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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Hochfrequenzleistung, die einer Last zuführbar ist, indem ein Analogsignal durch einen Digital-Analog-Wandler (DAC) erzeugt und in einem Verstärkerpfad verstärkt wird.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Leistungsversorgungssystem mit einem Leistungswandler, der zur Versorgung einer Last mit Leistung mit der Last verbindbar ist, wobei der Leistungswandler einen ersten Verstärkerpfad aufweist.
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Leistungsversorgungssysteme, insbesondere Systeme, die Leistung bei Frequenzen > 1 MHz erzeugen, werden beispielsweise zur Laseranregung, in Plasmabeschichtungsanlagen oder auch für Induktionsanwendungen verwendet. In derartigen Leistungsversorgungssystemen werden häufig mehrere Verstärker verwendet, um daraus eine Gesamtleistung des Leistungsversorgungssystems zu erzeugen. Die von den einzelnen Verstärkern erzeugten Leistungssignale sind häufig nicht phasensynchron. Auch können die Leistungssignale unterschiedliche Amplituden aufweisen. Die Ausgangsleistungen der einzelnen Verstärker, d. h. die Leistungssignale, müssen häufig zu einer Gesamtleistung kombiniert werden, z. B. mittels Kombinierern (Combiner), oder direkt an einer Last, z. B. einer Plasmaelektrode oder einer Gaslaserelektrode. Zum Kombinieren der Ausgangsleistungen sind häufig feste Phasenbeziehungen der Ausgangsleistungen erforderlich. Außerdem sollte die Ausgangsleistung der Verstärker bezüglich ihrer Amplitude zueinander abgestimmt werden.
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Problematisch ist weiterhin, dass es bei derartigen Systemen schwierig ist, die Leistung und insbesondere den Ionisierungsgrad in der Last einzustellen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und ein Leistungsversorgungssystem bereit zu stellen, mit denen die Leistung in der Last, insbesondere ein Ionisierungsgrad des Plasmas, eingestellt werden kann.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Erzeugung einer Hochfrequenzleistung, die einer Last zuführbar ist, indem ein Analogsignal durch einen DAC erzeugt und in einem Verstärkerpfad verstärkt wird, wobei die Amplitude des Analogsignals moduliert wird. Als Last kommt insbesondere ein Plasmaprozess oder ein Gaslaserprozess in Frage. Durch die Amplitudenmodulation des Analogsignals kann die Leistung, die in die Last geliefert wird, geregelt werden und so beispielsweise der Ionisierungsgrad eines Plasmas in einer Plasma last besonders einfach eingestellt und gesteuert werden. Plasmalast kann ein Bearbeitungsplasma zum Ätzen oder Beschichten oder auch ein einen Gaslaser anregendes Plasma sein.
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Die Amplitude des Analogsignals kann moduliert werden, indem einem Digitalsignaleingang des DAC eine Folge von Digitalwerten zugeführt wird, aus denen der DAC das Analogsignal erzeugt. Auf diese Art und Weise kann ein Analogsignal besonders schnell und exakt erzeugt werden.
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Die Folge von Digitalwerten kann erzeugt werden, indem ein in einem Signaldatenspeicher abgelegter Signaldatenwert mit einem in einem Amplitudendatenspeicher abgelegten Amplitudendatenwert multipliziert wird. Insbesondere kann die Folge von Digitalwerten erzeugt werden, indem mit Hilfe eines Zählers eine Folge von in einem Signaldatenspeicher abgelegten Signaldatenwerten ausgelesen wird, diese Folge von Signaldatenwerten einem Multiplizierer zugeführt wird, und von diesem Multiplizierer mit einem aus einem Amplitudendatenspeicher ausgelesenen Amplitudendatenwert multipliziert wird. Dabei kann ein Analogsignal eine Analogspannung sein. Somit kann auf einfache Art und Weise ein Digitalsignal erzeugt werden, welches Informationen bezüglich der Signalform und der Amplitude des im DAC zu erzeugenden Analogsignals aufweist. Dies hat insbesondere dann Vorteile, wenn parallel mehrere Analogsignale erzeugt werden, die anschließend durch einen Kombinierer kombiniert werden, so dass die zu kombinierenden Signale besonders einfach und schnell aneinander angepasst werden können. Verstärkerpfade, die mit einem so generierten Analogsignal angesteuert sind, sind besonders gut für einen Parallelbetrieb mehrerer Verstärkerpfade geeignet. Die so erzeugten Leistungen können einfach am Ausgang der Verstärkerpfade kombiniert werden. Somit ergibt sich eine sehr schnell und genau abstimmbare Gesamtleistung eines Leistungswandlers.
