CN115825529A - 射频探头、射频匹配器、射频电源及射频测量仪 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种射频探头、射频匹配器、射频电源及射频测量仪。射频探头，包括壳体、射频管、检测模块和信号处理模块。壳体有检测孔。射频管插设于检测孔。检测模块包括电流采集单元和电压采集单元。信号处理模块包括第一差分放大器、第二差分放大器和幅相检测芯片，第一差分放大器与电流采集单元连接，第一差分放大器与幅相检测芯片连接，第二差分放大器与电压采集单元连接，第二差分放大器与幅相检测芯片连接。根据本公开的方案，通过在射频探头中设置差分放大器，可以放大差模信号，抑制共模信号的干扰，提高射频探头的测量精度。

Description

射频探头、射频匹配器、射频电源及射频测量仪

技术领域

本公开涉及半导体技术领域，尤其涉及一种射频探头、射频匹配器、射频电源及射频测量仪。

背景技术

在射频电流的传输过程中，射频探头主要用于检测射频电流。射频探头的结构设计是否合理，会直接影响射频电流的测量精度。

发明内容

本公开提供了一种射频探头、射频匹配器、射频电源及射频测量仪。

根据本公开的一方面，提供了一种射频探头，包括：

壳体，开设有贯通的检测孔；

射频管，插设于检测孔；

检测模块，设置在壳体中且与射频管位置对应，检测模块包括电流采集单元和电压采集单元，电流采集单元用于检测射频管内的射频电流，电压采集单元用于检测射频管内的射频电压；

信号处理模块，包括第一差分放大器、第二差分放大器和幅相检测芯片，第一差分放大器的第一输入端与电流采集单元的第一端连接，第一差分放大器的第二输入端与电流采集单元的第二端连接，第一差分放大器的第一输出端与幅相检测芯片的第一输入端连接，第二差分放大器的输入端与电压采集单元连接，第二差分放大器的第一输出端与幅相检测芯片的第二输入端连接，幅相检测芯片的输出端用于传输射频管的阻抗信号。

根据本公开的另一方面，提供了一种射频匹配器，包括：

匹配器本体，具有输入端和输出端；

本公开任一实施例的射频管，与输入端和/或输出端连接。

根据本公开的另一方面，提供了一种射频电源，包括：

电源本体，具有输出端；

本公开任一实施例的射频管，与输出端连接。

根据本公开的另一方面，提供了一种射频测量仪，包括：

测量仪本体，具有测量端；

本公开任一实施例的射频管，与测量端连接，测量端用于传输射频探头检测的阻抗信号、射频电流信号及射频电压信号。

根据本公开的方案，通过在射频探头中设置差分放大器，可以放大差模信号，抑制共模信号的干扰，提高射频探头的测量精度。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1是本公开实施例的射频探头的结构示意图；

图2是本公开实施例的射频探头的结构示意图；

图3是本公开实施例的射频探头的立体示意图；

图4是本公开实施例的射频探头的立体示意图；

图5是本公开实施例的射频探头的局部放大示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

如图1、图2所示，本公开实施例提供了一种射频探头，包括壳体1、射频管2、检测模块3和信号处理模块4。

壳体1开设有贯通的检测孔11。

射频管2插设于检测孔11。

检测模块3设置在壳体1中且与射频管2位置对应。检测模块3包括电流采集单元31和电压采集单元32。电流采集单元31用于检测射频管2内的射频电流。电压采集单元32用于检测射频管2内的射频电压。

信号处理模块4包括第一差分放大器41、第二差分放大器42和幅相检测芯片43。第一差分放大器41的第一输入端与电流采集单元31的第一端连接，第一差分放大器41的第二输入端与电流采集单元31的第二端连接，第一差分放大器41的第一输出端与幅相检测芯片43的第一输入端连接。第二差分放大器42的输入端与电压采集单元32连接，第二差分放大器42的第一输出端与幅相检测芯片43的第二输入端连接，幅相检测芯片43的输出端用于传输射频管2的阻抗信号。

根据本公开的实施例，需要说明的是：

第一差分放大器41，用于对电流采集单元31传输的电流信号做固定增益放大处理。

第二差分放大器42，用于对电压采集单元32传输的电压信号做固定增益放大处理。

幅相检测芯片43，用于对第一差分放大器41输出的射频电流信号以及第二差分放大器42输出的射频电压信号，计算出射频管2的检测点的阻抗相位及阻抗幅度。(其中，检测点可以理解为电流采集单元31以及电压采集单元32相对射频管2检测的位置，电流采集单元31与电压采集单元32可以共同检测同一检测点，也可以检测不同的检测点)

电流采集单元31，用于检测和传输射频管2的射频电流信号(如图5所示)。电流采集单元31的材质可以根据需要选择和调整，在此不做具体限定，只要满足对射频管2的射频电流信号的检测和传输即可。例如电流采集单元31可以采用铜材质。

