CN101873110A - 射频匹配器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频匹配器，包括信号检测模块，控制模块和传动执行模块，信号检测模块用于检测负载反馈的反射信号，并将该反射信号转化为直流驱动信号输出；该控制模块包括放大电路，放大电路用于将接收到的直流驱动信号进行放大后输出，该传动执行模块用于接收经过放大电路放大的直流驱动信号，并驱动阻抗匹配器进行与负载之间的阻抗匹配调整。由于定向偶合器可对反射信号进行实时动态采样，当采样到有反射信号时，检测器可以马上输出检测信号以驱动两个电机转动，对真空电容进行阻抗调节，这样就实现了实时的自动匹配控制，快速、可靠、高效、准确、节省人力和时间。

Description

射频匹配器

技术领域

本发明涉及一种射频匹配器。

背景技术

射频匹配器的应用广泛，主要的具体领域为：半导体生产领域、等离子刻蚀、真空镀膜、PECVD、等离子清洗、物理气象沉积(PVD)、化学气象沉积(CVD)、射频溅射等等。目前市场上的射频匹配器多为手动射频匹配器，使用起来十分不便，在系统设备启动后要不断地手动调整匹配器的阻抗而使输出达到工艺的要求，无法实现应用系统的全自动控制，同时调节匹配的时间长、工作效率低、设备使用费用高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实时监测并输出信号驱动电机工作以实现电容自动匹配的自动射频匹配器。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

射频匹配器，包括一个信号检测模块，该信号检测模块用于检测负载反馈的反射信号，并将该反射信号转化为直流驱动信号输出；

以及一个控制模块，该控制模块包括放大电路，所述的放大电路用于将接收到的直流驱动信号进行放大后输出；

以及一个传动执行模块，该传动执行模块用于接收经过放大电路放大直流驱动信号，并驱动阻抗匹配器进行与负载之间的阻抗匹配调整。

上述方案中信号检测模块检测到反射信号后，将直流信号转化为直流驱动信号输出至控制模块，控制模块将接收到的驱动信号输出给传动执行模块，以实现容量值的改变，从而达到调节阻抗的目的。

所述的控制模块还包括用于阻抗匹配器的保护模块，当该保护模块检测到阻抗匹配器为最大值或最小值时控制所述的放大电路失去放大作用。

所述保护模块包括可调电位器，该可调电位器用于获知阻抗匹配器的调整情况，并将该调整情况转换为电压信号输出；

以及与可调电位器连接的比较器，该比较器将来自于可调电位器的电压信号与该比较器设定的电压进行比较后输出一个控制信号；

以及与比较器连接的控制开关，该控制开关接收比较器输出的控制信号后使所述放大电路失去放大作用。

所述的控制模块还包括一个用于显示阻抗匹配器容量的容量显示器，该容量显示器与控制模块连接。

所述放大电路包括一级放大器、二级放大器以及三级放大器。

所述传动执行模块包括传动齿轮组以及连接于放大电路输出端的直流电机，传动齿轮组包括设置于直流电机输出轴上的第一齿轮，以及用于连接在阻抗匹配器上的第二齿轮，以及连接在可调电位器上的第三齿轮，第一齿轮与第二齿轮啮合，第二齿轮与第三齿轮啮合。

所述第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮的传动比为1.2∶1∶2.5。

上述方案中，经检测模块输出的信号经一级放大器初级放大，再由二级放大器再次放大以驱动三级放大器对信号进行第三次放大后驱动直流电机转动。直流电动机通过齿轮组可带动真空电容和可调电位器进行转动。当可调电位器转动时，会反馈一个电压信号给比较器，当可调电位器的反馈电压信号达到极限时，则输出一个低电平到控制开关，这时，二级放大器失去放大作用，三级放大器得不到足够的驱动信号，直流电机停止转动，此时真空电容达到最大容量值，上述可调电位器的反馈电压信号可通过容量显示器显示出来。通过直流电机的转动，可以带动真空电容转动，以实现容量值的改变，从而达到调节阻抗的目的，同时，真空电容的转动可带动可调电位器的转动，可调电位器的转动则可以实现对真空电容容量值的电压反馈。

所述信号检测模块包括定向耦合器，以及与该定向耦合器连接的信号处理电路。

所述信号处理电路包括第一滤波器，与该第一滤波器连接的第一功率分配器，以及与该第一功率分配器连接的第一检测器；

以及第二滤波器，与该第二滤波器连接的第一移电路，以及与第一移相电路连接的第二功率分配器，以及与第二功率分配器连接的第二移相电路，以及与第二移相电路连接的第二检测器；

