CN114946276A - 在直线加速器中对控制共振器频率与相位进行数字取样 - Google Patents

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Abstract

公开一种用于测量及控制进入模拟波形的相位的系统。所述系统包括：模拟‑数字转换器，将进入模拟波形转换成数字化表示。所述系统还包括：时钟延迟产生器，允许向ADC的取样时钟中引入可编程的延迟量。所述系统还包括：控制器，操纵由时钟延迟产生器使用的延迟并存储来自ADC的输出。控制器然后可使用数字化表示确定进入模拟波形的频率、进入模拟波形的相位漂移及进入模拟波形相对于主时钟的相位。控制器然后可响应于这些确定而修改RF产生器的输出。

Description

在直线加速器中对控制共振器频率与相位进行数字取样
技术领域
本公开的实施例涉及系统，所述系统用于将从直线加速器(linear accelerator，LINAC)谐振器元件接收的模拟波形数字化、检测此模拟波形的频率及相位、以及控制此波形的频率及相位。
背景技术
半导体器件的制作涉及多个离散且复杂的工艺。在这些工艺中的一些工艺中，使离子朝工件加速。可以若干种方式来加速这些离子。举例来说，通常使用电场来吸引并加速带正电荷的离子。
在某些实施例中，可使用直线加速器(或LINAC)来加速这些离子。在某些实施例中，LINAC包括多个射频(radio frequency，RF)空腔，所述多个射频腔室各自用于进一步加速从中穿过的离子。当RF空腔中的每一者在其相应的共振频率下被供能时，LINAC可最佳地运行。
虽然LINAC用于加速离子，但存在与LINAC的使用相关联的挑战。举例来说，在某些实施例中，可以彼此固定的时间关系对空腔供能，从而使每一相应谐振器的效果最大化。然而，建立并维持这种时间关系可能是困难的。
因此，对施加到LINAC的每一空腔的电压及所得的谐振输出进行监测可能是有利的。此外，随着时间的推移监测输入电压相位的能力可能有助于使LINAC的性能最大化。然而，监测这些信号的相位可能是困难的。
因此，如果存在能够数字化地测量与LINAC的每一空腔相关联的模拟电压和/或电流的相位及频率的系统，则这将是有利的。如果此系统能够使用传统的模拟-数字转换器(analog to digital converter)实现亚纳秒分辨率，则这将是有益的。
发明内容
公开一种用于测量及控制进入模拟波形(incoming analog waveform)的相位的系统。所述系统包括：模拟-数字转换器，将进入模拟波形转换成数字化表示。所述系统还包括：时钟延迟产生器，允许向ADC的取样时钟中引入可编程的延迟量。所述系统还包括：控制器，操纵由时钟延迟产生器使用的延迟并存储来自ADC的输出。所述控制器然后可使用数字化表示确定进入模拟波形的频率、进入模拟波形的相位漂移及进入模拟波形相对于主时钟的相位。所述控制器然后可响应于这些确定而修改RF产生器的输出。
根据一个实施例，公开一种离子植入系统。所述离子植入系统包括：离子源，产生离子；直线加速器，使所述离子朝工件加速，其中所述直线加速器包括一个或多个空腔；拾波回路(pickup loop)，靠近所述空腔中的一者设置；模拟-数字转换器(ADC)，包括输入、输出以及取样时钟，所述输入包括从所述拾波回路生成的进入模拟波形；时钟延迟产生器，包括输入时钟、控制输入及输出，所述控制输入确定延迟量，所述输出包括所述ADC的所述取样时钟；以及控制器，包括处理单元及存储器器件，其中所述控制器：存储来自所述ADC的所述输出；调整由所述时钟延迟产生器使用的所述延迟量；以及重复地存储所述输出及调整所述延迟量，直到在所述存储器器件中生成所述进入模拟波形的数字化表示为止。在某些实施例中，所述数字化表示的分辨率小于一纳秒。在一些实施例中，所述ADC的最大取样速率小于所述数字化表示的所述分辨率。在某些实施例中，所述离子植入系统还包括第二ADC，所述第二ADC包括：输入，包括从所述拾波回路生成的进入模拟波形；输出；以及第二取样时钟，其中所述第二取样时钟的相位与所述取样时钟不同。在某些实施例中，所述离子植入系统包括射频(radio frequency，RF)产生器，其中所述控制器基于所述数字化表示修改所述RF产生器的所述输出。在某些实施例中，所述控制器使用所述数字化表示确定所述进入模拟波形的相位漂移并调整所述RF产生器的频率或振幅以修正所述相位漂移。在某些实施例中，所述控制器测量主时钟与所述进入模拟波形之间的相位延迟并调整所述RF产生器的频率或振幅以获得期望的相位延迟。在某些实施例中，所述离子植入系统包括全局控制器，且所述数字化表示被传送到所述全局控制器进行分析。
