JP5963632B2 - High frequency power supply device and control method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、ステップ状のレベル変化を示す信号により変調された電圧波形を有する高周波電力を出力する高周波電源装置及びその制御方法に関するものである。   The present invention relates to a high-frequency power supply apparatus that outputs high-frequency power having a voltage waveform modulated by a signal indicating a step-like level change, and a control method thereof.

種々の被処理物を処理する際に、高周波電力の輻射によりガスをプラズマ化する技術が用いられている。例えば、半導体製造工程において行なわれるエッチング工程では、プロセスチャンバ内に配置した電極に高周波電力を供給してチャンバ内に高周波電力を輻射することにより、チャンバ内のガスをプラズマ化し、このプラズマ化したガスを被処理物に供給することによりエッチング処理を行なっている。この種の用途に用いる高周波電源装置は、高周波信号を発生する高周波信号発生器と、高周波信号を増幅して高周波電力を出力する増幅器とを有する高周波信号発生・増幅部と、高周波信号発生・増幅部の出力端で検出される高周波電圧のレベルを目標レベルに保つように制御する制御部とにより構成される。   In processing various objects to be processed, a technique for converting a gas into plasma by radiation of high-frequency power is used. For example, in an etching process performed in a semiconductor manufacturing process, a high-frequency power is supplied to an electrode disposed in a process chamber and the high-frequency power is radiated into the chamber, whereby the gas in the chamber is converted into plasma, and the plasmaized gas Is supplied to the object to be processed. A high-frequency power supply device used for this kind of application includes a high-frequency signal generator that generates a high-frequency signal, a high-frequency signal generator / amplifier having an amplifier that amplifies the high-frequency signal and outputs high-frequency power, and a high-frequency signal generator / amplifier. And a control unit that controls the level of the high-frequency voltage detected at the output terminal of the unit to be maintained at the target level.

近年、半導体の製造工程では、微細なエッチング加工を可能にするために、パルス波形で変調された高周波電力をプロセスチャンバ内に輻射することが行なわれるようになっている。パルス波形により変調された高周波電力は、増幅器に入力する高周波信号のレベルをオンオフ制御することにより得ることができる。   In recent years, in a semiconductor manufacturing process, in order to enable fine etching processing, high-frequency power modulated by a pulse waveform is radiated into a process chamber. The high frequency power modulated by the pulse waveform can be obtained by on / off control of the level of the high frequency signal input to the amplifier.

パルス波形により変調された高周波電力をプラズマ処理に用いる場合、その電圧波形の包絡線の波形(パルス波形)の周波数、レベル(振幅値)、デューティ及び繰り返し周期が厳密に管理されることが必要であり、加工の微細化に伴って、電圧波形の包絡線の波形が、より精密に管理された安定な波形を呈する高周波電力をプロセスチャンバ内の電極に供給することが求められるようになっている。   When high-frequency power modulated by a pulse waveform is used for plasma processing, it is necessary to strictly manage the frequency, level (amplitude value), duty, and repetition period of the envelope waveform (pulse waveform) of the voltage waveform. In addition, with the miniaturization of processing, it is required to supply high-frequency power to the electrodes in the process chamber, in which the waveform of the envelope of the voltage waveform exhibits a more precise and stable waveform. .

また最近では、ステップ状のレベル変化を生じるレベル変化タイミングを1周期の間に複数有し、各レベル変化タイミングと次のレベル変化タイミングとの間がレベルを保持すべきインターバル期間となっていて、1周期の間にレベルが複数の異なる値をとるステップ波形により変調された高周波電力をプロセスチャンバ内に輻射することも検討されている。   Recently, there are a plurality of level change timings that cause a step-like level change in one cycle, and the interval period between each level change timing and the next level change timing is to hold the level. It has also been studied to radiate high-frequency power modulated by a step waveform whose level takes a plurality of different values during one period into the process chamber.

パルス波形により変調された高周波電力を得る高周波電源装置としては、例えば特許文献1に示されたものが知られている。特許文献1に示された高周波電源装置においては、高周波信号をその周波数よりも低い周波数を有するパルス信号で変調してパルス変調された高周波信号を生成するパルス変調部と、パルス変調された高周波信号を増幅してパルス変調された高周波電力に変換する高周波電力変換部(増幅器)と、高周波電力変換部が出力する高周波電圧を検出する出力検出器と、この出力検出器により検出された出力電圧を検波してその包絡線を示す検波電圧を生成する検波部と、サンプルホールド信号に応じて検波電圧をサンプリングしてサンプリング電圧を出力するサンプルホールド部と、上記パルス信号とサンプルホールド信号とを生成する制御部と、サンプリング電圧と基準電圧とを比較して誤差電圧を出力する誤差増幅部とを設けて、誤差電圧の大きさを最小にするように高周波電力変換部をフィードバック制御することにより、高周波電圧のレベルを制御している。   As a high-frequency power supply device that obtains high-frequency power modulated by a pulse waveform, for example, the one disclosed in Patent Document 1 is known. In the high-frequency power supply device disclosed in Patent Document 1, a pulse modulation unit that generates a pulse-modulated high-frequency signal by modulating a high-frequency signal with a pulse signal having a frequency lower than that frequency, and the pulse-modulated high-frequency signal A high-frequency power converter (amplifier) that amplifies the signal and converts it into pulse-modulated high-frequency power, an output detector that detects a high-frequency voltage output from the high-frequency power converter, and an output voltage detected by the output detector A detection unit that detects and generates a detection voltage indicating the envelope, a sample and hold unit that samples the detection voltage according to the sample and hold signal and outputs a sampling voltage, and generates the pulse signal and the sample and hold signal A control unit and an error amplifying unit that compares the sampling voltage with the reference voltage and outputs an error voltage are provided. The level of the high-frequency voltage is controlled by feedback control of the high-frequency power converter so as to minimize the gap.

特許文献1に示された高周波電源装置においては、高周波電力を変調するパルス信号の波形の各立ち上がりよりも一定時間遅れたタイミングから、各立ち下がりよりも一定時間だけ早いタイミングまでの期間をサンプルホールド信号のオン期間とするように、パルス信号のデューティ比に応じてサンプルホールド信号のサンプリング期間を設定している。そして、サンプルホールド部は、サンプルホールド信号のオン期間の間、検波部から得られる検波電圧をそのままサンプリング電圧として誤差増幅部に与えて、高周波電圧のレベル変動をフィードバックすることにより、高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを所定のレベルに保つ制御を行なわせる。サンプルホールド信号のオフ期間中は、サンプルホールド信号がオン期間からオフ期間に切り替わるタイミング(パルス信号が立ち下がる直前のタイミング)の検波電圧をホールドする。パルス信号のオン期間の開始時には、ホールドしているサンプリング電圧を誤差増幅部に与えることにより、誤差電圧を出力させてフィードバック制御を行なわせ、パルス信号の波形が立ち上がった後、一定の遅れ時間が経過した時点でホールド信号をオンにして、検波電圧に等しいサンプリング電圧を誤差増幅部に与えることにより、パルス信号のオン期間における高周波電圧のレベル変動をフィードバックして、パルス信号のオン期間における高周波電圧のレベルを所定のレベルに保つ制御を行なわせている。   In the high frequency power supply device disclosed in Patent Document 1, a period from a timing delayed by a certain time from each rising edge of a pulse signal waveform that modulates high frequency power to a timing earlier by a certain time than each falling edge is sampled and held. The sampling period of the sample hold signal is set in accordance with the duty ratio of the pulse signal so as to be the on period of the signal. Then, during the on-period of the sample hold signal, the sample hold unit provides the detection voltage obtained from the detection unit as it is as the sampling voltage to the error amplification unit, and feeds back the level fluctuation of the high frequency voltage, thereby providing a voltage of the high frequency power. Control is performed to maintain the waveform envelope level at a predetermined level. During the off period of the sample and hold signal, the detection voltage at the timing when the sample and hold signal switches from the on period to the off period (timing immediately before the pulse signal falls) is held. At the start of the on-period of the pulse signal, the held sampling voltage is applied to the error amplifying unit so that the error voltage is output and feedback control is performed. After the pulse signal waveform has risen, a certain delay time has elapsed. When the elapsed time elapses, the hold signal is turned on, and a sampling voltage equal to the detection voltage is supplied to the error amplification unit, thereby feeding back the level fluctuation of the high frequency voltage during the on period of the pulse signal and feeding back the high frequency voltage during the on period of the pulse signal. Is controlled to keep the level at a predetermined level.

