[实用新型]一种采用相位检测实现射频电源自动跟踪调谐的装置

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种射频电源的调谐匹配装置。

背景技术：

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Pr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/D1、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。