根据另一实施例，公开一种离子植入系统。所述离子植入系统包括：离子源，产生离子；直线加速器，使所述离子朝工件加速，其中所述直线加速器包括一个或多个空腔；RF产生器，供应电信号以对所述一个或多个空腔中的一者中的励磁线圈进行励磁；模拟-数字转换器(ADC)，包括输入、输出以及取样时钟，所述输入包括能够代表被供应到所述励磁线圈的所述电信号的模拟励磁电压；时钟延迟产生器，包括输入时钟、控制输入及输出，所述控制输入确定延迟量，所述输出包括所述ADC的所述取样时钟；以及控制器，包括处理单元及存储器器件，其中所述控制器：存储来自所述ADC的所述输出；调整由所述时钟延迟产生器使用的所述延迟量；以及重复地存储所述输出及调整所述延迟量，直到在所述存储器器件中生成所述模拟励磁电压的数字化表示为止。在某些实施例中，所述控制器使用所述数字化表示确定所述模拟励磁电压的相位漂移并调整所述RF产生器的频率或振幅以修正所述相位漂移。在一些实施例中，所述控制器测量主时钟与所述数字化表示之间的相位延迟并调整所述RF产生器的频率或振幅以获得期望的相位延迟。在一些实施例中，所述数字化表示的分辨率小于一纳秒。在某些实施例中，所述ADC的最大取样速率小于所述数字化表示的所述分辨率。
根据另一实施例，公开一种离子植入系统。所述离子植入系统包括：离子源，产生离子；直线加速器，使所述离子朝工件加速，其中所述直线加速器包括一个或多个空腔；RF产生器，供应电信号以对所述一个或多个空腔中的一者中的励磁线圈进行励磁；拾波回路，靠近所述空腔中的一者设置；模拟-数字转换器(ADC)，包括输入、输出以及取样时钟，所述输入包括进入模拟波形；时钟延迟产生器，包括输入时钟、控制输入及输出，控制输入确定延迟量，所述输出包括所述ADC的所述取样时钟；以及控制器，包括处理单元及存储器器件。在某些实施例中，所述离子植入系统包括模拟多路复用器，所述模拟多路复用器具有与所述ADC的所述输入连通的输出，并具有两个输入：第一输入，包括从所述拾波回路生成的进入模拟波形；以及第二输入，包括能够代表被供应到所述励磁线圈的所述电信号的模拟励磁电压。在某些实施例中，所述离子植入系统包括：第二模拟-数字转换器(ADC)，包括输入、输出以及取样时钟，所述输入包括能够代表被供应到所述励磁线圈的所述电信号的模拟励磁电压；第二时钟延迟产生器，包括输入时钟、控制输入及输出，所述控制输入确定延迟量，所述输出包括所述第二ADC的所述取样时钟，其中所述第二ADC的所述输出包括所述控制器的输入，且其中所述ADC的所述输入包括从所述拾波回路生成的进入模拟波形。在某些实施例中，所述控制器：存储来自所述ADC的所述输出及来自所述第二ADC的所述输出；调整由所述时钟延迟产生器使用的所述延迟量及由所述第二时钟延迟产生器使用的所述延迟量；以及重复地存储所述输出及调整所述延迟量，直到在所述存储器器件中生成所述进入模拟波形的数字化表示及所述模拟励磁电压的数字化表示。在某些实施例中，所述控制器使用所述数字化表示确定所述进入模拟波形与所述模拟励磁电压之间的相位差，并基于所述相位差调整所述RF产生器的频率或振幅。在某些实施例中，所述数字化表示的分辨率小于一纳秒。在某些实施例中，所述ADC及所述第二ADC的最大取样速率小于所述数字化表示的所述分辨率。
附图说明
为了更好地理解本公开，参考并入本文中供参考的附图，且在附图中：
图1示出根据一个实施例的利用直线加速器(或LINAC)的离子植入系统的方块图。
图2示出根据一个实施例的监测及控制电路。
图3示出用于生成具有亚纳秒分辨率的数字化波形的序列。
图4A-4F示出使用图3所示序列生成数字化波形。
图5示出用于确定及控制谐振器线圈的频率的序列。
图6示出用于确定及控制谐振器线圈的相位的序列。
图7A-7B示出图6所示序列在两个不同场景中的结果。
图8示出根据第二实施例的监测及控制电路。
图9示出根据第三实施例的监测及控制电路。