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Die Amplitude des Analogsignals kann moduliert werden, indem der im Amplituden-Datenspeicher abgelegte Amplituden-Datenwert verändert wird. So kann die Amplitudenmodulation besonders schnell erfolgen. Außerdem können mehrere Verstärkerpfade so sehr schnell in ihrer Ausgangsleistung verändert werden und gleichzeitig bleibt die Synchronisierung der Verstärkerpfade untereinander unberührt.
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Die Amplitude des Analogsignals kann moduliert werden, indem der im Signal-Datenspeicher abgelegte Signal-Datenwert verändert wird. Auch so kann die Amplitudenmodulation besonders schnell erfolgen. Außerdem können mehrere Verstärkerpfade so sehr schnell in ihrer Ausgangsleistung verändert werden und eine nichtlineare Verstärkung und Phasenschiebung bei unterschiedlichen Amplituden des Analogsignals der Verstärker kann mit berücksichtigt werden.
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Einem Referenzsignaleingang des DAC kann zur Beeinflussung des Analogsignals ein Referenzsignal zugeführt werden. Insbesondere kann dadurch die Amplitude des Analogsignals moduliert werden. Somit kann das Analogsignal nicht nur durch die Folge von Digitalwerten beeinflusst werden, sondern auch durch ein Referenzsignal, welches dem Referenzsignaleingang zugeführt wird. Es stehen somit mehrere Möglichkeiten offen, das Analogsignal zu beeinflussen und exakt einzustellen, insbesondere dessen Amplitude zu modulieren.
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Durch die Folge von Digitalwerten kann eine digitale Rampenfunktion realisiert werden. Unter einer digitalen Rampenfunktion versteht man eine durch digitale Werte angegebene Steigung und einen Sollwert. Zum Beispiel kann vorgegeben werden, dass die Leistung mit einer Steigung von 100 W/ms auf 1 kW gesteigert wird.
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Weiterhin kann zwischen zwei Amplituden gepulst werden. Dies ist besonders einfach möglich, da dem DAC lediglich Informationen bezüglich Amplitude Phase und Frequenz zugeführt werden müssen. Die Realisierung des Pulsens mit zwei Amplituden ist daher besonders einfach und besonders schnell. Damit kann zum Beispiel in einem Simmerbetrieb die Entladung mit sehr geringer Leistung aufrecht erhalten werden, ohne dass der Material bearbeitende Plasmaprozess fortgeführt wird. Damit ist eine hoehr Ionisierungsgrad sehr viel schneller durch Leistungssteigerung möglich als wenn man neu zünden müsste.
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Das Analogsignal kann gefiltert werden. Dadurch kann ein besonders oberwellenarmes Signal am Eingang des Verstärkerpfades eingegeben werden. Dies steigert die Effizienz des Gesamtsystems.
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Es kann durch mehrere DAC jeweils ein Analogsignal erzeugt werden und in einem jeweils zugeordneten Verstärkerpfad verstärkt werden. Somit können in parallelen Verstärkerpfaden relativ geringe Leistungen erzeugt werden, die anschließend zu einer Gesamtleistung zusammengeführt werden können. Für die einzelnen Verstärkerpfade können wegen der relativ geringen erzeugten Leistungen kostengünstige Bauelemente eingesetzt werden.