特許文献1に示された高周波電源装置によれば、高周波電力の電圧波形の包絡線の波形(パルス波形)が立ち上がった後にそのレベルが変動した場合に、そのレベル変動をフィードバックして、高周波電圧のレベルを所定のレベルに保持する制御を行なわせることができる。   According to the high frequency power supply device disclosed in Patent Document 1, when the level fluctuates after the waveform (pulse waveform) of the voltage waveform of the high frequency power rises, the level fluctuation is fed back and the high frequency voltage is fed back. It is possible to perform control to keep the level at a predetermined level.

特開2010−263452号公報JP 2010-263352 A

特許文献1に示された高周波電源装置においては、高周波電力を変調するパルス信号の立ち上がり時及び立ち下がり時に、高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを示す検波電圧のサンプリング値を基準値に保つようにフィードバック制御が行なわれる。パルス信号の各立ち上がり及び立ち下がりの過渡時には高周波電圧のレベルが急峻に変動するため、制御の追従性を良くしておかないと、パルス信号の各立ち上がり及び立ち下がりでリンギングや波形鈍りが生じることになる。高周波電力を変調するパルス信号の時間軸が長い場合(パルス幅が広い場合)には、パルス信号の立ち上がり時及び立ち下がり時にリンギングや波形鈍りが生じても目立たないため、負荷に大きな影響は与えないが、パルス信号の繰り返し周期が短くなり、パルス信号のオン期間が短くなった場合や、パルス信号の振幅が大きい場合には、パルス信号の立ち上がり及び立ち下がりで高周波電圧に生じるリンギングや波形鈍りが目立つ存在になり、これらの過渡波形が負荷に与える影響が問題になる。   In the high frequency power supply device disclosed in Patent Document 1, the sampling value of the detection voltage indicating the level of the envelope of the voltage waveform of the high frequency power is maintained at the reference value at the rise and fall of the pulse signal that modulates the high frequency power. Thus, feedback control is performed. Since the level of the high-frequency voltage fluctuates sharply at each rise and fall of the pulse signal, ringing or waveform dullness occurs at each rise and fall of the pulse signal unless the control tracking is improved. become. If the time axis of the pulse signal that modulates high-frequency power is long (when the pulse width is wide), it will not be noticeable even if ringing or waveform dullness occurs at the rise and fall of the pulse signal, so the load will be greatly affected. However, if the pulse signal repetition period is shortened and the pulse signal ON period is shortened or the amplitude of the pulse signal is large, ringing or waveform dullness that occurs in the high-frequency voltage at the rise and fall of the pulse signal The effect of these transient waveforms on the load becomes a problem.

特に、高周波電力を変調する波形が単純なパルス波形ではなく、各周期の間に短い時間間隔で上下にステップ状のレベル変化を示すステップ波形であるような場合には、ステップ波形の各立ち上がりで高周波電圧に生じるリンギングまたは波形鈍りと、各立ち下がりで高周波電圧に生じるリンギングまたは波形鈍りとが短い時間間隔で現れるため、リンギングまたは波形鈍りを無視することができなくなる。従って、高周波電力を変調する波形が、高い周波数を有するパルス波形やステップ波形である場合には、変調波形の各立ち上がり及び立ち下がりでの制御の追従性を良くすることが課題になる。   In particular, when the waveform that modulates high-frequency power is not a simple pulse waveform, but a step waveform that shows a step-like level change up and down at short intervals during each period, at each rising edge of the step waveform Since the ringing or waveform dullness generated in the high frequency voltage and the ringing or waveform dullness generated in the high frequency voltage at each falling edge appear in a short time interval, the ringing or waveform dullness cannot be ignored. Therefore, when the waveform that modulates high-frequency power is a pulse waveform or step waveform having a high frequency, it becomes a problem to improve the follow-up of control at each rising and falling of the modulation waveform.

従来技術のように、高周波信号を増幅する増幅器から出力される高周波電圧を検出する検出器から得た検出データを基にして高周波電圧のレベルをフィードバック制御する制御ループを構成した場合には、変調波形のレベル変化が高速である場合に、追従性が悪くなるのを避けられず、無理矢理制御を行なおうとすると、変調波形のレベルの立ち上がり時及び立ち下がり時にリンギングや波形鈍りが生じて、これらが負荷に悪影響を及ぼすことになる。   If a control loop that feedback-controls the level of the high-frequency voltage based on the detection data obtained from the detector that detects the high-frequency voltage output from the amplifier that amplifies the high-frequency signal as in the prior art, modulation is performed. If the waveform level changes at a high speed, it is inevitable that the followability will deteriorate, and if you try to control it by force, ringing and waveform dullness will occur at the rise and fall of the modulation waveform level. Will adversely affect the load.

例えば、図9(A)に示したように、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを1周期の間に複数(図示の例では3個のレベル変化タイミングta,tb,tc)有して、1周期の間にレベルが複数(図示の例では3個)の値をとる多値ステップ波形(図示の例では3値ステップ波形)により変調された電圧波形を有する高周波電力を得る場合に、ステップ波形の各立ち上がり及び立ち下がりで高周波電圧のレベルの検出値を基にしてフィードバック制御を行なうと、制御ゲインが大きすぎる場合等に、同図(B)に示すようにステップ波形の各レベル変化タイミングで、オーバシュートとダウンシュートとが繰り返されてリンギングLが発生する。また制御ゲインが不足する場合等には、同図(C)に示すように、ステップ波形の各レベル変化タイミングで制御が間に合わなくなって波形鈍りDが生じる。   For example, as shown in FIG. 9A, a plurality of level change timings indicating step-like level changes (three level change timings ta, tb, tc in the illustrated example) are provided in one cycle. When obtaining a high-frequency power having a voltage waveform modulated by a multi-value step waveform (three-value step waveform in the illustrated example) whose level takes a plurality of values (three in the illustrated example) during one cycle, When feedback control is performed based on the detected value of the high-frequency voltage level at each rise and fall of the step waveform, when the control gain is too large, the level change of the step waveform as shown in FIG. At the timing, the overshoot and the downshoot are repeated and ringing L occurs. Further, when the control gain is insufficient, as shown in FIG. 5C, the control is not in time at each level change timing of the step waveform, and the waveform dullness D occurs.

図9(B)の状態と、図9(C)の状態との間に、リンギングも波形鈍りも生じない状態が存在することになるが、変調波形がレベル変化を示すタイミングの時間間隔が短い場合には、リンギングも波形鈍りも生じないように制御系を構成することは困難である。   Although there is a state in which neither ringing nor waveform blunting occurs between the state of FIG. 9B and the state of FIG. 9C, the time interval of the timing at which the modulation waveform shows a level change is short. In some cases, it is difficult to configure the control system so that neither ringing nor waveform dullness occurs.

図10(A)に示されているように、図9(A)に示した場合よりも、レベル変化の繰り返し周期を短くした高速のステップ波形により変調された電圧波形を有する高周波電力を得る場合、フィードバック制御系がリンギングを生じる特性を有していると、図10(B)に示すように、高周波電力の電圧波形の包絡線の波形の各立ち上がり及び立ち下がりで発生するリンギングLが、レベル変化タイミング相互間のレベル保持期間の長さに対して無視し得ない波形になる。また図10(A)に示したように、レベル変化の繰り返し周期が短い高速のステップ波形により変調された電圧波形を有する高周波電力を得る場合に、フィードバック制御系が波形鈍りを生じる特性を有していると、図10(C)のように、高周波電力の電圧波形の包絡線の波形の各立ち上がり及び立ち下がりで発生する波形鈍りDが、レベル変化タイミング相互間のレベル保持期間の長さに対して無視し得ない波形になる。   As shown in FIG. 10A, when obtaining a high-frequency power having a voltage waveform modulated by a high-speed step waveform in which the repetition cycle of level change is made shorter than in the case shown in FIG. 9A. When the feedback control system has the characteristic of causing ringing, as shown in FIG. 10B, the ringing L generated at each rising and falling of the envelope waveform of the voltage waveform of the high frequency power is level. The waveform cannot be ignored with respect to the length of the level holding period between the change timings. Further, as shown in FIG. 10A, the feedback control system has a characteristic of causing waveform dullness when obtaining high-frequency power having a voltage waveform modulated by a high-speed step waveform with a short cycle of level change. As shown in FIG. 10C, the waveform dullness D generated at each rise and fall of the envelope waveform of the voltage waveform of the high frequency power is the length of the level holding period between the level change timings. On the other hand, the waveform cannot be ignored.