具体实施方式
如上文所述，直线加速器可用于朝工件加速离子。图1示出离子植入系统1。离子植入系统1包括离子源10。离子源10可为任何适合的离子源，例如但不限于间接加热式阴极(indirectly heated cathode，IHC)源、伯纳斯(Bernas)源、电容耦合等离子体源、电感耦合等离子体源或任何其他适合的器件。离子源10具有孔口，可通过所述孔口从离子源10提取离子。可通过对靠近提取孔口设置在离子源10之外的一个或多个电极20施加负电压来从离子源10提取这些离子。可对电极20加以脉冲以使得离子在特定的时间离开。离开的离子群组可被称为束(bunch)。
然后，离子可进入质量分析器30，质量分析器30可为允许具有特定质荷比(massto charge ratio)的离子穿过的磁体。此质量分析器30用于仅分离出所期望的离子。然后，所期望的离子进入直线加速器40。
直线加速器40包括一个或多个空腔41。每一空腔41包括共振器线圈42，可通过励磁线圈45所生成的电磁场对共振器线圈42供能。励磁线圈45与相应的共振器线圈42一起设置在空腔41中。励磁线圈45由励磁电压供能，所述励磁电压可为RF信号。相应的RF产生器44可供应所述励磁电压。换句话说，施加到每一励磁线圈45的励磁电压可独立于供应给任何其他励磁线圈45的励磁电压。每一励磁电压优选地被调制成处于其相应空腔41的共振频率下。与RF产生器44连通的监测及控制电路100可确定及改变励磁电压的振幅及相位。通过在空腔41中设置共振器线圈42，可在保持励磁电压的振幅相同的同时增大励磁电压的振幅或使励磁电压相移。
在每一空腔41内可存在相应的调谐器叶片46。调谐器叶片46可与致动器连通以修改调谐器叶片46在空腔41内的位置。调谐器叶片46的位置可影响空腔41的共振频率。所述致动器可由监测及控制电路100控制。
当对励磁线圈45施加励磁电压时，在共振器线圈42上会感应到电压。结果是每一空腔41中的共振器线圈42由正弦电压驱动。每一共振器线圈42可与相应的加速器电极43电连通。离子穿过每一加速器电极43中的孔口。
对束进入到特定加速器电极43中的时间进行计时，以使得当束接近时加速器电极43的电势为负，但当束穿过加速器电极43时切换为正。如此一来，束在进入加速器电极43时被加速，且所述束在离开时受推斥。此使得束加速。针对直线加速器40中的每一加速器电极43重复进行此过程。每一加速器电极增大离子的加速度且可进行测量。
在束离开直线加速器40时，所述束被植入到工件50中。
当然，离子植入系统1可包括其他组件，例如用于生成带状射束的静电扫描仪、四极元件、用于使射束加速或减速的额外电极、及其他元件。
在某些实施例中，离子植入系统1还包括监测及控制电路100。在某些实施例中，每一空腔41具有单独的监测及控制电路100。图1仅示出单个监测及控制电路100。然而，这些组件可重复出现在每一空腔41中。举例来说，每一空腔41可与相应的RF产生器44、以及监测及控制电路100相关联。
将每一励磁线圈45调谐到单个谐振频率。这是使用RF产生器44及操纵调谐器叶片46来实现的。
监测及控制电路100包括拾波回路101，拾波回路101被设置成靠近空腔41中的一者或位于空腔41中的一者内。在空腔41附近或在空腔41内的电磁场会在拾波回路101上感应到正弦电压。拾波回路101可简单地是回线(looped wire)或印刷电路板。
在某些实施例中，使用电流-电压转换器47将RF产生器44供应到励磁线圈45的电流转换成电压。
还示出全局控制器90。全局控制器90可与多个监测及控制电路100连通。全局控制器90可生成由离子植入系统1的其余部分使用的主时钟。全局控制器90可包括处理单元91及存储器器件92。处理单元91可为微处理器、信号处理器、定制的现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)或另一适合的单元。此存储器器件92可为非易失性存储器，例如快闪只读存储器(read only memory，ROM)、电可擦除ROM或其他适合的器件。在其他实施例中，存储器器件92可为易失性存储器，例如随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)。存储器器件92包含使得全局控制器90能够实行本文中所述的任务的指令。