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Die Ausgangssignale der Verstärkerpfade können mit einem Kombinierer zu einer Gesamtleistung kombiniert werden. Somit kann auf einfache Art und Weise eine hohe Ausgangsleistung des Leistungswandlers realisiert werden.
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Die Signaldatenspeicher und Amplitudendatenspeicher können von einem übergeordneten Speicher beschrieben werden. Durch den übergeordneten Speicher kann somit der Inhalt der den DAC zugeordneten Speicher bestimmt und beeinflusst werden.
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Die DAC können unter Berücksichtigung der Signallaufzeiten und Verstärkungsfaktoren in den einzelnen Verstärkerpfaden angesteuert werden. Somit kann eine besonders genaue Gesamtleistung eingestellt werden.
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Die erzeugte Gesamtleistung und/oder eine von der Last reflektierte Leistung kann erfasst und einer übergeordneten Steuerung zugeführt werden. Somit ist eine besonders genaue Regelung und Steuerung der Gesamtleistung möglich.
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In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem ein Leistungsversorgungssystem mit einem Leistungswandler, der zur Versorgung einer Last mit Leistung mit der Last verbindbar ist, wobei der Leistungswandler einen ersten Verstärkerpfad aufweist, dem ein von einem DAC erzeugtes amplitudenmoduliertes Analogsignal zugeführt ist. Insbesondere ist eine besonders schnelle und flexible Amplitudenmodulation möglich, die an Plasma- und Laseranwendungen genutzt werden kann. Mit dem erfindungsgemäßen Leistungsversorgungssystem ist die Amplitudenmodulation eines Leistungswandlers mit beliebiger Einhüllender zur Steuerung beispielsweise des Ionisierungsgrads des Plasmas möglich.
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Dem DAC kann eine Logikschaltungseinheit zur Erzeugung eines dem DAC zugeführten Digitalsignals vorgeschaltet sein, wobei die Logikschaltungseinheit einen Signaldatenspeicher, in dem Signaldatenwerte zur Erzeugung einer Analogsignalform abgelegt sind, einem Amplitudendatenspeicher, in dem Amplitudendatenwerte zur Beeinflussung der Amplituden der Analogsignale abgelegt sind, und einen Multiplikator zur Multiplikation der Signaldatenwerte mit den Amplitudendatenwerten aufweist.
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Somit kann auf einfache Art und Weise ein Digitalsignal erzeugt werden, welches Informationen bezüglich der Signalform und der Amplitude des im DAC zu erzeugenden Analogsignals aufweist. Es ergeben sich die bezüglich des Verfahrens erwähnten Vorteile.
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Die Signaldatenwerte können insbesondere eine Phaseninformation und/oder eine Frequenzinformation für das zu erzeugende Analogsignal aufweisen.
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Es können zumindest zwei Verstärkerpfade vorgesehen sein, wobei jedem Verstärkerpfad ein jeweils von einem DAC aus einem Digitalsignal erzeugtes Analogsignal zugeführt ist und jedem DAC eine Logikschaltungseinheit vorgeschaltet ist. Durch diese Maßnahme ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise für hohe Ausgangsleistungen. Damit lassen sich Fertigungsaufwand und Kosten sparen. Außerdem wird ein solcher Aufbau zuverlässiger. Ein solcher Leistungswandler ist besonders gut kalibrierbar und abstimmbar.
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Es kann eine digitale Logikschaltung vorgesehen sein, die mit der oder den Logikschaltungseinheit(en) verbunden ist. Durch die Logikschaltungseinheit können die zu multiplizierenden Datenwerte ausgewählt werden.