所述第一功率分配器还与第二检测器连接，所述第二功率分配器还与第一检测器连接。

上述方案中定向耦合器对反射信号进行采样，得到的正向功率信号和反向功率信号两个信号，正向功率信号经过第一滤波器，经第一功率分配器一分为二，分别到达第一检测器和第二检测器的输入端，同时滤波后的反射信号经第一移相电路调整相位后，再由第二功率分配器一分为二，，一支信号直接到达第一检测器，另一支信号则经过第二移相电路调整相位后到达第二检测器的输入端。当负载与射频信号阻抗失匹配时，第一检测器和第二检测器分别输出检测信号，两个检测信号可驱动直流电机对真空电容进行调节，当真空电容调节到匹配点时，反射信号输出为零，这时第一检测器和第二检测器的输出也为零，这时直流电机没有了驱动信号，直流电机停止转动，真空电容也同样停止了调节，这样，匹配器实现了自动匹配的调节。

由于上述方案中定向偶合器可对反射信号进行实时动态采样，当采样到有反射信号时，检测器可以马上输出检测信号以驱动两个电机转动，对真空电容进行阻抗调节，这样就实现了实时的自动匹配控制，快速、可靠、高效、准确、节省人力和时间。

附图说明

图1为本发明的原理图；

图2为本发明的检测模块的原理图；

图3为本发明的控制模块的原理图；

图4为本发明控制模块的电路图；

图5为本发明的传动执行模块的原理图。

图中：1为信号检测模块，2为控制模块，3为传动执行模块，4为定向耦合器，5为第一滤波器，51为第一功率分配器，52为第一检测器，53为第一移相电路，6为第二滤波器，61第二功率分配器，62为第二检测器，63为第二移相电路，7为可调电位器，8为比较器，9为控制开关，10为容量显示器，11为一级放大器，12为二级放大器，13为三级放大器，131为第一晶体管、132为第二晶体管、133为第三晶体管，134为第四晶体管，14为直流电机，15为传动齿轮组，151为第一齿轮，152为第二齿轮，153为第三齿轮，16为真空电容，161为真空电容最大比较器，162为真空电容最小比较器，171为第一控制开关，172为第二控制开关。

如图1、图2、图3、图4所示，射频匹配器，包括一个信号检测模块1，该信号检测模块1用于检测负载反馈的反射信号，并将该反射信号转化为直流驱动信号输出；以及一个控制模块2，该控制模块包括放大电路，所述的放大电路用于将接收到的直流驱动信号进行放大后输出；以及一个传动执行模块3，该传动执行模块用于接收经过放大电路放大直流驱动信号，并驱动阻抗匹配器进行与负载之间的阻抗匹配调整。信号检测模块1检测到反射信号后，将直流信号转化为直流驱动信号输出至控制模块2，控制模块2将接收到的驱动信号输出给传动执行模块3，以实现容量值的改变，从而达到调节阻抗的目的。

如图1和图2所示，所述的信号检测模块1包括定向耦合器4，以及与该定向耦合器连接的信号处理电路，所述信号处理电路包括第一滤波器5，与该第一滤波器连接5的第一功率分配器51，以及与该第一功率分配器51连接的第一检测器52，以及第二滤波器6，与该第二滤波器6连接的第一移相电路53，以及与第一移相电路53连接的第二功率分配器61，以及与第二功率分配器61连接的第二移相电路63，以及与第二移相电路63连接的第二检测器62；所述第一功率分配器51还与第二检测器6连接，所述第二功率分配器61还与第一检测器52连接。定向耦合器4对反射信号进行采样，得到的正向功率信号和反向功率信号两个信号，正向功率信号经过第一滤波器5，经第一功率分配器51一分为二，分别到达第一检测器52和第二检测器62的输入端，同时滤波后的反射信号经第一移相电路53调整相位后，再由第二功率分配器61一分为二，，一支信号直接到达第一检测器52，另一支信号则经过第二移相电路63调整相位后到达第二检测器62的输入端。当负载与射频信号阻抗匹配时，第一检测器52和第二检测器62分别输出检测信号，两个检测信号可驱动传动执行模块3对真空电容进行调节。当真空电容调节到匹配点时，反射信号输出为零，这时第一检测器51和第二检测器61的输出也为零，这时直流电机没有了驱动信号，传动执行模块3停止工作，真空电容也同样停止了调节，这样，匹配器实现了自动匹配的调节。

如图1和图3所示，放大电路包括一级放大器11、二级放大器12以及三级放大器13，其中一级放大器和二级大器均为增益放大器，三级放大器为功率放大器，所述功率放大器由第一晶体管131、第二晶体管132、第三晶体管133以及第四晶体管134构成，第二晶体管132的基极连接第一晶体管131的基极，第二晶体管132的发射极连接第一晶体管131的发射极，第二晶体管132的集电极连接第三晶体管133的集电极，第三晶体管133的发射极连接第四晶体管134的发射极，第三晶体管133的基极连接第四晶体管134的基极，第一晶体管131和第四晶体管132均为NPN型的晶体管，第二晶体管132和第三晶体管133均为PNP型的晶体管。控制模块2还包括用于阻抗匹配器的保护模块，该保护模块包括可调电位器7，以及与可调电位器7连接的比较器8，以及与比较器8连接的控制开关9，所述的控制模块2还包括一个用于显示阻抗匹配器容量的容量显示器10，该容量显示器10与控制模块2连接。信号经一级放大器11初级放大，再由二级放大器12再次放大，以驱动三级放大器13，第一晶体管131、第二晶体管132、第三晶体管133以及第四晶体管134对信号进行放大后可驱动直流电机14。可调电位器7转动时，会反馈一个电压信号给三级放大器，当可调电位器7的反馈电压信号为达到真空电容最大比较器161极限时，会输出一个低电平到控制开关17，这时二级放大器12失去放大作用，第一晶体管131、第二晶体管132、第三晶体管133和第四晶体管134得不到足够的驱动信号，则直流电机14停止转动，此时真空电容16达到最大容量值，并在容量显示器10上显示出。