图2示出监测及控制电路100的第一实施例。
监测及控制电路100包括前置放大器(pre-amplifier)110。前置放大器110用于放大在拾波回路101上感应到的正弦信号。举例来说，前置放大器110的输出111可为0伏到10伏之间或+5伏与-5伏之间的电压。在其他实施例中，前置放大器110的输出111可具有不同的电压范围。此输出111可被称为进入模拟波形。
前置放大器110的输出111可用作模拟-数字转换器(ADC)130的输入。ADC 130对从前置放大器110接收的进入模拟波形进行取样并产生此模拟波形的数字化表示。在某些实施例中，数字化表示可为8位、12位或16位表示。ADC 130基于来自时钟延迟产生器120的输出123对模拟波形进行取样。
另外，前置放大器110的输出111可用作过零检测器(zero-crossing detector)115的输入。过零检测器115可使用运算放大器(Operation Amplifiers，op-amps)、光耦合器、或任何其他适合的方法来构造。过零检测器115生成具有每次进入模拟波形在正方向或负方向中的任一者上过零伏时的转变的输出116。
另外，监测及控制电路100包括控制器150。控制器150可包括处理单元151及相关联的存储器器件152。此存储器器件152包含当由处理单元151执行时使控制器150能够实行本文所述的功能的指令。处理单元151可为微处理器、信号处理器、定制的现场可编程门阵列(FPGA)或另一适合的单元。此存储器器件152可为非易失性存储器，例如快闪ROM、电可擦除ROM或其他适合的器件。在其他实施例中，存储器器件152可为易失性存储器，例如RAM或DRAM。控制器150可包括：第二存储器器件153，存储从ADC 130接收的数据；以及其他相关联的电路系统。
举例来说，在一个实施例中，到时钟延迟产生器120的时钟信号121可为主时钟。此主时钟可能与进入模拟波形具有已知的关系。举例来说，主时钟的频率可为进入模拟波形的频率的倍数，例如2、4或另一倍数。在其他实施例中，对于进入模拟波形的每一周期，可存在主时钟的N个周期。根据实施方式而定，主时钟的频率可在25MHz与200MHz之间。
控制器150还向时钟延迟产生器120提供一个或多个控制信号122，所述一个或多个控制信号122指示时钟延迟产生器120要添加到时钟信号121的延迟量。时钟延迟产生器120可为数字地控制的延迟线，其中控制信号122用于指示要添加的延迟量。举例来说，所述多个控制信号122可形成多位二进制值，其中此值指示延迟。在其它实施例中，可存在将串行数据流传送到时钟延迟产生器120的一个控制信号。
如上所述，到时钟延迟产生器120的时钟信号121可为主时钟。控制信号122由控制器150供应且表示要添加到输入信号的延迟量。最后，来自时钟延迟产生器120的输出123是按照控制器150规定的量延迟的时钟信号121。
除了向时钟延迟产生器120提供控制信号122之外，控制器150还从ADC130接收输出131。此输出131可存储在第二存储器器件153中并用于生成具有亚纳秒分辨率的进入模拟波形的数字化版本，如以下更详细地阐述。
最后，控制器150还可提供用于控制RF产生器44的输出154。可选地，控制器150还可具有用于控制调谐器叶片46的第二输出155。如果期望的话，全局控制器90也可检索进入模拟波形的数字化版本。全局控制器90可分析数字化版本的异常，例如小故障。
控制器150假设来自拾波回路101的进入模拟波形是周期性的。因此，控制器150不是试图在一个周期期间捕获整个波形，而是在多个周期期间捕获波形。图3中示出此过程且图4A-4F中示出结果。
举例来说，假设到时钟延迟产生器120的输入信号是具有比进入模拟波形的频率大N倍的频率的主时钟。因此，可在每一周期获得进入模拟波形的N个样本。还假设时钟延迟产生器120添加的延迟是最小延迟时间(或Td)的倍数。控制器150等待直到来自过零检测器115的过零指示，如框300中所示。此用于指示收集周期的开始。在收集周期期间，控制器150将收集足够数目的数字化样本以重构进入模拟波形。举例来说，如果进入模拟波形具有25MHz的频率，则可使用间隔0.4纳秒的100个样本来再现进入模拟波形。因此，数字化波形具有比ADC 130的最小取样时间小的分辨率。