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Die digitale Logikschaltung und ein oder mehrere Logikschaltungseinheiten können in einem Logikbauelement integriert sein. Somit ergibt sich ein hoher Grad der Integration. Es müssen wenige Bauteile eingesetzt werden, was Platz spart und kostengünstig ist.
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Das amplitudenmodulierte Analogsignal kann eine Spannung, ein Strom oder eine Leistung sein. Mit dem Begriff „Amplitude” eines Signals ist hier die maximale Auslenkung einer periodisch verlaufenden Wechselgröße gemeint.
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Die Signaldatenwerte und/oder die Amplitudendatenwerte können in Nachschautabellen (Look-Up-Table, LUT) abgelegt sein und dort besonders einfach für eine einzustellende Signalform und Amplitude bzw. Amplitudenmodulation ausgewählt werden.
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Der Signal- und der Amplituden-Datenspeicher können als Nachschautabellen (Look-Up-Table, LUT) ausgebildet sein. Dadurch lässt sich Speicherplatz einsparen, da in den eigentlichen Datenbeständen (mit einer hohen Anzahl von Einträgen) nur ein Kurzcode geführt und die zugehörige Langbezeichnung aus der Tabelle verwendet werden kann. In der Nachschautabelle können für bestimmte Konstellationen vorberechnete Ergebnisse oder andere Informationen definiert werden. Auf die Berechnung von Werten kann somit verzichtet werden, so dass die Analogsignale und damit die Leistung extrem schnell angepasst werden können.
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Der DAC kann einen Referenzsignaleingang aufweisen. Dieser Referenzsignaleingang kann verwendet werden, um die Generierung des Analogsignals zu beeinflussen. Eine Veränderung des Analogsignals kann auf diese Weise besonders schnell herbeigeführt werden.
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Dem Referenzsignaleingang kann eine Ansteuerschaltung vorgeschaltet sein. Mit Hilfe einer solchen Ansteuerschaltung kann das Eingangssignal des Referenzsignaleingangs schnell verändert werden, um dadurch auch schnell eine Veränderung des erzeugten Analogsignals, insbesondere dessen Amplitudenmodulation, zu bewirken.
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Eine besonders kompakte Bauweise ergibt sich, wenn der DAC und die zugeordneten Logikschaltungseinheiten in einem Direkt-Digital-Synthese (DDS-Baustein) integriert sind.
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Wenn zwischen dem DAC und dem Verstärkerpfad eine Filteranordnung zur Filterung des Analogsignals vorgesehen ist, kann ein besonders oberwellenarmes Signal am Eingang des Verstärkerpfades eingegeben werden. Das vermindert störende Oberwellen im Verstärkerpfad. Diese steigert die Effizienz des Gesamtsystems.
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Der Leistungswandler kann mehr als zwei Verstärkerpfade aufweisen, denen jeweils ein DAC zugeordnet ist, der dem jeweiligen Verstärkerpfad ein Analogsignal zuführt. Durch diese Maßnahme ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise für hohe Ausgangsleistungen. Ein solcher Leistungswandler ist besonders gut abstimmbar.
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Die Verstärkerpfade können mit einem Kombinierer zur Kombination der in den Verstärkerpfaden erzeugten Leistungen zu einer Gesamtleistung verbunden sind. Hierbei können relativ einfache Kombinierer verwendet werden, die günstiger in der Herstellung sind, aber hohe Anforderungen hinsichtlich der Phasenlage, Amplituden und Frequenzen der Eingangssignale stellen. Der Leistungswandler kann hierdurch in besonders kompakter Bauweise und kostengünstig aufgebaut werden.
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Der Kombinierer zur Kombination der in den Verstärkerpfaden erzeugten Leistungen kann ohne Ausgleichsimpedanzen für Eingangssignale ungleicher Stärke und/oder Phasenlage ausgelegt sein. Ein solcher Kombinierer ist besonders energiesparend und kostengünstig. Außerdem kann ein solcher Kombinierer sehr kompakt und mit wenigen Bauteilen aufgebaut werden.