电压采集单元32，用于检测和传输射频管2的射频电压信号(如图5所示)。电压采集单元32的材质可以根据需要选择和调整，在此不做具体限定，只要满足对射频管2的射频电压信号的检测和传输即可。例如电压采集单元32可以采用铜材质。

壳体1的形状和材质可以根据需要选择和调整，在此不做具体限定，例如壳体1的材质可以采用铝。

检测孔11的形状和口径可以根据需要选择和调整，在此不做具体限定，例如检测孔11形状可以为圆形。

射频管2的形状和材质可以根据需要选择和调整，在此不做具体限定，例如射频管2的材质可以采用铜。

射频管2插设于检测孔11，可以理解为，射频管2的一端与壳体1连接，另一端插设于检测孔11。射频管2的直径小于检测孔11的直径，在射频管2的外壁与检测孔11的内壁之间形成有环形间隙，避免因射频管2与检测孔11接触，造成射频管2的射频电压影响射频探头的测量精度。

检测模块3在壳体1上设置位置，可以根据需要选择和调整，在此不做具体限定，只要满足对射频管2的射频电流、射频电压检测即可，例如，检测模块3的电流采集单元31和电压采集单元32延伸至检测孔11的内壁上或者检测模块3的电流采集单元31和电压采集单元32延伸至检测孔11内。

根据本公开的实施例，通过在射频探头中设置差分放大器用于处理检测的射频电流信号和射频电压信号，可以放大差模信号，抑制共模信号的干扰，提高射频探头对射频电压、射频电流及阻抗信号的测量精度。

在一个示例中，检测孔11与射频管2同轴设置，防止射频电压畸变，提高射频探头检测的稳定性。

在一个示例中，检测模块3可以为PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)形式。

在一个示例中，电流采集单元31与第一差分放大器41之间的连接线路以及电压采集单元32与第二差分放大器42之间的连接线路，可以采用28AWG(American wire gauge，美国线规)左右的Teflon(特氟隆)线缆连接。

在一个示例中，壳体1上设置有连接孔，电流采集单元31与第一差分放大器41之间的连接线路以及电压采集单元32与第二差分放大器42之间的连接线路分别设置于不同的连接孔中。

在一个示例中，信号处理模块4可以为PCB形式。

在一个示例中，射频探头应用于射频频率为400kHz(千赫兹)、2MHz(兆赫兹)、13.56MHz、27MHz、40.68MHz、60MHz的环境下，射频探头测量的阻抗相位和幅度精度±0.5％，射频探头检测的射频电流和射频电压精度±1％。

在一种实施例中，壳体1还包括空间相互阻隔的第一腔室和第二腔室。第一腔室内设置检测模块3，第二腔室内设置信号处理模块4。

根据本公开的实施例，需要说明的是：

空间相互阻隔，可以理解为，第一腔室内的信号与第二腔室内的信号相互隔离，避免各个腔室内的信号的相互干扰，使射频探头能够精准的识别小信号。

第一腔室的空间体积可以根据需要选择和调整，在此不做具体限定，只要满足设置检测模块3即可。

第二腔室的空间体积可以根据需要选择和调整，在此不做具体限定，只要满足设置信号处理模块4即可。

根据本公开的实施例，通过设置空间相互阻隔的第一腔室和第二腔室，可以使检测模块3的信号与信号处理模块4的信号相互隔离，减少检测模块3的信号与信号处理模块4的信号的相互干扰，提高信噪比。

在一种实施例中，如图1、图2所示，信号处理模块4还包括放大器44。放大器44的第一输入端与第一差分放大器41的第二输出端连接，放大器44的第二输入端与第二差分放大器42的第二输出端连接，放大器44的输出端用于传输射频管2的射频电流信号和/或射频电压信号。

根据本公开的实施例，通过设置放大器44，可以将第一差分放大器41输出的射频电流信号及第二差分放大器42输出的射频电压信号的功率增强，并输出增强后的射频电流信号和增强后的射频电压信号。

在一个示例中，射频探头还包括控制器，与幅相检测芯片43及放大器分别电连接，控制器用于控制幅相检测芯片43及放大器的工作状态。在需要输出阻抗信号时，控制器控制幅相检测芯片43进入工作状态。在需要输出射频电流信号和/或射频电压信号时，控制器控制放大器进入工作状态。

在一种实施例中，壳体1还包括第三腔室。第三腔室分别与第一腔室及第二腔室的空间阻隔。第三腔室内设置供电模块5，供电模块5与检测模块3及信号处理模块4连接。

根据本公开的实施例，需要说明的是：

第三腔室分别与第一腔室及第二腔室的空间阻隔，可以理解为，第三腔室的信号与第一腔室及第二腔室的信号相互隔离，进一步避免了各个腔室内的信号的相互干扰，使射频探头能够精准的识别小信号。

