dl 亮，否則Dl滅。
本發(fā)明實施例提供的高效率射頻電源的相位同步電路，能夠精確判斷外部時鐘是 否符合工作頻率，并能夠方便的對外部時鐘的相位進行調(diào)整。
最后所應(yīng)說明的是，以上具體實施方式
僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制， 盡管參照實例對本發(fā)明進行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明 的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋 在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種高效率射頻電源的相位同步電路，其特征在于，包括外部時鐘整形電路、鎖相環(huán)反饋電路、相位調(diào)節(jié)電路、門限比較電路、時鐘選擇電路、第二分頻電路及內(nèi)部時鐘產(chǎn)生電路；所述外部時鐘整形電路和所述相位調(diào)節(jié)電路分別與所述鎖相環(huán)反饋電路連接；所述鎖相環(huán)反饋電路分別與所述門限比較電路、時鐘選擇電路連接，所述門限比較電路與所述時鐘選擇電路連接，所述內(nèi)部時鐘產(chǎn)生電路的輸出端通過第二分頻電路與所述時鐘選擇電路的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率射頻電源的相位同步電路，其特征在于，所述鎖相環(huán)反饋電路包括鑒相電路、低通濾波電路、加法電路、壓控晶振電路及第一分頻電路；所述鑒相電路依次通過低通濾波電路、加法電路、壓控晶振電路與所述第一分頻電路的輸入端連接，所述第一分頻電路的輸出端分別與所述鑒相電路、所述時鐘選擇電路的輸入端連接；所述鑒相電路的出入端與所述外部時鐘整形電路的輸出端連接；所述相位調(diào)節(jié)電路的輸出端與所述加法電路的輸入端連接，所述加法電路的輸出端還通過所述門限比較電路與所述時鐘選擇電路的輸入端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率射頻電源的相位同步電路，其特征在于所述外部時鐘整形電路采用施密特觸發(fā)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高效率射頻電源的相位同步電路，其特征在于所述壓控晶振電路采用2倍工作頻率的壓控石英晶體振蕩器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高效率射頻電源的相位同步電路，其特征在于所述第一分頻電路和第二分頻電路采用+2分頻電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高效率射頻電源的相位同步電路，其特征在于所述低通濾波電路包括電阻Rl和電容Cl ;所述電阻Rl和電容Cl并聯(lián)，所述電容Cl接地；所述電阻Rl與所述鑒相器連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高效率射頻電源的相位同步電路，其特征在于所述加法電路包括運算放大器U3、電阻R2及電阻R3;所述運算放大器U3與所述電阻 R1、Cl并聯(lián)；所述電阻R3通過電阻R2與所述運算放大器U3連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率射頻電源的相位同步電路，其特征在于所述時鐘選擇電路采用模擬開關(guān)U6實現(xiàn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2-8任一項所述的高效率射頻電源的相位同步電路，其特征在于，還包括指示燈，所述指示燈與所述時鐘選擇電路連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高效率射頻電源的相位同步電路，其特征在于所述指示燈是發(fā)光二極管。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高效率射頻電源的相位同步電路，其包括外部時鐘整形電路、鎖相環(huán)反饋電路、相位調(diào)節(jié)電路、門限比較電路、時鐘選擇電路、第二分頻電路及內(nèi)部時鐘產(chǎn)生電路；所述外部時鐘整形電路和所述相位調(diào)節(jié)電路分別與所述鎖相環(huán)反饋電路連接；所述鎖相環(huán)反饋電路分別與所述門限比較電路、時鐘選擇電路連接，所述門限比較電路與所述時鐘選擇電路連接，所述內(nèi)部時鐘產(chǎn)生電路的輸出端通過第二分頻電路與所述時鐘選擇電路的輸入端連接。本發(fā)明提供的高效率射頻電源的相位同步電路，能夠精確判斷外部時鐘是否符合工作頻率，并能夠方便的對外部時鐘的相位進行調(diào)整。
文檔編號H03L7/099GK103067001SQ201110326229
公開日2013年4月24日 申請日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者趙章琰, 李勇滔, 秦威, 李英杰, 夏洋 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所