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Die Verstärkerpfade können Transistoren in LDMOS-Technologie aufweisen. LDMOS steht für „laterally diffused metal oxide semiconductor”. Das sind MOSFETs, die bisher vor allem im GHz-Bereich Anwendung fanden. Die Verwendung dieser Transistoren im Bereich unter 200 MHz ist bislang noch nicht bekannt. Beim Einsatz in Verstärkern zur Erzeugung einer Leistung, die einem Plasmaprozess oder einem Laser zuführbar ist, hat sich überraschenderweise gezeigt, dass sich diese Transistoren in LDMOS-Technologie sehr viel zuverlässiger verhalten als vergleichbare herkömmliche MOSFETs. Dies kann auf eine sehr viel höhere Strombelastbarkeit zurückzuführen sein. Insbesondere bei Versuchen mit mehreren Verstärkerpfaden und bei Frequenzen von 3,4 MHz, 13 MHz, 27 MHz, 40 MHz und 162 MHz haben diese Transistortypen eine besonders hohe Zuverlässigkeit gezeigt. Ein weiterer Vorteil dieser Transistortypen gegenüber herkömmlichen MOSFETs besteht darin, dass die identischen Transistoren für die genannten Frequenzen (3,4 MHz, 13 MHz, 27 MHz, 40 MHz und 162 MHz) einsetzbar sind. Damit lassen sich nun mit einer sehr ähnlichen oder auch mit einer gleichen Topologie Verstärker- und Leistungsversorgungssysteme aufbauen, die bei Frequenzen über mehrere Dekaden im Bereich von 1 MHz bis 200 MHz einsetzbar sind. Das sind Frequenzen, wie sie in Plasmaprozessen und zur Gaslaseranregung oft benutzt werden. Die Frequenz ist durch einfache Veränderung der Ansteuerung der Digital-Analog-Wandler einstellbar, die Amplitude durch Veränderung der Werte im Digitalspeicher bzw. in den Nachschautabellen oder über den Referenzsignaleingang des Digital-Analog-Wandlers. Herkömmliche MOSFETs haben bei diesen Frequenzen betrieben an Plasmaprozessen oftmals Probleme, wenn zu viel in den Plasmaprozess gelieferte Leistung reflektiert wird. Deswegen musste die erzeugte Leistung oft begrenzt werden, um die reflektierte Leistung nicht über eine kritische Grenze ansteigen zu lassen. Damit ließen sich die Plasmaprozesse nicht immer sicher zünden oder im gewünschten Leistungsbereich betreiben. Außerdem wurden aufwändige regelbare Impedanzanpassungsschaltungen vorgesehen, um diese Nachteile zu beheben. LDMOS-Transistoren sind nun besonders vorteilhaft einsetzbar, wenn mit reflektierter Leistung in erheblichem Maß zu rechnen ist, wie dies beispielsweise bei der Versorgung von Plasmaprozessen der Fall ist. In Verbindung mit dem oben erwähnten Kombinierer besteht der Vorteil der LDMOS-Transistoren darin, dass sehr viel höhere reflektierte Leistungen von den Transistoren aufgenommen werden können. Dadurch werden die Anforderungen an zusätzliche zwischen Leistungsversorgungssystem und Last geschaltete Impedanzanpassungsnetzwerke niedriger und es können bei diesen Impedanzanpassungsnetzwerken Kosten für Bauteile und Regelung eingespart werden.
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Jedem Verstärkerpfad kann ein eigener DAC mit zugeordneter Logikschaltungseinheit zugeordnet sein, wobei ein übergeordneter Speicher, insbesondere eine Look-Up-Tabelle, vorgesehen ist, der mit den dem DAC zugeordneten Logikschaltungseinheiten verbunden ist. Durch den übergeordneten Speicher können die den DAC zugeordneten Speicher beschrieben werden. Es ergibt sich ein Gesamtsystem, welches für sehr hohe Leistungen geeignet ist und welches in kompakter Bauweise realisiert werden kann. Auch ist das System hinsichtlich der Ausgangsleistung sehr gut einstellbar und abstimmbar.