此外，可进一步缩短取样时间。在一个实施例中，使用两个或更多个ADC来获得数字化样本。可以不同的延迟来操作这两个或更多个ADC，以捕获进入模拟波形的不同值。换句话说，供应到第二ADC的取样时钟的相位不同于供应到ADC 130的取样时钟的相位。在另一实施例中，可使用主时钟的两个转变来将ADC 130的取样速率加倍。此可使用一个ADC或利用第二ADC来实现，第二ADC对与ADC 130相反的转变进行取样。这些方式可用于实现提高数字化表示的分辨率、减少生成数字化表示的时间、或两者。
最初，控制器150可将控制信号122设定为第一延迟时间。此第一次延迟时间可表示最小允许延迟，或1 x Td。在其它实施例中，可使用不同的第一延迟时间。
因此，ADC 130将提供等于第一延迟时间(其可为1 x Td)的时间处的进入模拟波形的数字化表示。此时采集的第一样本如图4A中所示。控制器150可使用此第一延迟时间接收多个样本，如框310中所示。举例来说，控制器150可使用此延迟接收N个样本。在此实施例中，控制器150将接收N个样本，其值为：
Figure BDA0003735659070000091
其中F是进入模拟波形的频率，n是样本的数目，1 x Td是由控制信号122指示的延迟，且
Figure BDA0003735659070000092
是主时钟与过零之间的相位差。
在稍后的时间，也可同步到过零，控制器150然后可改变控制信号122以提供不同的延迟，例如2 x Td，如框320中所示。
因此，ADC 130然后将获得等于
Figure BDA0003735659070000098
的时间处的进入模拟波形的数字值表示。
如果主时钟是进入模拟波形的频率的倍数，则特定样本(sample(n))将相对于样本(n-N)偏移正好所述两个延迟时间的差。换句话说，在此实例中，样本(n)相对于样本(n-N)偏移1 x Td的相位。因此，以第二延迟采集的样本将在时间上接近先前的样本，如图4B中所示。在此实例中，控制器150可使用此延迟接收N个样本，如框330中所示。
因此，控制器150不使用绝对时间，而是使用相对时间来生成波形(即模F*2*π)。图4C-4E示出控制器150如何以分别等于3 x Td、4 x Td及5 x Td的延迟继续重构进入模拟波形。一旦已收集到足够的样本，收集周期即告完成，如框340中所示。
以这种方式，可生成具有亚纳秒分辨率的进入模拟波形的数字版本，如图4F中所示。
此外，虽然图4A-4E示出对于每一延迟时间仅添加一个样本，但应理解，如果主时钟处于比进入模拟波形高的频率下，则可添加多于一个样本。
举例来说，假设进入模拟波形的频率为25MHz且主时钟的频率为100MHz，因此N＝4。假设主时钟之间的相位差给出为
Figure BDA0003735659070000093
同时假设最小时延为0.5ns。因此，在过零之后，控制器150将捕获4个样本：
Figure BDA0003735659070000094
减小到
Figure BDA0003735659070000095
因此，前4个样本可给出如下：
Figure BDA0003735659070000096
Figure BDA0003735659070000097
Figure BDA0003735659070000101
以及
Figure BDA0003735659070000102
然后将延迟改变为2*Td或1.0ns。因此，接下来的四个样本可给出如下：
Figure BDA0003735659070000103
Figure BDA0003735659070000104
Figure BDA0003735659070000105
以及
Figure BDA0003735659070000106
这一直持续到延迟达到π/2，此时波形中的所有点都将被填充。
控制器150可将这些数字值中的每一者存储在第二存储器153中。在某些实施例中，将数字值存储在指示其在波形期间的时间的地址处的位置中。以这种方式，可按时间次序存储数字化样本。
此外，在某些实施例中，时钟延迟产生器120可能能够引入至少与进入模拟波形的周期除以N一样大的延迟。