上記のように、パルス波形またはステップ波形により変調された高周波電力を負荷に供給することが必要とされる場合に、高周波電圧の包絡線がレベル変化を示すタイミングでも、包絡線のレベルの検出値と目標値との偏差(誤差)に基づいて出力レベルのフィードバック制御を行なう従来の高周波電源装置を用いた場合には、得られる高周波電力の電圧波形が、リンギングまたは波形鈍りが目立つ波形となり、希望する波形と似ても似つかない波形になるため、要求にかなった電圧波形を有する高周波電力を負荷に供給することができないという問題があった。レベルがステップ状に変化した際にリンギングや波形鈍りが生じて負荷に悪影響が及ぶという問題が生じるのは、高周波電力を変調する波形がパルス波形や、ステップ波形である場合に限られるものではなく、高周波電力を変調する波形がステップ状のレベル変化を伴う他の波形である場合にも同様の問題が生じる。   As described above, when it is necessary to supply high-frequency power modulated by a pulse waveform or step waveform to the load, the detected value of the envelope level even at the timing when the envelope of the high-frequency voltage shows a level change. When using a conventional high-frequency power supply that performs feedback control of the output level based on the deviation (error) from the target value, the voltage waveform of the resulting high-frequency power becomes a waveform in which ringing or waveform dullness is conspicuous, and the desired However, there is a problem that high-frequency power having a voltage waveform that meets the requirements cannot be supplied to the load. The problem of ringing and waveform blunting when the level changes stepwise and adversely affecting the load occurs not only when the waveform that modulates high-frequency power is a pulse waveform or step waveform. The same problem occurs when the waveform for modulating the high-frequency power is another waveform with a step-like level change.

本発明の目的は、電圧波形の包絡線が、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを1周期の間に複数有して、各レベル変化タイミングと次のレベル変化タイミングとの間の期間が一定のレベルを保持するインターバル期間となっている波形を呈するように変調された高周波電力を得る際に、変調する波形のレベル変化の速度が如何なる場合であっても、高周波電力の電圧波形の包絡線の波形がステップ状のレベル変化を示す過渡時にリンギングや波形鈍りが生じるのを防いで、安定な電圧波形を有する高周波電力を得ることを可能にした高周波電源装置及びその制御方法を提供することにある。   An object of the present invention is that the envelope of the voltage waveform has a plurality of level change timings indicating step-like level changes in one cycle, and the period between each level change timing and the next level change timing is When obtaining high-frequency power modulated so as to exhibit a waveform having an interval period that maintains a certain level, the envelope of the voltage waveform of the high-frequency power is whatever the level change speed of the waveform to be modulated. To provide a high-frequency power supply apparatus and a control method thereof capable of obtaining high-frequency power having a stable voltage waveform by preventing ringing and waveform dullness during a transient in which the waveform of the line shows a step-like level change. It is in.

本願に開示された第1の発明は、電圧波形の包絡線の波形(以下包絡線波形という。)が、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを1周期の間に複数有し、隣り合うレベル変化タイミングの間の期間が一定のレベルを保持するインターバル期間となっているステップ波形を呈するように変調された高周波電力を出力する高周波電源装置を制御する方法を対象とする。   In the first invention disclosed in the present application, the waveform of the envelope of the voltage waveform (hereinafter referred to as the envelope waveform) has a plurality of level change timings indicating a step-like level change in one cycle, and is adjacent to each other. The present invention is directed to a method for controlling a high-frequency power supply device that outputs high-frequency power modulated so as to exhibit a step waveform in which a period between level change timings is an interval period in which a constant level is maintained.

本発明においては、包絡線波形のレベルを検出するレベル検出部を設けて、このレベル検出部が検出するレベルを目標レベルに保つ制御を行う。この制御においては、包絡線波形の各周期の各インターバル期間をその開始直後に設定された過渡期間と該過渡期間が経過した後の安定期間とに分けて、各インターバル期間の過渡期間では包絡線波形のレベルを目標レベルに一致させる制御をオープンループ制御により行い、安定期間では、包絡線波形のレベルを目標レベルに一致させる制御をフィードバック制御により行う。   In the present invention, a level detector that detects the level of the envelope waveform is provided, and control is performed to keep the level detected by the level detector at the target level. In this control, each interval period of each cycle of the envelope waveform is divided into a transition period set immediately after the start and a stable period after the transition period has elapsed, and the envelope is set in the transition period of each interval period. Control for matching the level of the waveform to the target level is performed by open loop control, and control for matching the level of the envelope waveform to the target level is performed by feedback control during the stable period.

本発明では、上記の制御を行わせるため、高周波電源装置から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線波形がその1周期の間に有する各インターバル期間でとるべきレベルの設定値を各インターバル期間の設定目標レベルとして設定目標レベル記憶部に記憶させておく。   In the present invention, in order to perform the above-described control, the set value of the level to be taken in each interval period that the envelope waveform of the voltage waveform of the high frequency power output from the high frequency power supply device has in one cycle is set for each interval period. The set target level is stored in the set target level storage unit.

また電圧波形の包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを設定目標レベルとした高周波電力を高周波電源装置から最初に出力させる際の包絡線波形の最初の周期を第1番目の周期として、包絡線波形の第1番目の周期から第m−1番目の周期(mは2以上の整数からなる設定値)までの各周期においては、第1番目の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算し、包絡線波形の第m番目の周期以降の各周期においては、m−1個前の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したm個のレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算して、演算した各インターバル期間の平均検出レベルを、該平均検出レベルを演算した周期の次の周期の対応するインターバル期間で包絡線波形がとるべき目標レベルとして次周期目標レベル記憶部に記憶しておく。   In addition, the first cycle of the envelope waveform when the high-frequency power is first output from the high-frequency power supply device with the envelope waveform of the voltage waveform being set as the target level for each interval period of the cycle is the first cycle. As for each period from the first period of the envelope waveform to the (m-1) th period (m is a set value consisting of an integer of 2 or more), each of the period from the first period to the current period A level obtained by averaging the levels detected by the level detection unit in the stable period of each interval period corresponding to the period is calculated as an average detection level of each interval period, and in each period after the mth period of the envelope waveform , A level obtained by averaging the m levels detected by the level detection unit in the stable period of each interval period corresponding to each cycle from the previous cycle to the current cycle. Calculated as the average detection level of the interval period, and calculated the average detection level of each interval period as the target level that the envelope waveform should take in the corresponding interval period of the period following the period of calculation of the average detection level. This is stored in the periodic target level storage unit.

そして、包絡線波形の第1番目の周期の各インターバル期間では、過渡期間が経過するまでの間、レベル検出部が検出するレベルを設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、安定期間の間、レベル検出部が検出するレベルを設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行ない、包絡線波形の第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間では、過渡期間が経過するまでの間レベル検出部が検出するレベルを次周期目標レベル記憶部に記憶された対応する目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、安定期間の間、レベル検出部が検出するレベルを次周期目標レベル記憶部に記憶された対応する目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行なう。   In each interval period of the first cycle of the envelope waveform, the level detected by the level detection unit is equal to the corresponding set target level stored in the set target level storage unit until the transition period elapses. After performing the control by open loop control, during the stable period, control to maintain the level detected by the level detection unit at the corresponding set target level stored in the set target level storage unit is performed by feedback control, and the envelope waveform In each interval period of each period after the second period, control for making the level detected by the level detection unit until the transition period elapses equal to the corresponding target level stored in the next period target level storage unit Is performed by open loop control, and the level detected by the level detection unit is stored in the next cycle target level storage unit during the stable period. The corresponding is performed by feedback control of the control to keep the target level.