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Der übergeordnete Speicher kann in der Logikschaltung integriert sein. Weiterhin kann die Ansteuerschaltung für den Referenzsignaleingang zumindest eines DAC in dem Logikbauelement, das als programmierbarer Logikbaustein (PLD), insbesondere Field Programmable Gate Array (FPGA) ausgebildet sein kann, integriert sein. Die Logikschaltung kann durch einen digitalen Signalprozessor angesteuert sein.
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Insbesondere können zusätzlich die DAC in diesem PLD bzw. FPGA integriert sein. Weiterhin kann die Ansteuerschaltung für den Referenzsignaleingang zumindest eines DAC in einem PLD bzw. FPGA integriert sein. Das PLD bzw. FPGA kann durch einen digitalen Prozessor, insbesondere durch einen digitalen Signalprozessor (DSP) angesteuert sein. Diese Maßnahmen tragen dazu bei, dass eine kompakte Bauweise für hohe Leistungen realisiert werden kann und dass der Leistungswandler sehr gut abstimmbar ist.
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Es kann eine Messeinrichtung, insbesondere ein Richtkoppler, vorgesehen sein, die mit einer Systemsteuerung verbunden ist, die wiederum die Logikschaltung zumindest mittelbar, insbesondere über einen digitalen Prozessor oder DSP, ansteuert. Dadurch kann eine sehr genaue und sehr schnelle Regelung der einem Plasmaprozess zugeführten Leistung realisiert werden.
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Die erzeugte Gesamtleistung und/oder eine von einer Last, insbesondere Plasmakammer, reflektierte Leistung kann erfasst und einer übergeordneten Steuerung zugeführt werden. Auf diese Art und Weise kann die Ausgangsleistung des Leistungswandlers gesteuert oder geregelt werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend mit Bezug zu den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 in stark schematisierter Darstellung ein Plasmasystem mit einem Leistungsversorgungssystem;
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2 in einer Blockdarstellung ein Leistungsversorgungssystem;
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3 einen DDS-Baustein.
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Die 1 zeigt ein Plasmasystem 1, welches ein Leistungsversorgungssystem 2 umfasst. Das Leistungsversorgungssystem 2 weist wiederum einen Leistungswandler 3 auf, der an ein Spannungsversorgungsnetz 4 angeschlossen sein kann. Die am Ausgang des Leistungswandlers 3 erzeugte Leistung wird über ein Impedanzanpassungsnetzwerk 5 an eine Plasmakammer 6 als Last gegeben, wo ein Plasma erzeugt wird, mithilfe dessen eine Plasmabearbeitung in der Plasmakammer 6 durchgeführt werden kann.
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Insbesondere kann ein Werkstück geätzt werden oder kann eine Materialschicht auf ein Substrat aufgebracht werden.
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Die 2 zeigt in stark schematisierter Darstellung ein Leistungsversorgungssystem 20. Das Leistungsversorgungssystem 20 weist einen Leistungswandler 30 auf, der eine Ausgangsleistung erzeugt, die einer Last, beispielsweise einem Plasmaprozess oder einer Laseranregung, zugeführt werden kann. In dem Leistungswandler 30 sind mehrere Verstärkerpfade 31–36 vorgesehen. Die Verstärkerpfade 31–36 sind weitestgehend identisch aufgebaut. Daher wird nachfolgend nur noch der Verstärkerpfad 31 beschrieben. Die Verstärkerpfade 31–36 weisen mehrere Verstärker 37, 38 auf, die geeignet sind, ein Analogsignal zu verstärken. Am Ende der Verstärkerpfade 31–36 ist jeweils ein Verstärker 39 mit zumindest einem LDMOS-Transistor vorgesehen, dessen Ausgang direkt oder indiekt, z. B. über ein Impedanzanpassungsglied und/oder Filter, auf einen Kombinierer 40 geschaltet ist. Insbesondere sind sämtliche Ausgänge sämtlicher Verstärkerpfade 31–36, insbesondere in gleicher Weise, auf den Kombinierer 40 geschaltet. Durch den Kombinierer 40 werden die Einzelleistungen der Verstärkerpfade 31–36 zu einer Gesamtleistung gekoppelt.