根据本公开的实施例，通过设置第三腔室用于容置供电模块5，可以使供电模块5的信号与检测模块3的信号及信号处理模块4的信号相互隔离，减少供电模块5与检测模块3和信号处理模块4之间信号的相互干扰，进一步提高信噪比。

在一个示例中，供电模块5采用PCB形式。

在一个示例中，供电模块5与信号处理模块4为同一个PCB，且供电模块5与信号处理模块4分别设置于空间相互阻隔的第三腔室和第二腔室中。

在一个示例中，供电模块5可以为AC/DC(交流/直流)模块。

在一种实施例中，射频管2设置有中空容置区域，中空容置区域用于容置待测设备的射频管线。或

射频管2内部设置有射频管线，射频管线用于与待测设备连接。

根据本公开的实施例，需要说明的是：

射频管2设置有中空容置区域，中空容置区域用于容置待测设备的射频管线，可以理解为，射频探头的射频管2套设在待测设备的射频管线上，用于检测待测设备的射频管线的射频电流、射频电压和阻抗信号。

射频管2内部设置有射频管线，射频管线用于与待测设备连接，可以理解为，射频探头的射频管2内部的射频管线与待测设备的射频管线连接或直接与待测设备连接，射频探头检测射频管2内自身的射频管线的射频电流、射频电压和阻抗信号。

根据本公开的实施例，通过设置不同形式的射频管2，可以适用于不同待测设备的检测，提高射频探头的适配性。

在一种实施例中，壳体1还包括绝缘件12。绝缘件12设置于检测孔11的内壁与射频管2的外壁之间。

根据本公开的实施例，需要说明的是：

绝缘件12的形状和材质可以根据需要选择和调整，在此不做具体限定，例如，绝缘件12可以采用四氟(PTFE，polytetrafluoroethylene)材质。

根据本公开的实施例，通过绝缘件12可以固定射频管2，防止射频管2在检测过程中晃动，同时，可以避免射频管2与壳体1接触，造成壳体1内电子元件短路。

在一个示例中，绝缘件12环设于检测孔11的内壁与射频管2的外壁之间。

在一个示例中，绝缘件12与检测孔11的内壁之间设置有环空间隙，环空间隙的半径一般为0.1～0.2mm，便于绝缘件12的安装。

在一种实施例中，如图1至图4所示，射频探头还包括第一接头6、第二接头7和第三接头8。

第一接头6设置于壳体1的外部且与幅相检测芯片43的输出端连接，用于传输幅相检测芯片43输出的阻抗信号。

第二接头7设置于壳体1的外部且与放大器的第一输出端连接，用于传输放大器输出的射频电流信号。

第三接头8设置于壳体1的外部且与放大器的第二输出端连接，用于传输放大器输出的射频电压信号。

根据本公开的实施例，通过设置不同的接头，可以将射频探头检测的信号通过不同的接头输出，进一步提高了射频探头的适配性。

在一个示例中，第一接头6可以采用Micro DB(微型数据接口)接头，第二接头7以及第三接头8可以采用SMA(SubMiniature version A，超小型A版)接头。

在一种实施例中，如图1至图4所示，射频探头还包括第四接头9。

第四接头9设置于壳体1的外部且与供电模块5连接，用于向供电模块5供电。

根据本公开的实施例，通过第四接头9，可以与不同规格的电源连接，进一步提高了射频探头的适配性。

在一个示例中，第四接头9可以采用Micro DB接头。

本公开实施例提供了一种射频匹配器，包括：

匹配器本体，具有输入端和输出端。

上述任一实施例中的射频管2，与输入端和/或输出端连接。

根据本公开的实施例，需要说明的是：

射频管2与输入端和/或输出端连接，可以理解为，输入端和/或输出端设置有与射频探头的射频管2相适配的射频管2，射频匹配器的射频管2可以与射频探头的射频管2连接，或者输入端和/或输出端的端口与射频管2适配，输入端和/或输出端的端口直接与射频管2连接。射频探头检测的阻抗信号、射频电流信号及射频电压信号同等于经过射频匹配器的阻抗信号、射频电流信号及射频电压信号。

根据本公开的实施例，可以根据射频探头检测的阻抗信号、射频电流信号及射频电压信号，调整射频匹配器最大功率传输。同时，射频探头与射频匹配器的输出端连接时，通过射频探头检测的阻抗信号、射频电流信号及射频电压信号，可以作为腔室等离子体状态的诊断参数。