上記の過渡期間は、各レベル変化タイミングで高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行った後、フィードバック制御系がフィードバック制御を安定に行なうことができる状態になるまでに要する時間(レベル検出部により検出される電圧レベルの検出値が安定になるまでに要する時間)に等しく設定する。   During the above transition period, the feedback control system can stably perform the feedback control after performing control to make the level of the envelope of the voltage waveform of the high-frequency power equal to the target level at each level change timing by open loop control. It is set equal to the time required until the state is reached (the time required until the detected value of the voltage level detected by the level detection unit becomes stable).

上記のように、ステップ状のレベル変化を示す波形により変調された電圧波形を有する高周波電力を得る際に、高周波電力の電圧波形の包絡線の波形の各周期の各インターバル期間の開始直後の過渡期間の間のレベル制御を、フィードバック制御によるのではなく、オープンループ制御により行ない、高周波電力の電圧波形の包絡線の波形の各周期の各インターバル期間の過渡期間が経過した後の安定期間の間、レベル検出部が検出したレベルを目標レベルに保つ制御をフィードバック制御で行なうようにすると、各レベル変化タイミングにおけるレベル変化の速度が如何なる場合でも、またレベル変化の周期が如何なる場合でも、各レベル変化タイミングでリンギングや波形鈍りが生じることがなく、かつ各インターバル期間の安定期間において包絡線のレベルが正確に目標レベルに保たれた電圧波形を有する高周波電力を得ることができる。   As described above, when obtaining a high-frequency power having a voltage waveform modulated by a waveform indicating a step-like level change, a transient immediately after the start of each interval period of each cycle of the envelope waveform of the voltage waveform of the high-frequency power During the stable period after the transition period of each interval period of each cycle of the envelope waveform of the high-frequency power voltage waveform is performed by level control during the period not by feedback control but by open loop control If the control that keeps the level detected by the level detection unit at the target level is performed by feedback control, the level change at any level change timing and at any level change cycle No ringing or waveform dullness occurs at the timing, and in the stable period of each interval period There are levels of the envelope can be obtained a high-frequency power having a precise voltage waveform was maintained at a target level.

また上記のように、電圧波形の包絡線の波形の各周期の各インターバル期間で包絡線の波形がとるべき目標レベルを、直近の複数の周期の対応するインターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したレベルを平均したレベルとすると、各インターバル期間における目標レベルを、直近の1以上の周期の対応するインターバル期間において実際にフィードバック制御された安定なレベルの平均値に等しくすることができるため、各インターバル期間において過渡期間の間オープンループ制御を行って増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルと、フィードバック制御に切替えた瞬間に出力される高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルとの間に殆ど差が生じないようにすることができる。従って、本発明によれば、各レベル変化タイミングでリンギングや波形鈍りが生じるのを防ぐことができるだけでなく、制御がオープンループ制御からフィードバック制御に切り替る際に電圧変動が生じるのを防いで、きれいな波形の高周波電力を得ることができる。   In addition, as described above, the level detection unit detects the target level that the envelope waveform should take in each interval period of each cycle of the envelope waveform of the voltage waveform, and the stable period of the corresponding interval period of the most recent cycles. Assuming that the detected level is an average level, the target level in each interval period can be made equal to the average value of the stable levels actually feedback controlled in the corresponding interval period of the most recent period, The level of the envelope of the voltage waveform of the high-frequency power that is output from the amplifier by performing open-loop control during the transition period in each interval period, and the level of the envelope of the voltage waveform of the high-frequency power that is output at the moment of switching to feedback control It is possible to make almost no difference between the two. Therefore, according to the present invention, it is possible not only to prevent ringing and waveform dullness at each level change timing, but also to prevent voltage fluctuation when the control is switched from open loop control to feedback control. High-frequency power with a clean waveform can be obtained.

また上記の方法によると、高周波電力の電圧波形の包絡線の波形の各レベル変化タイミングで、リンギングや波形鈍りが発生しないので、過度期間を短くすることができ、高周波電圧の包絡線の検出速度を高めることができる。そのため、高周波電力を変調する波形のレベル変化が高速である場合にも、各レベル変化タイミングから過渡期間の間のレベル制御と、各インターバル期間におけるレベル制御とを正確に行なわせることができ、高速のパルス波形またはステップ波形により高周波電力を変調する場合にも対応することができる。   Also, according to the above method, ringing and waveform dullness do not occur at each level change timing of the envelope waveform of the voltage waveform of the high frequency power, so that the excessive period can be shortened, and the detection speed of the envelope of the high frequency voltage Can be increased. For this reason, even when the level change of the waveform that modulates the high frequency power is high speed, the level control during the transition period from each level change timing and the level control during each interval period can be accurately performed. It is also possible to cope with the case where high-frequency power is modulated by the pulse waveform or step waveform.

本願に開示された第2の発明は、第1の発明に係わる制御方法を実施する高周波電源装置に係るもので、電圧波形の包絡線波形が、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを1周期の間に複数有して、隣り合うレベル変化タイミングの間の期間が一定レベルを保持するインターバル期間となっているステップ波形を呈するように変調された高周波電力を、高周波信号発生器と該高周波信号発生器が発生する高周波信号を増幅する増幅器とを備えた高周波信号発生・増幅部から出力する高周波電源装置を対象とする。   The second invention disclosed in the present application relates to a high-frequency power supply apparatus that implements the control method according to the first invention, and the envelope waveform of the voltage waveform has a level change timing of 1 indicating a step-like level change. A plurality of high-frequency signal generators and high-frequency signal generators each having high frequency power modulated so as to exhibit a step waveform having an interval period in which a period between adjacent level change timings holds a constant level. A high-frequency power supply apparatus that outputs from a high-frequency signal generation / amplification unit including an amplifier that amplifies a high-frequency signal generated by a signal generator is an object.

本発明においては、包絡線波形のレベルを検出するレベル検出部と、高周波電源装置から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線波形がその1周期の間に有する各インターバル期間でとるべきレベルを各インターバル期間の設定目標レベルとして記憶した設定目標レベル記憶部と、電圧波形の包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを設定目標レベルとした高周波電力を高周波電源装置から最初に出力させる際の包絡線波形の最初の周期を第1番目の周期とし、包絡線波形の各周期の各インターバル期間をその開始直後に設定された過渡期間と該過渡期間が経過した後の安定期間とに分けて、包絡線波形の第1番目の周期から第m−1番目の周期(mは2以上の整数からなる設定値)までの各周期においては、第1番目の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算し、包絡線波形の第m番目の周期以降の各周期においては、m−1個前の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したm個のレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算する平均検出レベル演算部と、包絡線波形の各周期で平均検出レベル演算部により演算された各インターバル期間の平均検出レベルを、該平均検出レベルを演算した周期の次の周期の各インターバル期間で包絡線波形がとるべき目標レベルとして記憶する次周期目標レベル記憶部と、レベル検出部が検出するレベルを目標レベルとするように高周波信号発生・増幅部を制御する高周波電力制御部とが設けられる。   In the present invention, the level detector that detects the level of the envelope waveform, and the level to be taken in each interval period that the envelope waveform of the voltage waveform of the high-frequency power output from the high-frequency power supply device has during one cycle thereof. A set target level storage unit stored as a set target level for the interval period, and a high frequency power having the envelope waveform of the voltage waveform to be taken in each interval period of each cycle as a set target level are first output from the high frequency power supply device The first period of the envelope waveform at the time is the first period, and each interval period of each period of the envelope waveform is set to a transient period set immediately after the start and a stable period after the transient period has elapsed. Separately, in each period from the first period of the envelope waveform to the (m-1) th period (m is a set value consisting of an integer of 2 or more), the first The level obtained by averaging the levels detected by the level detection unit in the stable period of each interval period corresponding to each period from the period to the current period is calculated as the average detection level of each interval period, and the mth of the envelope waveform In each cycle after the first cycle, a level obtained by averaging the m levels detected by the level detection unit in the stable period of each interval period corresponding to each cycle from the cycle before m−1 to the current cycle is obtained. The average detection level calculation unit that calculates the average detection level of each interval period, and the average detection level of each interval period that is calculated by the average detection level calculation unit in each cycle of the envelope waveform, and the cycle in which the average detection level is calculated A next cycle target level storage unit for storing the envelope waveform as a target level to be taken in each interval period of the next cycle, A high frequency power control unit for controlling the high-frequency signal generator and amplification unit to a level that Le detecting unit detects the target level is provided.