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Dass die Verstärkerpfade 31–36 weitestgehend identisch aufgebaut sind, bedeutet nicht zwingend, dass sie die gleiche Verstärkung besitzen. Bauteilstreuung und Toleranzen beim Aufbau der Schaltungen können zu erheblichen Differenzen in der Phase und/oder in der Amplitude der in den Verstärkerpfaden 31–36 erzeugten Hochfrequenzleistungssignalen bei identischem Eingangssignal führen.
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Den Verstärkerpfaden 31–36 ist jeweils ein DAC 41 vorgeschaltet, dem eine Logikschaltungseinheit 42 zugeordnet ist. Insbesondere werden dem DAC 41 aus der Logikschaltungseinheit 42 Folgen von Digitalwerten zugeführt, aus denen der DAC 41 ein analoges Ausgangssignal erzeugt, welches einem Verstärkerpfad 31 – gegebenenfalls nach Filterung durch einen optionalen Filter 55 – zugeführt wird. Der DAC 41 und die Logikschaltungseinheit 42 können in einem sogenannten Direkt-Digital-Synthese-Baustein (DDS-Baustein) 43 integriert sein, auch genannt: Direct-Digital-Synthesizer. Jedem der Verstärkerpfade 31–36 ist ein eigener DDS-Baustein 43 und entsprechend ein DAC 41 und eine Logikschaltungseinheit 42 zugeordnet. Beispielhaft ist der DDS-Baustein 43 in 3 beschrieben.
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Die Logikschaltungseinheit 42 weist hier auf:
- 1. einen Signal-Datenspeicher 61, in dem Signal-Datenwerte zur Erzeugung der Analogsignalform abgelegt sind,
- 2. einen Amplituden-Datenspeicher 62, in dem Amplituden-Datenwerte zur Beeinflussung der Amplituden der Analogsignale abgelegt sind,
- 3. einen Multiplikator 63 zur Multiplikation der Signal-Datenwerte mit den Amplituden-Datenwerten und
- 4. einen Zähler 64, der dafür sorgt, dass in einem vorbestimmten Takt Signal-Datenwerte aus dem Signal-Datenspeicher 61 ausgelesen und dem Multiplikator zugeführt werden.
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Sowohl der Signal-Datenspeicher 61 als auch der Amplituden-Datenspeicher 62 können als sogenannte Nachschautabellen (Look-Up-Tables, LUT) ausgebildet sein.
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Der DAC 41 weist weiterhin einen Referenzsignaleingang 44 auf, dem eine Ansteuerschaltung 45 vorgeschaltet sein kann, um ein Referenzsignal zu erzeugen. Die Ansteuerschaltung 45 kann in der noch zu beschreibenden digitalen Logikschaltung (Programmable Logic Device, PLD) 46 realisiert werden. Die digitale Logikschaltung kann als eine Feld programmierbare (Logik-)Gatter-Anordnung Field Programmable Gate Array (FPGA) ausgebildet sein.
