DD257564A3

DD257564A3 - Digitales verfahren und anordnung zur erzeugung treppenfoermiger auslenksignale

Info

Publication number: DD257564A3
Application number: DD28629386A
Authority: DD
Inventors: Frank Neubert; Hartmut Kaiser; Juri M Tairow; Viktor V Lutshinin; Juri A Djomin
Original assignee: Karl Marx Stadt Tech Hochschul
Priority date: 1986-01-20
Filing date: 1986-01-20
Publication date: 1988-06-22

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Rasterelektronenmikroskopie und ist anwendbar bei der rechnergesteuerten Erzeugung digitaler stufenfoermiger Auslenksignale. Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen in der Erhoehung der Flexibilitaet und der Effektivitaet von Elektronenstrahldiagnoseverfahren an Schaltkreisen, indem sowohl Stufenhoehe als auch Stufenlaenge der Treppenstufen unabhaengig voneinander einstellbar sind. Erfindungsgemaess wird diese Aufgabe geloest, indem der aktuelle Zaehlerstand durch Triggertaktimpulse in einem Register zwischengespeichert, und der Ausgangswert dieses Registers einer Digital-Analog-Wandlung unterzogen wird. Das Verfahren wird durch eine Anordnung realisiert, bestehend aus einem binaeren Zaehler, einem Register, einem Digital-Analog-Wandler, digitalen Frequenzteilern und einem Grundtaktgenerator, wobei der Takteingang des binaeren Zaehlers mit dem Ausgang eines digitalen Frequenzteilers verbunden ist, der Eingang des Registers mit dem Ausgang des Zaehlers, der Triggereingang dieses Registers mit einem weiteren digitalen Frequenzteiler und der Ausgang des Registers mit dem Eingang des Digital-Analog-Wandlers verbunden sind, wowie die Eingaenge der beiden digitalen Frequenzteiler jeweils mit verschiedenen Ausgaengen des Grundtaktgenerators gekoppelt sind. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Rasterelektronenmikroskopie und ist anwendbar bei der rechnergesteuerten Generierung digitaler stufenförmiger Auslenksignale für die Erzeugung punktförmiger Eiektronenstrahlraster.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist eine Anordnung zur digitalen Generierung von Treppenspannungen bekannt (SLJ 1.091.323) bei der zur Änderung der Stufenhöhe der Treppenspannung der digitale Wert am Eingang eines Digital-Analog-Wandlers, an dessen Ausgang die zu erzeugende Treppenspannung anliegt, mittels eines Summators um einen, je nach geforderter Stufenhöhe einstellbaren, konstanten Wert erhöht wird. Bei Erreichen der geforderten Ausgangsamplitude wird der digitale Eingangswert durch das Ausgangssignal eines Komparators, der den aktuellen und den geforderten maximalen Ausgangswert des Digital-Analog-Wandlers vergleicht, auf Null gesetzt, wenn der aktuelle Wert größer wird als der geforderte.

Die beschriebene Anordnung hat den Nachteil, daß bei ihrer Nutzung in einem rechnergesteuerten Rastergenerator umfangreiche zusätzliche Baugruppen notwendig sind, um die Parameter digital von einem Rechner aus vorgeben zu können. So ist für die Steuerung der Stufenlänge zusätzlich ein Frequenzteiler mit variablem, digital einstellbarem Teilerverhältnis und fürdie Vorgabe der Stufenhöhe von einem Rechnerauszusätzlich noch ein Register notwendig, in dem der entsprechende Wert abgelegt und gespeichert werden kann.

Weiterhin ist ein Verfahren zur Koordinatensteuerung für ein Rasterelektronenmikroskop bekannt (DD-WP 148.126), bei dem die digitale Bit-Kombination eines laufenden Zählers am Ausgang eines Digital-Analog-Wandlers eine treppenförmige Sägezahnspannung erzeugt.