そして、上記高周波信号発生・増幅部は、包絡線波形の第1番目の周期の各インターバル期間において過渡期間が経過するまでの間、レベル検出部が検出するレベルを設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、安定期間の間レベル検出部が検出するレベルを設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行ない、第1番目の周期に続く第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間においては、過渡期間が経過するまでの間レベル検出部が検出するレベルを次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、各インターバル期間の安定期間の間、レベル検出部が検出するレベルを次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応する目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行なうように構成される。   The high frequency signal generation / amplification unit stores the level detected by the level detection unit in the set target level storage unit until the transition period elapses in each interval period of the first cycle of the envelope waveform. After performing control to equalize the corresponding set target level by open loop control, feedback that controls to maintain the level detected by the level detection unit at the corresponding set target level stored in the set target level storage unit during the stable period In each interval period of the second and subsequent cycles following the first cycle, the level detected by the level detection unit until the transition period elapses is stored in the next cycle target level storage unit. After performing control to make it equal to the stored target level of the corresponding interval period by open loop control, each input During the stabilization period of Baru period, configured to perform the feedback control of the control to maintain the level of the level detection unit detects the corresponding target level is stored in the next cycle target level storage section.

本願に開示された第3の発明も、電圧波形の包絡線の波形(以下包絡線波形という。)が、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを1周期の間に複数有して、隣り合うレベル変化タイミングの間の期間が一定レベルを保持するインターバル期間となっているステップ波形を呈するように変調された高周波電力を、高周波信号発生器と該高周波信号発生器が発生する高周波信号を増幅する増幅器とを備えた高周波信号発生・増幅部から出力する高周波電源装置を対象とする。   In the third invention disclosed in the present application, the waveform of the envelope of the voltage waveform (hereinafter referred to as an envelope waveform) has a plurality of level change timings indicating a step-like level change in one cycle, and is adjacent to the waveform. A high-frequency signal generator and a high-frequency signal generated by the high-frequency signal generator are amplified with a high-frequency power modulated so as to exhibit a step waveform in which a period between matching level change timings is an interval period that maintains a constant level. The present invention is directed to a high-frequency power supply device that outputs from a high-frequency signal generation / amplification unit including an amplifier that performs the above-described operation.

本発明に係る高周波電源装置においては、包絡線波形のレベルを検出するレベル検出部と、高周波電源装置から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線波形がその1周期の間に有する各インターバル期間でとるべきレベルを各インターバル期間の設定目標レベルとして記憶した設定目標レベル記憶部と、電圧波形の包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを設定目標レベルとした高周波電力を前記高周波電源装置から最初に出力させる際の包絡線波形の最初の周期を第1番目の周期とし、包絡線波形の各周期の各インターバル期間をその開始直後に設定された過渡期間と該過渡期間が経過した後の安定期間とに分けて、包絡線波形の第1番目の周期から第m−1番目の周期(mは2以上の整数からなる設定値)までの各周期においては、第1番目の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算し、包絡線波形の第m番目の周期以降の各周期においては、m−1個前の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したm個のレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算する平均検出レベル演算部と、包絡線波形の各周期で前記平均検出レベル演算部により演算された各インターバル期間の平均検出レベルを該平均検出レベルの演算を行った周期の次の周期の各インターバル期間で包絡線波形がとるべき目標レベルとして記憶する次周期目標レベル記憶部と、レベル検出部が検出するレベルを目標レベルとするように高周波信号発生・増幅部を制御する高周波電力制御部とが設けられる。   In the high frequency power supply device according to the present invention, the level detector that detects the level of the envelope waveform and the interval waveform that the envelope waveform of the voltage waveform of the high frequency power output from the high frequency power supply device has in one cycle. A set target level storage unit that stores a level to be taken as a set target level for each interval period; and a high-frequency power source that uses the envelope waveform of the voltage waveform as a set target level for each interval period of each cycle The first period of the envelope waveform at the time of first output from the device is the first period, and each interval period of each period of the envelope waveform is set immediately after the start of the transient period and the transient period has elapsed. Divided into later stable periods, each of the envelope waveform from the first cycle to the (m-1) th cycle (m is a set value consisting of an integer of 2 or more) In the period, the level obtained by averaging the levels detected by the level detection unit in the stable period of each interval period corresponding to each period from the first period to the current period is calculated as the average detection level of each interval period. In each cycle after the m-th cycle of the envelope waveform, m detected by the level detection unit in the stable period of each interval period corresponding to each cycle from the m-1 previous cycle to the current cycle. An average detection level calculation unit that calculates a level obtained by averaging the individual levels as an average detection level of each interval period, and an average detection level of each interval period calculated by the average detection level calculation unit in each cycle of the envelope waveform Stored as the target level to be taken by the envelope waveform in each interval period following the period in which the average detection level is calculated And the next cycle target level storage unit, and a high frequency power control unit for controlling the high-frequency signal generator and amplification unit is provided so that the level detector is a target level the likelihood of detecting.

上記高周波信号発生・増幅部は、増幅器から出力する高周波電力の電圧レベルを与えられたレベルデータに応じて調整する機能を有するように構成される。   The high-frequency signal generation / amplification unit is configured to have a function of adjusting a voltage level of high-frequency power output from the amplifier according to given level data.

また高周波電力制御部は、包絡線波形の第1番目の周期の各インターバル期間において過渡期間が経過するまでの間、レベル検出部が検出するレベルを設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに等しくした高周波電力を高周波信号発生・増幅部から出力させるために必要なレベルデータを高周波信号発生・増幅部に与えることにより、包絡線波形のレベルを設定目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、安定期間の間、レベル検出部が検出するレベルと対応するインターバル期間の設定目標レベルとの偏差を零にするように高周波信号発生・増幅部にレベルデータを与えて包絡線波形のレベルを設定目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行ない、第1番目の周期に続く第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間においては、過渡期間が経過するまでの間、包絡線波形のレベルを次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応する目標レベルに等しくするために必要なレベルデータを高周波信号発生・増幅部に与えることにより、包絡線波形のレベルを目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、安定期間の間、レベル検出部が検出するレベルと次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応する目標レベルとの偏差を零にするように高周波信号発生・増幅部にレベルデータを与えて包絡線波形のレベルを目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行なうように構成される。   In addition, the high frequency power control unit is configured to store the level detected by the level detection unit in the set target level storage unit until the transition period elapses in each interval period of the first cycle of the envelope waveform. Open the control to make the envelope waveform level equal to the set target level by giving the high-frequency signal generator / amplifier the level data necessary to output the high-frequency power equal to the target level from the high-frequency signal generator / amplifier. After performing the loop control, during the stable period, the envelope is obtained by giving level data to the high frequency signal generation / amplification unit so that the deviation between the level detected by the level detection unit and the set target level of the corresponding interval period becomes zero Control that keeps the level of the line waveform at the set target level is performed by feedback control, and the second cycle following the first cycle is performed. In each interval period of each period after the period, the level necessary to make the envelope waveform level equal to the corresponding target level stored in the next period target level storage until the transition period elapses By applying data to the high-frequency signal generator / amplifier, the level of the envelope waveform is controlled to be equal to the target level by open loop control, and then the level detected by the level detector during the stable period and the next cycle target Control that keeps the envelope waveform level at the target level by giving level data to the high-frequency signal generator / amplifier so that the deviation from the corresponding target level stored in the level storage unit becomes zero is performed by feedback control. Configured.

本願に開示された第4の発明は、第3の発明に適用されるもので、本発明においては、高周波信号発生・増幅部が、高周波信号発生器から増幅器に与えられる高周波信号のレベルをレベルデータに応じて調節するレベル調節部を備え、高周波信号発生器は、外部から与えられたレベルデータが示すレベルを有する高周波信号を出力するダイレクト・デジタル・シンセサイザ(DDS)により構成される。   The fourth invention disclosed in the present application is applied to the third invention. In the present invention, the high-frequency signal generation / amplification unit sets the level of the high-frequency signal supplied from the high-frequency signal generator to the amplifier. A high-frequency signal generator is provided with a level adjusting unit that adjusts according to data, and the high-frequency signal generator is configured by a direct digital synthesizer (DDS) that outputs a high-frequency signal having a level indicated by level data given from the outside.