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Durch das am Referenzsignaleingang 44 eingegebene Referenzsignal kann das Ausgangssignal, also das generierte Analogsignal des DAC 41, beeinflusst, insbesondere amplitudenmoduliert, werden. Dem DDS-Baustein 43 ist die digitale Logikschaltung 46 vorgeschaltet, welche ebenfalls einen als Look-Up-Table (LUT) ausgebildeten Speicher 47 aufweist. In dem Speicher 47 können Amplituden-Datenwerte abgelegt sein, die vom Speicher 47 in den Amplituden-Datenspeicher 62 geschrieben werden können. Auch über die Wahl der Amplituden-Datenwerte kann eine Amplitudenmodulation bewirkt. Zusätzlich können auch Daten zur Phasenkorrektur abgelegt sein. Die Werte, die im Speicher 47 abgelegt sind, dienen der Kompensierung von Unterschieden in den Verstärkerpfaden (31–36) oder in nachgeschalteten Kombinierern 40. Sie können der Logikschaltungseinheit 42, insbesondere dem Amplituden-Datenspeicher 62 übergeben werden. Die digitale Logikschaltung 46 wird durch einen digitalen Prozessor, insbesondere Digitalen Signalprozessor (DSP) 48, angesteuert, der mit einer Systemsteuerung 49 über einen Datenbus 50 in Verbindung steht.
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Der digitale Prozessor, insbesondere Digitale Signalprozessor (DSP) 48, der Speicher 47 und die Logikschaltungseinheiten 42 können in einem Logikbauelement 58 realisiert werden. Das Logikbauelement kann als digitale Logikschaltung PLD, insbesondere FPGA 58 ausgebildet sein. Wenn auch noch die DAC 41 integriert werden, ergibt sich ein kompakter Logikbaustein 57. Der digitale Prozessor insbesondere DSP 48, der Speicher 47, die DDS-Bausteine 43 und auch die DAC 41 sowie die Filter 55 und die ersten Verstärker 37 können auf einer Leiterkarte 56 realisiert werden. Die identische Leiterkarte 56 kann für eine Vielzahl unterschiedlicher Leistungsversorgungssysteme mit unterschiedlichen Leistungen, unterschiedlichen Frequenzen und unterschiedlichen Lasten (Laser, Plasma etc.) eingesetzt werden.
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Die Ausgangsleistung des Kombinierers 40 wird über eine als Richtkoppler 51 ausgebildete Messeinrichtung an eine Last, z. B. einen Plasmaprozess, gegeben. Durch den Richtkoppler 51 kann die ausgegebene Leistung und eine von der Last reflektierte Leistung erfasst werden. Die Messsignalaufbereitung erfolgt mit Messmitteln 52, die mit dem Richtkoppler 51 in Verbindung stehen. Die Messmittel 52 sind wiederum mit der Systemsteuerung 49 verbunden. Somit kann über die Systemsteuerung 49 anhand der erfassten Ausgangsleistung und der erfassten reflektierten Leistung bestimmt werden, welche Ausgangsleistung vom Kombinierer 40 erzeugt werden soll. Entsprechend dieser Vorgabe kann die Systemsteuerung 49 den DSP 48 und dieser wiederum die digitale Logikschaltung 46 ansteuern.
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In dem Speicher 47 sind Digitalwerte abgespeichert, die sowohl eine Amplitudeninformation als auch eine Phasen- und ggf. auch eine Frequenzinformation enthalten, so dass am Ausgang des DAC 41 ein Analogsignal mit einer vorgegebenen Amplitude, Frequenz- und Phasenlage erzeugt werden kann. Dadurch ist es möglich, die Ausgangssignale der einzelnen Verstärkerpfade 31–36 aufeinander abzustimmen, so dass diese im Kombinierer 40 gekoppelt werden können, Insbesondere können auf diese Art und Weise sehr einfache Kombinierer 40 ohne Verlust erzeugende Ausgleichsimpedanzen eingesetzt werden und eine Verlustleistung gering gehalten werden.
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Durch die erfindungsgemäße Art und Weise, ein analoges Signal zu erzeugen, kann sehr schnell die Leistung im Ausgang des Kombinierers 40 beeinflusst und verändert werden.