Es ist der Nac : ·ϊϊΙ dieses Verfahrens, daß es nicht möglich ist, Stufenhöhe und Stufenlänge unabhängig voneinander und unmittelbar von einem Rechner aus einzustellen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Erhöhung der Flexibilität und der Effektivität von Elektronenstrahldiagnoseverfahren an elektronischen Bauelementen und Schaltkreisen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vereinfachung des Verfahrens und der Anordnung zur Bereitstellung treppenförmiger Auslenksignale für die Rasterelektronenmikroskopie zu erreichen, wobei sowohl Stufenhöhe als auch Stufenlänge der Treppenstufen unabhängig voneinander von einem Rechner aus einstellbar sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe erfüllt, indem der aktuelle Zählerstand durch Triggerimpulse in einem Register zwischengespeichert, und der Ausgangswert dieses Registers einer Digital-Analoa-Wandluna untßr7nnen wird

Weiterhin wird dieAufgabederErfindunggelöst,indemderGrundtakt für das Register f_GT eine konstante Phasenverschiebung gegenüber dem Grundtakt für den Zähler f_GZ aufweist, die größer ist, als die Durchlaufzeit der Taktimpulse durch den Zähler, und kleiner ist, als die halbe Periode des Zählergrundtaktes. Das ist notwendig, damit eventuell auftretende Laufzeitunterschiede der Taktimpulse zu den einzelnen Bitstellen des Zählers sich nicht auf die Richtigkeit des, in das Register zu übernehmenden, digitalen Wertes auswirken können.

Das Verfahren wird durch eine Anordnung realisiert, bestehend aus einem binären Zähler, einem Register, einem Digital-Analog-Wandler, digitalen Frequenzteilern und einem Grundtaktgenerator, wobei der Takteingang des binären Zählers mit dem Ausgang eines digitalen Frequenzteilers verbunden ist, der Eingang des Registers mit dem Ausgang des Zählers, der Triggereingang dieses Registers mit einem weiteren digitalen Frequenzteiler und der Ausgang des Registers mit dem Eingang des Digital-Analog-Wandlers verbunden sind, sowie die Eingänge der beiden digitalen Frequenzteiler jeweils mit verschiedenen Ausgängen des Grundtaktgenerators gekoppelt sind.

Ein binärer Zähler wird durch eine, einen Zählertakt vorgebende, Impulsfolge getaktet, derart, daß sein aktueller Zählerstand der Anzahl der seit dem letzten Nulldurchgang des Zählers eingegangenen Impulse des Zählertaktes entspricht. Der Zählerstand liegt binär kodiert am Ausgang des Zählers an und wird, mittels einer zweiten Impulsfolge, die einen Triggertakt darstellt, in ein Register eingeschrieben, wo dieser Zählerstand bis zum nächsten eingehenden Triggerimpuls zwischengespeichert wird.

Das Ausgangssignal des Registers liegt am digitalen Eingang eines Digital-Analog-Wandlers an, wobei an dessen Ausgang ein dem aktuellen Registerinhalt entsprechendes Analogsignal entsteht.

Da im Zähler die Impulse des Zählertaktes stetig aufgezählt werden und der Zählerstand zyklisch mit den Impulsen des Triggertaktes in das Register eingeschrieben wird, liegt folglich am Ausgang des Digital-Analog-Wandlers eine Treppenspannung an. Die minimale Treppenstufenhöhe und damit der minimale Ausgangsspannungshub U_min werden dabei bestimmt durch die maximale Ausgangsspannung und die Anzahlung der signifikanten Bitstellen des Digital-Analog-Wandlers. . Die Triggertaktfolge mit der Frequenz f_T bestimmt die Zeitpunkte der Änderung der Registerinformation und demnach die Zeitpunkte der sprunghaften Änderung des analogen Ausgangssignals des Digital-Analog-Wandlers, folglich also die Stufenlänge t_Stufe- Der genaue Zusammenhang ist in Gleichung (1) gezeigt.

f (D

tStufe

Um bei vorgegebener Stufenlänge eine definierte Anzahl von Stufen je Periode des analogen Ausgangssignals (eine definierte Stufenhöhe) zu realisieren, ist es notwendig, die Zählertaktfrequenz und somit die Zählgeschwindigkeit derart einzustellen, daß während einer Periode der Triggertakte genau soviele Impulse der Zählertaktfolge gezählt werden, daß die resultierende Zählerstandsdifferenz zwischen zwei Triggertaktimpulsen genau dem geforderten Analogsignalsprung am Ausgang des Digital-Analog-Wandlers entspricht. In Gleichung (2) ist der korrespondierende Zusammenhang veranschaulicht.