そして、高周波電力制御部は、第1番目の周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間、増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに等しくするようにDDSにレベルデータを与えることにより第1番目の周期におけるオープンループ制御を行い、第1番目の周期の各インターバル期間の安定期間の間、レベル検出部により検出されるレベルと対応するインターバル期間の設定目標レベルとの偏差を零にするようにレベル調節部にレベルデータを与えることにより第1番目の周期の各インターバル期間でのフィードバック制御を行い、第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間、増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルに等しくするようにDDSにレベルデータを与えることにより第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間でのオープンループ制御を行い、第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の安定期間の間レベル検出部が検出するレベルと次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルとの偏差を零にするようにレベル調節部にレベルデータを与えることにより第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間におけるフィードバック制御を行なうように構成される。   The high frequency power control unit stores the envelope level of the voltage waveform of the high frequency power output from the amplifier in the set target level storage unit until the transition period of each interval period of the first cycle elapses. The open loop control in the first cycle is performed by giving level data to the DDS so as to be equal to the corresponding set target level, and the level detection unit performs the stable period of each interval period in the first cycle. Feedback control is performed in each interval period of the first period by giving level data to the level adjustment unit so that the deviation between the detected level and the set target level of the corresponding interval period becomes zero, High frequency output from the amplifier until the transition period of each interval period of each period after the 1st period elapses The level data is supplied to the DDS so as to make the level of the envelope of the voltage waveform of the power equal to the target level of the corresponding interval period stored in the next cycle target level storage unit, so that each of the subsequent cycles Performs open loop control in each interval period of the cycle, and is stored in the level detected by the level detection unit and the next cycle target level storage unit during the stable period of each interval period of each cycle after the second cycle By providing level data to the level adjuster so as to make the deviation from the target level of the corresponding interval period zero, feedback control is performed in each interval period of each period after the second period.

本願に開示された第5の発明も、第3の発明に適用される。本発明においては、高周波信号発生・増幅部が、高周波信号発生器から増幅器に与えられる高周波信号のレベルをレベルデータに応じて調節するレベル調節部を備えている。この場合、高周波電力制御部は、第1番目の周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間、増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを設定目標レベル記憶部に記憶された対応するインターバル期間の設定目標レベルに等しくするようにレベル調節部にレベルデータを与えることにより第1番目の周期の各インターバル期間におけるオープンループ制御を行い、第1番目の周期の各インターバル期間の安定期間の間、レベル検出部が検出するレベルと対応する設定目標レベルとの偏差を零にするようにレベル調節部にレベルデータを与えることにより第1番目の周期の各インターバル期間におけるフィードバック制御を行い、第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間、前記増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルに等しくするように前記レベル調節部にレベルデータを与えることにより第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間におけるオープンループ制御を行い、第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の安定期間の間レベル検出部が検出するレベルと次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルとの偏差を零にするようにレベル調節部にレベルデータを与えることにより第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間におけるフィードバック制御を行なうように構成される。   The fifth invention disclosed in the present application is also applied to the third invention. In the present invention, the high-frequency signal generation / amplification unit includes a level adjustment unit that adjusts the level of the high-frequency signal supplied from the high-frequency signal generator to the amplifier according to the level data. In this case, the high frequency power control unit stores the envelope level of the voltage waveform of the high frequency power output from the amplifier in the set target level storage unit until the transition period of each interval period of the first cycle elapses. The open loop control in each interval period of the first cycle is performed by giving level data to the level adjuster so as to be equal to the set target level of the corresponding interval period, and each interval period of the first cycle Feedback control in each interval period of the first cycle by providing level data to the level adjuster so that the deviation between the level detected by the level detector and the corresponding set target level is zero during the stable period Until the transition period of each interval period of each period after the second period elapses Providing level data to the level adjusting unit so as to make the level of the envelope of the voltage waveform of the high frequency power output from the amplifier equal to the target level of the corresponding interval period stored in the next cycle target level storage unit Performs the open loop control in each interval period of each period after the second period, and the level detected by the level detection unit during the stable period of each interval period after the second period and the next period target Feedback control in each interval period of each cycle after the second cycle by giving level data to the level adjustment unit so that the deviation from the target level of the corresponding interval period stored in the level storage unit becomes zero Configured to perform.

本願に開示された第6の発明も第3の発明に適用される。本発明においては、高周波信号発生・増幅部に設けられた高周波信号発生器が、外部から与えられたレベルデータが示すレベルを有する高周波信号を出力するダイレクト・デジタル・シンセサイザ(DDS)により構成される。   The sixth invention disclosed in the present application is also applied to the third invention. In the present invention, the high-frequency signal generator provided in the high-frequency signal generating / amplifying unit is constituted by a direct digital synthesizer (DDS) that outputs a high-frequency signal having a level indicated by level data given from the outside. .

この場合高周波電力制御部は、第1番目の周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを設定目標レベル記憶部に記憶された対応するインターバル期間の設定目標レベルに等しくするようにDDSにレベルデータを与えることにより第1番目の周期における各インターバル期間のオープンループ制御を行い、第1番目の周期の各インターバル期間の安定期間の間、レベル検出部が検出するレベルと対応するインターバル期間の設定目標レベルとの偏差を零にするようにDDSにレベルデータを与えることにより第1番目の周期の各インターバル期間におけるフィードバック制御を行い、第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間、増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルに等しくするように前記DDSにレベルデータを与えることにより第2番目の周期以降の各周期におけるオープンループ制御を行い、第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の安定期間の間、レベル検出部が検出するレベルと次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルとの偏差を零にするようにDDSにレベルデータを与えることにより第2番目の周期以降の各周期におけるフィードバック制御を行なうように構成される。   In this case, the high frequency power control unit stores the envelope level of the voltage waveform of the high frequency power output from the amplifier until the transition period of each interval period of the first cycle elapses, in the set target level storage unit. By providing level data to the DDS so as to be equal to the set target level of the corresponding interval period, open loop control of each interval period in the first period is performed, and the stable period of each interval period in the first period is set. Meanwhile, feedback control in each interval period of the first cycle is performed by giving level data to the DDS so that the deviation between the level detected by the level detection unit and the set target level of the corresponding interval period becomes zero, Until the transition period of each interval period of each period after the second period elapses The level data is supplied to the DDS so that the level of the envelope of the voltage waveform of the high frequency power output from the amplifier is equal to the target level of the corresponding interval period stored in the next period target level storage unit. Performs open loop control in each cycle after the second cycle, and stores the level detected by the level detection unit and the next cycle target level storage unit during the stable period of each interval period of each cycle after the second cycle The feedback control in each cycle after the second cycle is performed by giving level data to the DDS so that the deviation from the target level in the corresponding interval period is zero.

本発明によれば、ステップ状のレベル変化を示す波形により変調された電圧波形を有する高周波電力を得る際に、高周波電力の電圧波形の包絡線の波形の各周期の各インターバル期間の開始直後の過渡期間の間のレベル制御を、フィードバック制御によるのではなく、オープンループ制御により行ない、高周波電力の電圧波形の包絡線の波形の各周期の各インターバル期間の過渡期間が経過した後の安定期間の間レベル検出部が検出したレベルを目標レベルに保つ制御をフィードバック制御で行なうようにしたので、レベル変化の周期が如何なる場合でも、各レベル変化タイミングでリンギングや波形鈍りが生じることがなく、かつ各インターバル期間の安定期間における包絡線のレベルが正確に目標レベルに保たれた電圧波形を有する高周波電力を得ることができる。   According to the present invention, when high-frequency power having a voltage waveform modulated by a waveform indicating a step-like level change is obtained, immediately after the start of each interval period of each cycle of the envelope waveform of the voltage waveform of the high-frequency power. Level control during the transition period is not performed by feedback control but by open loop control, and the stable period after the transition period of each interval period of each period of the envelope waveform of the high-frequency power voltage waveform is passed. Since the control for maintaining the level detected by the inter-level detection unit at the target level is performed by feedback control, ringing or waveform dullness does not occur at each level change timing, regardless of the level change cycle, and each High frequency with a voltage waveform in which the envelope level is accurately maintained at the target level in the stable period of the interval period It is possible to obtain the power.