如图1和图4所示，传动执行模块3包括传动齿轮组以及连接于放大电路输出端的直流电机14，传动齿轮组15包括设置于直流电机14输出轴上的第一齿轮151，以及用于连接在阻抗匹配器上的第二齿轮152，以及连接在可调电位器7上的第三齿轮153，第一齿轮151与第二齿轮152啮合，第二齿轮152与第三齿轮153啮合，第一齿轮151、第二齿轮152、第三齿轮153的传动比为1.2∶1∶2.5。经检测模块1输出的信号经一级放大器11初级放大，再由二级放大器12再次放大以驱动三级放大器13对信号进行第三次放大后驱动直流电机转动14。直流电动机14通过齿轮组15可带动真空电容16和可调电位器7进行转动。当可调电位器7转动时，会反馈一个电压信号给比较器8，当可调电位器7的反馈电压信号达到真空电容最大比较器161的极限时，则输出一个低电平到第一控制开关171，这时，二级放大器152失去放大作用，三级放大器153得不到足够的驱动信号，直流电机停止14转动，此时真空电容16达到最大容量值，上述可调电位器7的反馈电压信号可通过容量显示器10显示出来。同样，当电压信号达到真空电容最小比较器162的极限时，则输出一个低电平到第二控制开关172，这时，二级放大器152失去放大作用，三级放大器153得不到足够的驱动信号，直流电机停止14转动，此时真空电容16达到最小容量值，上述可调电位器7的反馈电压信号可通过容量显示器10显示出来。

通过直流电机14的转动，可以带动真空电容16转动，以实现容量值的改变，从而达到调节阻抗的目的，同时，真空电容16的转动可带动可调电位器7的转动，可调电位器7的转动则可以实现对真空电容16容量值的电压反馈。

Claims (9)

1.射频匹配器，其特征在于：包括一个信号检测模块，该信号检测模块用于检测负载反馈的反射信号，并将该反射信号转化为直流驱动信号输出；

以及一个控制模块，该控制模块包括放大电路，所述的放大电路用于将接收到的直流驱动信号进行放大后输出；

以及一个传动执行模块，该传动执行模块用于接收经过放大电路放大直流驱动信号，并驱动阻抗匹配器进行与负载之间的阻抗匹配调整。

2.根据权利要求1所述的射频匹配器，其特征在于：所述的控制模块还包括用于阻抗匹配器的保护模块，当该保护模块检测到阻抗匹配器为最大值或最小值时控制所述的放大电路失去放大作用。

3.根据权利要求2所述的射频匹配器，其特征在于：所述保护模块包括可调电位器，该可调电位器用于获知阻抗匹配器的调整情况，并将该调整情况转换为电压信号输出；

以及与可调电位器连接的比较器，该比较器将来自于可调电位器的电压信号与该比较器设定的电压进行比较后输出一个控制信号；

以及与比较器连接的控制开关，该控制开关接收比较器输出的控制信号后使所述放大电路失去放大作用。

4.根据权利要求3所述的射频匹配器，其特征在于：所述传动执行模块包括传动齿轮组以及连接于放大电路输出端的直流电机，传动齿轮组包括设置于直流电机输出轴上的第一齿轮，以及用于连接在阻抗匹配器上的第二齿轮，以及连接在可调电位器上的第三齿轮，第一齿轮与第二齿轮啮合，第二齿轮与第三齿轮啮合。

5.根据权利要求4所述的射频匹配器，其特征在于：所述第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮的传动比为1.2∶1∶2.5。

6.根据权利要求2所述的射频匹配器，其特征在于：还包括一个用于显示阻抗匹配器容量的容量显示器，该容量显示器与控制模块连接。

7.根据权利要求1所述的射频匹配器，其特征在于：所述放大电路包括一级放大器、二级放大器以及三级放大器。

8.根据权利要求1所述的射频匹配1器，其特征在于：所述信号检测模块包括定向耦合器，以及与该定向耦合器连接的信号处理电路。

9.根据权利要求8所述的射频匹配器，其特征在于：所述信号处理电路包括第一滤波器，与该第一滤波器连接的第一功率分配器，以及与该第一功率分配器连接的第一检测器；

以及第二滤波器，与该第二滤波器连接的第一移电路，以及与第一移相电路连接的第二功率分配器，以及与第二功率分配器连接的第二移相电路，以及与第二移相电路连接的第二检测器；

所述第一功率分配器还与第二检测器连接，所述第二功率分配器还与第一检测器连接。

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