(2)

Die maximal mögliche Stufenanzahl N_max wird begrenzt durch die Anzahl der signifikanten Zähierbits. Ferner bedeuten in Gleichung (2): N_Stufe — die Anzahl der zu generierenden Stufen und N — die Anzahl der Zählertaktimpulse zwischen zwei Triggertaktimpulsen.

Gleichzeitig ist die Anzahl der Zählertaktimpulse zwischen zwei Triggertaktimpulsen offensichtlich abhängig vom Verhältnis der Frequenzen des Zähler- und des Triggertaktes. Somit ist es möglich, für jede Triggertaktfrequehz und jede Stufenanzahl (mit Nstufe kleiner oder gleich N_max) eine entsprechende Zählertaktfrequenz f_z zu ermitteln (Gleichung [3]).

(3)

stufe

Die entsprechenden Vorteilerkoeffizienten für die digitalen Frequenzteiler für die Zähler- und die Triggerimpulse K_z bzw. K_T ergeben sich aus der Grundtaktfrequenz for und den errechneten Taktfrequenzen f_z und f_T.

Da sowohl Zählertakt als auch Triggertakt durch digitale Frequenzteilung aus Grundtakten gleicher Frequenz gewonnen werden, ist es möglich, durch Veränderung der Teilerkoeffizienten eine definierte Stufenlänge und Stufenhöhe einzustellen. Das gewährleistet eine einheitliche Art der Vorgabe dieser Parameter im rasterelektronenmikroskop und somit eine Vereinfachung des Verfahrensund der Anordnung bei der rechnergestützten Einstellung derTreppensignalparameter.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel erläutert

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschema zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und zur Realisierung der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 2 die Taktfrequenzen f_T und f_z und die entsprechende Ausgangsspannung des Digital-Analog-Wandlers, Fig.3 die Taktfrequenzen f_T und f_z und die entsprechende Ausgangsspannung des Digital-Analog-Wandlers bei Verdoppelung der Stufenlänge der Ausgangsspannung im Vergleich zu den in Fig. 2 gezeigten Signalen.

und Fig.4 die Taktfrequenzen f_T und f_z und die entsprechende Ausgangsspannung des Digital-Analog-Wandlers bei Verdoppelung der Stufenhöhe der Ausaangsspannung im Vergleich zu den in Fig. 2 gezeigten Signalen.

Das Verfahren und die Anordnung dienen zur Erzeugung punktförmiger Elektronenstrahlraster auf Festkörperoberflächen in Rasterelektronenmikroskopen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich wird ein binärer Zähler 4 mit drei signifikanten Bitstellen von einer Zählimpulsfolge f_z getaktet. Diese wird aus der Zählergrundtaktfrequenz faz durch einen digitalen Frequenzteiler 2, dessen Teilerkoeffizient K_z digital, z. B. von einem Rechnerausvorgegeben werden kann, gewonnen. DieZählergrundtaktfrequenzbeträgtf_GZ = 1 kHz. Am zweiten Ausgang des Grundtaktgenerators 1 liegt die Triggergrundtaktfrequenz f_GT an (diese Frequenz beträgt ebenfalls f_QT = 1 kHz), die eine konstante Phasenverschiebung von umgerechnet t = 250/xs (Fig. 2) gegenüber der Zählergrundtaktfrequenz aufweist. Diese Triggergrundtaktfrequenz wird mittels eines digitalen Frequenzteilers 3, dessen Teilerkoeffizient K₁- ebenfalls digital, z. B. von einem Rechner aus, vorgegeben werden kann, in die Triggertaktfolge fr umgesetzt.