また本発明によれば、包絡線波形の各周期の各インターバル期間における目標レベルを、直近の1以上の周期の対応するインターバル期間において実際にフィードバック制御された安定なレベルの平均値に等しくしたことにより、各インターバル期間の過渡期間で増幅器から出力される高周波電力の電圧波形の包絡線波形のレベルと、安定期間で増幅器から出力される高周波電力の包絡線波形のレベルとの間に殆ど差が生じないようにすることができるので、レベル変化の周期が如何なる場合でも、各レベル変化タイミングでリンギングや波形鈍りが生じるのを防ぐことができるだけでなく、制御がオープンループ制御からフィードバック制御に切り替る際に電圧変動が生じるのを防いで、きれいな波形の高周波電力を得ることができる。   According to the present invention, the target level in each interval period of each cycle of the envelope waveform is made equal to the average value of the stable levels actually feedback-controlled in the corresponding interval period of one or more cycles. Therefore, there is almost no difference between the level of the envelope waveform of the voltage waveform of the high frequency power output from the amplifier during the transition period of each interval period and the level of the envelope waveform of the high frequency power output from the amplifier during the stable period. Since it can be prevented from occurring, it is possible not only to prevent ringing and waveform dullness at each level change timing, but also the control is switched from open loop control to feedback control regardless of the level change period. In this case, it is possible to obtain high-frequency power having a clean waveform by preventing voltage fluctuations.

また本発明によれば、高周波電力の電圧波形の包絡線波形の各レベル変化タイミングで、リンギングや波形鈍りが発生するのを防ぐことができるため、過度期間を短くして、包絡線波形のレベルの検出速度を高めることができる。そのため、高周波電力を変調するステップ波形のレベル変化が高速である場合にも、各インターバル期間の過渡期間におけるレベル制御と、安定期間におけるレベル制御とを正確に行なわせることができ、高速のパルス波形またはステップ波形により高周波電力を変調する場合にも対応することができる。   Further, according to the present invention, it is possible to prevent ringing and waveform dullness from occurring at each level change timing of the envelope waveform of the voltage waveform of the high-frequency power. The detection speed can be increased. Therefore, even when the level change of the step waveform that modulates the high-frequency power is fast, the level control in the transition period of each interval period and the level control in the stable period can be performed accurately, and the high-speed pulse waveform Alternatively, it is possible to cope with the case where high-frequency power is modulated by a step waveform.

本発明に係わる高周波電源装置の第1の実施形態の構成を示したブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a first embodiment of a high-frequency power supply device according to the present invention. 本発明に係わる高周波電源装置の第2の実施形態の構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of 2nd Embodiment of the high frequency power supply device concerning this invention. 本発明に係わる高周波電源装置の第3の実施形態の構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of 3rd Embodiment of the high frequency power supply device concerning this invention. 高周波電力を変調する波形の一例を模式的に示した波形図である。It is the wave form diagram which showed typically an example of the waveform which modulates high frequency electric power. (A)は本発明に係わる高周波電源装置が出力する高周波電力の電圧波形を模式的に示した波形図である。(B)は本発明における高周波電圧のレベル制御の方法を説明する波形図である。(A) is the wave form diagram which showed typically the voltage waveform of the high frequency electric power which the high frequency power supply device concerning this invention outputs. (B) is a wave form diagram explaining the method of level control of the high frequency voltage in this invention. 図5(B)に示した波形の一部を拡大して示した波形図である。FIG. 6 is an enlarged waveform diagram showing a part of the waveform shown in FIG. 図5(B)に示した波形の他の一部を拡大して示した波形図である。FIG. 6 is an enlarged waveform diagram showing another part of the waveform shown in FIG. 高周波電力を変調する波形の他の例を模式的に示した波形図である。It is the wave form diagram which showed typically the other example of the waveform which modulates high frequency electric power. (A)は高周波電源装置から出力させるべき高周波電力の電圧波形の一例を模式的に示した波形図、(B)は従来の高周波電源装置により(A)の電圧波形を有する高周波電力を発生させた場合に得られる電圧波形の包絡線の実波形の一例を模式的に示した波形図、(C)は従来の高周波電源装置により(A)の電圧波形を有する高周波電力を発生させた場合に得られる電圧波形の包絡線の実波形の他の例を模式的に示した波形図である。(A) is the wave form diagram which showed typically an example of the voltage waveform of the high frequency electric power which should be output from a high frequency power supply device, (B) generated the high frequency electric power which has the voltage waveform of (A) with the conventional high frequency power supply device. FIG. 6C is a waveform diagram schematically showing an example of the actual waveform of the envelope of the voltage waveform obtained in the case where the high frequency power having the voltage waveform of FIG. It is the wave form diagram which showed typically the other example of the actual waveform of the envelope of the voltage waveform obtained. (A)は図9(A)に示した例よりも変調波形の周波数を高くした場合の電圧波形の包絡線の波形を模式的に示した波形図、(B)は従来の高周波電源装置により(A)の電圧波形を有する高周波電力を発生させた場合に得られる電圧波形の包絡線の実波形の一例を模式的に示した波形図、(C)は従来の高周波電源装置により(A)の電圧波形を有する高周波電力を発生させた場合に得られる電圧波形の包絡線の実波形の他の例を模式的に示した波形図である。(A) is a waveform diagram schematically showing the waveform of the envelope of the voltage waveform when the frequency of the modulation waveform is made higher than that of the example shown in FIG. 9 (A), and (B) is a diagram of a conventional high-frequency power supply device. The waveform diagram which showed typically an example of the actual waveform of the envelope of the voltage waveform obtained when the high frequency electric power which has the voltage waveform of (A) was generated, (C) is (A) by the conventional high frequency power supply device. It is the wave form diagram which showed typically the other example of the actual waveform of the envelope of the voltage waveform obtained when the high frequency electric power which has this voltage waveform was generated.

以下図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
[第1の実施形態]
本発明が対象とする高周波電源装置は、電圧波形の包絡線の波形(包絡線波形)が、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを1周期の間に複数有して、隣り合うレベル変化タイミングの間の期間が一定のレベルを保持し続けるインターバル期間となっている波形を周期的に繰り返すステップ波形で変調された高周波電力を出力する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[First Embodiment]
The high-frequency power supply device to which the present invention is applied has a plurality of level change timings in one cycle in which the waveform of the envelope of the voltage waveform (envelope waveform) indicates a step-like level change, and the adjacent level change A high-frequency power modulated by a step waveform that periodically repeats a waveform that is an interval period in which a period between timings keeps a constant level is output.

本実施形態では、図4に示すように、1周期の間に3つのレベル変化タイミングを有する3値の(1周期の間に3つのレベルをとる)ステップ波形により高周波電力を変調するものとする。従って、本実施形態の高周波電源装置から出力される高周波電力は、その電圧波形の包絡線の波形(包絡線波形という。)が、図4に示すように、1周期が3つのインターバル期間により構成されたステップ波形(階段状波形)を呈する。   In the present embodiment, as shown in FIG. 4, high-frequency power is modulated by a ternary step waveform having three level change timings during one cycle (takes three levels during one cycle). . Therefore, the high-frequency power output from the high-frequency power supply device according to the present embodiment has an envelope waveform of the voltage waveform (referred to as an envelope waveform), and one cycle is composed of three interval periods as shown in FIG. Presents a step waveform (stepped waveform).

図4において、Tn (n=1,2,3,…)はn番目の周期、tan,tbn,tcnは、n番目の周期に存在するレベル変化タイミング、t1n,t2n,t3nはn番目の周期に存在する第1ないし第3インターバル期間である。またP1n,P2n,P3n(図示の例ではP1n>P2n>P3n)はそれぞれ、n番目の周期の第1ないし第3インターバル期間t1n,t2n,t3nにおける高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルである。n番目の周期におけるインターバル期間t1n,t2n,t3nの長さは等しくなくてもよいが、図4に示した例では、これらのインターバル期間がすべて等しく設定されている。即ちt1n=t2n=t3nとなっている。本実施形態では、n番目の周期のインターバル期間t1n,t2n,t3nにおける高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルP1n,P2n,P3nがそれぞれ、他の周期のインターバル期間における対応するレベルに等しく設定されている。   In FIG. 4, Tn (n = 1, 2, 3,...) Is the nth cycle, tan, tbn, tcn are the level change timings existing in the nth cycle, and t1n, t2n, t3n are the nth cycle. Are the first to third interval periods. P1n, P2n, and P3n (P1n> P2n> P3n in the illustrated example) are the levels of the envelope of the voltage waveform of the high-frequency power in the first to third interval periods t1n, t2n, and t3n of the nth cycle, respectively. . The lengths of the interval periods t1n, t2n, and t3n in the nth cycle do not have to be equal, but in the example shown in FIG. 4, all these interval periods are set equal. That is, t1n = t2n = t3n. In the present embodiment, the envelope levels P1n, P2n, P3n of the voltage waveform of the high frequency power in the interval periods t1n, t2n, t3n of the nth cycle are set equal to the corresponding levels in the interval periods of other cycles. ing.