因此，假设主时钟以比进入模拟波形的频率大4倍的频率工作，控制器150可能能够在小如进入模拟波形的25个周期内产生具有100个样本的数字化波形。如果进入模拟波形的频率为12.5MHz，则这意味着样本隔开约0.8纳秒。如果使用200个样本来生成数字化波形，则这些样本可隔开0.4纳秒。
因此，数字化的样本以亚纳秒的分辨率非常精确地表示进入模拟波形。
可以多种方式使用这种数字化波形。首先，数字化波形提供对进入模拟波形的周期的非常精确的确定。因此，如果进入模拟波形的周期不是预期的周期，则控制器150可操纵输出154以改变RF产生器44的频率。控制器150然后可再次重复上述过程以确定进入模拟波形的新周期。
因此，在一个实施例中，使用数字化波形验证进入模拟波形的频率。图5中示出序列。首先，如框500中所示，例如使用图3中所示的序列来收集数字化波形。接下来，确定数字化波形的周期，如框510中所示。这可通过计算两个过零之间的样本的数目、两个峰值之间的样本的数目，或使用另一个参数来完成。然后，基于主时钟的频率将样本的数目转换成时间或频率。控制器150然后可判断频率是否正确。如果频率正确，则不进行进一步的动作且过程完成，如框530中所示。然而，如果频率不正确，则控制器150可操纵输出154以改变RF产生器44的频率。在稳定时间之后，控制器150然后重复此过程，直到频率正确为止。
另外，控制器150可使用数字化样本来检测小的相移或漂移。图6示出控制器150用于确定进入模拟波形的相移的序列。首先，如框600中所示，控制器150可获得第一数字化波形，如图3中所阐释。然后，控制器150可等待预定时间。控制器150然后获得第二数字化波形，如框610中所示。控制器150然后计算这两个数字化波形之间的相位差，如框620中所示。举例来说，如果进入模拟波形的频率正好等于主时钟的1/N，则两个数字化波形将是相同的(考虑到噪声)。然而，如果进入模拟波形的频率不正好等于主时钟的1/N，则第一数字化样本与第二数字化样本的开始相位将不同。此外，第一数字化波形的峰值及过零将不在与第二数字化波形的峰值及过零相同的位置中。在一个实施例中，控制器150确定所述两个数字化波形之间的偏移随着样本的数目而变化。样本的数目之差乘以主时钟的周期表示所述两个数字化波形之间的相位差。如果相位匹配，如图7B中所示，则不采取进一步的动作且序列完成，如框640中所示。如果相位不匹配，如图7A中所示，则控制器150可改变RF产生器44的频率或振幅，如框630中所示。在稳定时间之后，控制器150然后重复此过程，直到频率正确为止。
另外，控制器150还可调节进入模拟波形相对于主时钟的相位。如上文所述，对束进入到特定加速器电极43中的时间进行计时，以使得在束接近时加速器电极43的电势为负，但当束穿过加速器电极43时切换为正。如此一来，束在进入加速器电极43时被加速，且所述束在离开时受推斥。为将此效果最大化，需要使每一加速器电极43的相位恰当地关联。
因此，控制器150可利用数字化波形来确定感应到的电压的相位。举例来说，可将数字化波形与主时钟信号进行比较以确定相位。
换言之，在过零之后，控制器150通过使到时钟延迟产生器120的延迟时间变化来收集数字化波形。然而，数字化波形的开始反映进入模拟波形的具有最小延迟时间的值。然后可使用此值来确定当时数字化表示的相位。已知进入模拟波形的频率及振幅，可根据相位＝sin-1(值/A)容易地找到数字化表示中任何点的相位，其中值是数字化波形的值且A是最大振幅。此相位可基于进入模拟波形的频率转换成绝对时间延迟。作为另外一种选择，也可使用直到下一个过零的样本的数目来确定主时钟与进入模拟波形之间的相位延迟(或相位超前)。
每一控制器150可由所期望相位的全局控制器90指导。控制器150然后试图实现此阶段。举例来说，控制器150可调整的RF产生器44的频率。在另一实施例中，控制器200可修改调谐器叶片46在空腔41中的位置，以调整感应到的电压的所期望的相位。
尽管以上说明阐述了监测及控制电路100针对从拾波回路101接收的进入模拟波形的操作，但也可具有额外特征。
举例来说，监测及控制电路100还可对输送到励磁线圈45的励磁电流进行监测。首先，如上所述，使用电流-电压转换器47将电流转换成电压。然后将模拟励磁电压作为输入提供到监测及控制电路100。然后可以与上述针对来自拾波回路101的模拟波形的方式相同的方式将模拟励磁电压数字化。这可以各种方式实现。