Da sowohl Zähler 4, Register 5 als auch der Digital-Analog-Wandler 6 jeweils 3 signifikante Bitstellen aufweisen, können amAusgang U_a Treppensignale mit maximal N_max = 8 Stufen generiert werden.

Ein mögliches Ausgangssignal U_a ist in Fig. 2 gezeigt. Hierbei ist die Stufenanzahl Ns_tUf_e = 8 und die Stufenlänge t_StUfe = 2 ms. Die Taktfolgen für Zähler 4 und Register 5 haben die Frequenz f_z = f_T = 500Hz. Die entsprechenden Teilerkoeffizienten der digitalen Frequenzteiler 2,3 müssen folglich mit K₂ = K_T = 2 eingestellt werden.

Ein Ausgangssignal U_a mit gegenüber Fig.2 verdoppelter Stufenlänge, aber gleicher Stufenanzahl ist in Fig.3 dargestellt. Die Frequenzen der Taktfolgen fz und fr sind hier gleich 250Hz, die Teilerkoeffizienten folglich K_z = K_T = 4, die Stufenlänge

In Fig.4 ist gezeigt, wie ein Ausgangssignal mit gegenüber Fig. 2 halber Stufenanzahl Nsmfe = 4, jedoch gleicher Stufenlänge gewonnen wird.

In diesem Fall muß die Frequenz f_z doppelt so groß sein, wie die Triggertaktfrequenz fj (f_z = 1 kHz, ίγ = 500 Hz), die Teilerkoeffizienten entsprechend Ky = 2 und K_z = 1.

Während im ersten und zweiten Fall (Fig. 2 und Fig. 3) zwischen zwei Triggertaktimpulsen jeweils ein Impuls an den Zähler gelangt, die Stufenhöhe somit gleich dem minimalen Ausgangsspannungshub U_min (Fig.2) ist, sind es im Fall 3 (Fig.4) jeweils 2 Impulse, die in einer Triggertaktperiode gezählt werden, die Stufenhöhe beträgt folglich das doppelte (2 χ U_min). Da die maximale Ausgangssignalamplitude von oben begrenzt ist, vermindert sich also die generierte Stufenanzahl gegenüber Fall 1 und Fall 2 (Fig. 2,3) auf die Hälfte.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung treppenförmiger Auslenksignale durch Aufzählen von Taktimpulsen in einem digitalen Zähler und Digital-Analog-Wandlung des Zählerstandes in ein entsprechendes Ausgangstreppensignal, gekennzeichnet dadurch, daß der aktuelle Zählerstand durch Triggertaktimpulse in einem Register (5) zwischengespeichert und der Ausgangswert dieses Registers (5) einer Digital-Analog-Wandlung unterzogen wird, der Grundtakt für das Register (5) um einen konstanten Phasenwert gegenüber dem Grundtakt für den Zähler (4) verschoben wird, wobei dieser größer ist, als die Durchlaufzeit der Taktimpulse durch den Zähler (4), und kleiner ist, als die halbe Periode des Zählergrundtaktes.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Zähler- und Triggertaktimpulse durch digitale Teilung aus den jeweiligen Grundtakten gewonnen werden.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, bestehend aus einem binären Zähler, einem Register, einem Digital-Analog-Wandler, digitalen Frequenzteilern und einem Grundtaktgenerator, gekennzeichnet dadurch,- daß der Takteingang des binären Zählers (4) mit dem Ausgang eines digitalen Frequenzteilers (2) verbunden ist, daß der Eingang des Registers (5) mit dem Ausgang des Zählers (4), der Triggereingang dieses Registers (5) mit einem weiteren digitalen Frequenzteiler (3) und der Ausgang des Registers (5) mit dem Eingang des Digital-Analog-Wandlers (6) verbunden sind und daß die Eingänge der beiden digitalen Frequenzteiler (2,3) jeweils mit verschiedenen Ausgängen des Grundtaktgenerators (1) gekoppelt sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Grundtaktgenerator (1) zwei verschiedene Ausgänge für Taktimpulse mit konstanter Phasendifferenz besitzt.