本公开实施例提供了一种射频电源，包括：

电源本体，具有输出端。

上述任一实施例中的射频管2，与输出端连接。

根据本公开的实施例，需要说明的是：

射频管2与输出端连接，可以理解为，输出端设置有与射频探头的射频管2相适配的射频管2，射频电源的射频管2可以与射频探头的射频管2连接，或者输出端的端口与射频探头的射频管2适配，输出端的端口直接与射频管2连接。射频探头检测的阻抗信号、射频电流信号及射频电压信号同等于射频电源输出的阻抗信号、射频电流信号及射频电压信号。

根据本公开的实施例，可以通过射频探头检测射频电源输出的阻抗信号、射频电流信号及射频电压信号。

本公开实施例提供了一种射频测量仪，包括：

测量仪本体，具有测量端。

上述任一实施例中的射频管2，与测量端连接，测量端用于传输射频探头检测的阻抗信号、射频电流信号及射频电压信号。

根据本公开的实施例，需要说明的是：

射频管2与测量端连接，可以理解为，测量端具有与射频探头的第一接头6、第二接头7及第三接头8相适配的接头，用于传输射频探头检测的阻抗信号、射频电流信号及射频电压信号。

根据本公开的实施例，通过射频探头与射频测量仪的连接，可以将射频探头检测的阻抗信号、射频电流信号及射频电压信号输送至射频测量仪上，提高了射频测量仪的测量精度。

在本说明书的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

上文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开的公开，上文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。

上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。

Claims (11)

1.一种射频探头，其特征在于，包括：

壳体，开设有贯通的检测孔；

射频管，插设于所述检测孔；

检测模块，设置在所述壳体中且与所述射频管位置对应，所述检测模块包括电流采集单元和电压采集单元，所述电流采集单元用于检测所述射频管内的射频电流，所述电压采集单元用于检测所述射频管内的射频电压；

信号处理模块，包括第一差分放大器、第二差分放大器和幅相检测芯片，所述第一差分放大器的第一输入端与所述电流采集单元的第一端连接，所述第一差分放大器的第二输入端与所述电流采集单元的第二端连接，所述第一差分放大器的第一输出端与所述幅相检测芯片的第一输入端连接，所述第二差分放大器的输入端与所述电压采集单元连接，所述第二差分放大器的第一输出端与所述幅相检测芯片的第二输入端连接，所述幅相检测芯片的输出端用于传输所述射频管的阻抗信号。

2.根据权利要求1所述的射频探头，其特征在于，所述壳体还包括空间相互阻隔的第一腔室和第二腔室，所述第一腔室内设置所述检测模块，所述第二腔室内设置所述信号处理模块。

3.根据权利要求1所述的射频探头，其特征在于，所述信号处理模块还包括放大器，所述放大器的第一输入端与所述第一差分放大器的第二输出端连接，所述放大器的第二输入端与所述第二差分放大器的第二输出端连接，所述放大器的输出端用于传输所述射频管的射频电流信号和/或射频电压信号。

4.根据权利要求2所述的射频探头，其特征在于，所述壳体还包括第三腔室，所述第三腔室分别与所述第一腔室及所述第二腔室的空间阻隔，所述第三腔室内设置供电模块，所述供电模块与所述检测模块及所述信号处理模块连接。

5.根据权利要求1所述的射频探头，其特征在于，所述射频管设置有中空容置区域，所述中空容置区域用于容置待测设备的射频管线；或

所述射频管内部设置有射频管线，所述射频管线用于与待测设备连接。

6.根据权利要求1至5任一项所述的射频探头，其特征在于，所述壳体还包括绝缘件，所述绝缘件设置于所述检测孔的内壁与所述射频管的外壁之间。

7.根据权利要求3所述的射频探头，其特征在于，还包括：

第一接头，设置于所述壳体的外部且与所述幅相检测芯片的输出端连接，用于传输所述幅相检测芯片输出的阻抗信号；

第二接头，设置于所述壳体的外部且与所述放大器的第一输出端连接，用于传输所述放大器输出的射频电流信号；

第三接头，设置于所述壳体的外部且与所述放大器的第二输出端连接，用于传输所述放大器输出的射频电压信号。

8.根据权利要求4所述的射频探头，其特征在于，还包括：

第四接头，设置于所述壳体的外部且与所述供电模块连接，用于向所述供电模块供电。

9.一种射频匹配器，其特征在于，包括：

匹配器本体，具有输入端和输出端；

权利要求1至8任一项所述的射频管，与所述输入端和/或所述输出端连接。

10.一种射频电源，其特征在于，包括：

电源本体，具有输出端；

权利要求1至8任一项所述的射频管，与所述输出端连接。

11.一种射频测量仪，其特征在于，包括：

测量仪本体，具有测量端；

权利要求1至8任一项所述的射频管，与所述测量端连接，所述测量端用于传输所述射频探头检测的阻抗信号、射频电流信号及射频电压信号。

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