首先，如图8中所示，可使用模拟多路复用器114在来自拾波回路101的进入模拟波形与来自电流-电压转换器47的模拟励磁电压之间进行选择。因此，控制器150可通过操纵到模拟多路复用器114的选择输入来选择所述两个输入中的一者。控制器150然后可通过操纵模拟多路复用器114来产生这两个模拟波形的数字化表示。
作为另外一种选择，如图9中所示，可包括第二ADC 930、第二时钟延迟产生器920及第二过零检测器915，以允许监测及控制电路100将模拟励磁电压数字化。可以与上述相同的方式来完成此数字化。
可使用数字化的励磁电压来查找RF产生器44的频率并确定模拟励磁电压相对于主时钟的相位。可使用上述针对图5及图6的算法获得频率及相位信息。
另外，控制器150还可将来自拾波回路101的进入模拟波形与模拟励磁电压进行比较。举例来说，可使用上述技术来确定模拟励磁电压与来自拾波回路101的进入模拟波形之间的相位差。在一个实施例中，通过确定每一信号相对于主时钟的相位差来计算这两个波形之间的相位差。在另一实施例中，通过比较所述两个数字化表示来计算这两个波形之间的相位差。此相位差可用于控制RF产生器44的振幅和/或频率。
以上公开阐述了正常操作。然而，还可考虑其他因素。举例来说，数字化波形可指示发生小故障。在小故障的情况下，控制器150可向全局控制器90提供信息。全局控制器90可指示控制器150重新校准谐振空腔41或采取一些其它动作。
另外，温度变化、空腔真空及振动可影响空腔41的固有谐振频率。控制器150可连续监测进入模拟波形的频率及相位。进入模拟波形最大振幅的相位或频率的改变可能指示固有共振频率的漂移。控制器150可发起修正动作。举例来说，在一个实施例中，控制器150可移动空腔41中的调谐器叶片46以重新获取谐振频率。控制器150可向全局控制器90报告谐振频率中的任何改变。全局控制器90然后可指导控制器200采取一些修正动作。
当前系统有许多优点。以亚纳秒分辨率监测进入模拟信号的能力，允许数字控制器做出各种决定并采取各种修正动作。先前，可使用模拟电路系统来确定相位，必须对相位进行校准及重新校准，从而降低其精度。此外，这种方式允许捕获进入模拟波形的一个或多个周期并分析异常，例如小故障。亚纳秒分辨率还允许控制器观察到小于1纳秒的相位漂移。因此，可提高LINAC的精度及效率。
本公开的范围不受本文所述具体实施例限制。实际上，通过阅读以上说明及附图，对所属领域中的普通技术人员来说，除本文所述实施例及修改以外的本公开其他各种实施例及对本公开的各种修改也将显而易见。因此，这些其他实施例及修改都旨在落于本公开的范围内。此外，尽管本文中已在用于具体目的的具体环境中的具体实施方式的上下文中阐述了本公开，但所属领域中的普通技术人员将认识到，其适用性并不仅限于此且本公开可出于任意数目的目的而有益地实施于任意数目的环境中。因此，以上提出的权利要求应根据本文所述本公开的全部广度及精神来加以解释。

Claims (20)

1.一种离子植入系统，包括：
离子源，产生离子；
直线加速器，使所述离子朝工件加速，其中所述直线加速器包括一个或多个空腔；
拾波回路，靠近所述空腔中的一者设置；
模拟-数字转换器，包括：输入，包括从所述拾波回路生成的进入模拟波形；输出；以及取样时钟；
时钟延迟产生器，包括：输入时钟；控制输入，确定延迟量；以及输出，包括所述模拟-数字转换器的所述取样时钟；以及
控制器，包括处理单元及存储器器件，
其中所述控制器：
存储来自所述模拟-数字转换器的所述输出；调整由所述时钟延迟产生器使用的所述延迟量；以及
重复地存储所述输出及调整所述延迟量，直到在所述存储器器件中生成所述进入模拟波形的数字化表示为止。
2.根据权利要求1所述的离子植入系统，其中所述数字化表示的分辨率小于一纳秒。
3.根据权利要求2所述的离子植入系统，其中所述模拟-数字转换器的最大取样速率小于所述数字化表示的所述分辨率。
4.根据权利要求1所述的离子植入系统，还包括第二模拟-数字转换器，所述第二模拟-数字转换器包括：输入，包括从所述拾波回路生成的进入模拟波形；输出；以及第二取样时钟，其中所述第二取样时钟的相位与所述取样时钟不同。
5.根据权利要求1所述的离子植入系统，还包括射频产生器，其中所述控制器基于所述数字化表示修改所述射频产生器的输出。
6.根据权利要求5所述的离子植入系统，其中所述控制器使用所述数字化表示确定所述进入模拟波形的相位漂移并调整所述射频产生器的频率或振幅以修正所述相位漂移。
7.根据权利要求5所述的离子植入系统，其中所述控制器测量主时钟与所述进入模拟波形之间的相位延迟并调整所述射频产生器的频率或振幅以获得期望的相位延迟。
8.根据权利要求1所述的离子植入系统，还包括全局控制器，且其中所述数字化表示被传送到所述全局控制器进行分析。
9.一种离子植入系统，包括：
离子源，产生离子；
直线加速器，使所述离子朝工件加速，其中所述直线加速器包括一个或多个空腔；
射频产生器，供应电信号以对所述一个或多个空腔中的一者中的励磁线圈进行励磁；
模拟-数字转换器，包括：输入，包括能够代表被供应到所述励磁线圈的所述电信号的模拟励磁电压；输出；以及取样时钟；
时钟延迟产生器，包括：输入时钟；控制输入，确定延迟量；以及输出，包括所述模拟-数字转换器的所述取样时钟；以及
控制器，包括处理单元及存储器器件，
其中所述控制器：
存储来自所述模拟-数字转换器的所述输出；
调整由所述时钟延迟产生器使用的所述延迟量；以及重复地存储所述输出及调整所述延迟量，直到在所述存储器器件中生成所述模拟励磁电压的数字化表示为止。
10.根据权利要求9所述的离子植入系统，其中所述控制器使用所述数字化表示确定所述模拟励磁电压的相位漂移并调整所述射频产生器的频率或振幅以修正所述相位漂移。
11.根据权利要求9所述的离子植入系统，其中所述控制器测量主时钟与所述数字化表示之间的相位延迟并调整所述射频产生器的频率或振幅以获得期望的相位延迟。
12.根据权利要求9所述的离子植入系统，其中所述数字化表示的分辨率小于一纳秒。
13.根据权利要求12所述的离子植入系统，其中所述模拟-数字转换器的最大取样速率小于所述数字化表示的所述分辨率。
14.一种离子植入系统，包括：
离子源，产生离子；
直线加速器，使所述离子朝工件加速，其中所述直线加速器包括一个或多个空腔；
射频产生器，供应电信号以对所述一个或多个空腔中的一者中的励磁线圈进行励磁；
拾波回路，靠近所述空腔中的一者设置；
模拟-数字转换器，包括：输入，包括进入模拟波形；输出；以及取样时钟；
时钟延迟产生器，包括：输入时钟；控制输入，确定延迟量；以及输出，包括所述模拟-数字转换器的所述取样时钟；以及
控制器，包括处理单元及存储器器件。
15.根据权利要求14所述的离子植入系统，还包括模拟多路复用器，所述模拟多路复用器具有与所述模拟-数字转换器的所述输入连通的输出，并具有两个输入：第一输入，包括从所述拾波回路生成的进入模拟波形；以及第二输入，包括能够代表被供应到所述励磁线圈的所述电信号的模拟励磁电压。
16.根据权利要求14所述的离子植入系统，还包括：
第二模拟-数字转换器，包括：输入，包括能够代表被供应到所述励磁线圈的所述电信号的模拟励磁电压；输出；以及取样时钟；
第二时钟延迟产生器，包括：输入时钟；控制输入，确定延迟量；以及输出，包括所述第二模拟-数字转换器的所述取样时钟，
其中所述第二模拟-数字转换器的所述输出包括所述控制器的输入，且其中所述模拟-数字转换器的所述输入包括从所述拾波回路生成的进入模拟波形。
17.根据权利要求16所述的离子植入系统，其中所述控制器：
存储来自所述模拟-数字转换器的所述输出及来自所述第二模拟-数字转换器的所述输出；
调整由所述时钟延迟产生器使用的延迟及由所述第二时钟延迟产生器使用的延迟；以及
重复地存储所述输出及调整所述延迟，直到在所述存储器器件中生成所述进入模拟波形及所述模拟励磁电压的数字化表示为止。
18.根据权利要求17所述的离子植入系统，其中所述控制器使用所述数字化表示确定所述进入模拟波形与所述模拟励磁电压之间的相位差，并基于所述相位差调整所述射频产生器的频率或振幅。
19.根据权利要求17所述的离子植入系统，其中所述数字化表示的分辨率小于一纳秒。
20.根据权利要求19所述的离子植入系统，其中所述模拟-数字转换器及所述第二模拟-数字转换器的最大取样速率小于所述数字化表示的所述分辨率。
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