本実施形態の制御方法では、上記のように、電圧波形の包絡線の波形(包絡線波形)が、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを1周期の間に複数有し、各レベル変化タイミングと次のレベル変化タイミングとの間の期間が一定のレベルを保持し続けるインターバル期間となっているステップ波形を呈するように変調された(ステップ波形で変調された)高周波電力を、高周波信号発生器と該高周波信号発生器が発生する高周波信号を増幅する増幅器とを備えた高周波信号発生・増幅部から出力させるに当たり、包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを目標レベルに保つように制御する。   In the control method of the present embodiment, as described above, the envelope waveform (envelope waveform) of the voltage waveform has a plurality of level change timings indicating step-like level changes in one cycle, and each level change High-frequency signal generated from high-frequency power modulated (modulated with a step waveform) so as to exhibit a step waveform in which the period between the timing and the next level change timing is an interval period that maintains a constant level When the high-frequency signal generator / amplifier is provided with an amplifier and an amplifier that amplifies the high-frequency signal generated by the high-frequency signal generator, the envelope waveform is maintained at a target level at each interval period of each cycle. To control.

そのため、本実施形態では、高周波電源装置が出力する高周波電力の電圧波形の包絡線波形のレベルを検出するレベル検出部を設けておき、高周波電源装置から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線波形がその1周期の間に有する各インターバル期間でとるべきレベルの設定値を各インターバル期間の設定目標レベルとして設定目標レベル記憶部に記憶させておく。この設定目標レベルは負荷に高周波電力を供給する際に1回だけ設定されてもよく、負荷に高周波電力を供給している途中で適宜更新されてもよい。   Therefore, in this embodiment, a level detection unit that detects the level of the envelope waveform of the voltage waveform of the high frequency power output from the high frequency power supply device is provided, and the envelope waveform of the voltage waveform of the high frequency power output from the high frequency power supply device is provided. Is stored in the set target level storage unit as a set target level for each interval period. This set target level may be set only once when high-frequency power is supplied to the load, or may be appropriately updated while high-frequency power is being supplied to the load.

本実施形態では、包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを目標レベルに保つ制御を行うに当たり、包絡線波形の各周期の各インターバル期間を、その開始直後に設定された過渡期間と該過渡期間が経過した後の安定期間とに分け、過渡期間と安定期間とで異なる制御を行う。   In the present embodiment, when performing control to keep the level of the envelope waveform to be taken in each interval period of each cycle at the target level, each interval period of each cycle of the envelope waveform is set to a transient period set immediately after the start. And the stable period after the transition period elapses, and different control is performed in the transient period and the stable period.

本実施形態ではまた、電圧波形の包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを設定目標レベルとした高周波電力を高周波電源装置から最初に出力させる際の包絡線波形の最初の周期を第1番目の周期として、包絡線波形の第1番目の周期から第m−1番目の周期(mは2以上の整数からなる設定値)までの各周期においては、第1番目の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算し、包絡線波形の第m番目の周期以降の各周期においては、m−1個前の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したm個のレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算して、演算した各インターバル期間の平均検出レベルを、該平均検出レベルを演算した周期の次の周期の対応するインターバル期間で包絡線波形がとるべき目標レベルとして次周期目標レベル記憶部に記憶しておく。   In the present embodiment, the first cycle of the envelope waveform when the high frequency power is first output from the high frequency power supply device with the voltage waveform envelope waveform set to the set target level for each interval period of the cycle is the first cycle. As the first cycle, in each cycle from the first cycle of the envelope waveform to the (m-1) th cycle (m is a set value consisting of an integer of 2 or more), the first cycle to the present A level obtained by averaging the levels detected by the level detection unit in the stable period of each interval period corresponding to each period up to the period is calculated as the average detection level of each interval period, and thereafter the mth period of the envelope waveform In each cycle, m levels detected by the level detection unit in the stable period of each interval period corresponding to each cycle from the previous cycle of m−1 to the current cycle are displayed. The average level is calculated as the average detection level for each interval period, and the calculated average detection level for each interval period is taken by the envelope waveform in the interval period corresponding to the period following the period for which the average detection level is calculated. The target level is stored in the next cycle target level storage unit.

上記「第1番目の周期」は、電圧波形の包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを所定の設定目標レベルとした高周波電力を高周波電源装置から最初に出力させる際の包絡線波形の最初の周期であり、設定目標レベルを更新した場合には、包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルが更新された設定目標レベルに等しい高周波電力を初めて出力させる際の最初の周期である。   The “first period” is an envelope when the high-frequency power is first output from the high-frequency power supply device with a predetermined set target level for the envelope waveform of the voltage waveform that should be taken in each interval period of each period. This is the first period of the waveform, and when the set target level is updated, the first time when high-frequency power is output for the first time, the envelope waveform is equal to the set target level at which the level to be taken in each interval period of each period is updated. It is a cycle.

そして、本実施形態の制御方法では、包絡線波形の第1番目の周期の各インターバル期間では、設定された過渡期間が経過するまでの間、レベル検出部が検出するレベルを設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、安定期間の間、レベル検出部が検出するレベルを設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行ない、包絡線波形の第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間では、過渡期間が経過するまでの間レベル検出部が検出するレベルを次周期目標レベル記憶部に記憶された対応する目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、安定期間の間、レベル検出部が検出するレベルを次周期目標レベル記憶部に記憶された対応する目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行なう。   And in the control method of this embodiment, in each interval period of the first cycle of the envelope waveform, the level detected by the level detector until the set transient period elapses is set as a target level storage unit After performing the control to be equal to the corresponding set target level stored in the open loop control, the level detected by the level detection unit during the stable period is set to the corresponding set target level stored in the set target level storage unit. Control for maintaining is performed by feedback control, and in each interval period of each cycle after the second cycle of the envelope waveform, the level detected by the level detection unit until the transition period elapses is stored in the next cycle target level storage unit. After performing control to equalize the corresponding target level stored by open loop control, the level detection unit detects during the stable period Performed by the feedback control of the control to keep the bell corresponding target level is stored in the next cycle target level storage section.

図1は上記の制御方法を実施する本発明に係わる高周波電源装置の第1の実施形態の構成を示したものである。図1において、1は高周波信号を増幅して高周波電力を出力する高周波信号発生・増幅部、2は高周波信号発生・増幅部1が出力する高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルをレベルとして検出するレベル検出部、3は設定目標レベル記憶部、4は平均検出レベル演算部、5は次周期目標レベル記憶部、6はレベル検出部2により検出される包絡線波形のレベルを目標レベルとするように高周波信号発生・増幅部を制御する高周波電力制御部である。   FIG. 1 shows a configuration of a first embodiment of a high-frequency power supply apparatus according to the present invention that implements the above control method. In FIG. 1, 1 is a high-frequency signal generating / amplifying unit that amplifies a high-frequency signal and outputs high-frequency power, and 2 is a level detected by the level of the voltage waveform envelope of the high-frequency power output from the high-frequency signal generating / amplifying unit A level detection unit, 3 is a set target level storage unit, 4 is an average detection level calculation unit, 5 is a next cycle target level storage unit, and 6 is a level of an envelope waveform detected by the level detection unit 2 as a target level. Thus, the high frequency power control unit controls the high frequency signal generation / amplification unit.

各部を更に詳細に説明すると、高周波信号発生・増幅部1は、外部から与えられた周波数データ(デジタル値)が示す周波数と、外部から与えられたレベルデータ(デジタル値)が示す電圧レベルとを有する高周波信号を発生する高周波信号発生器101と、高周波信号発生器101が発生する高周波信号を増幅する増幅器102と、高周波信号発生器101と増幅器102との間に挿入されて、外部から与えられるレベルデータ(アナログ信号)に応じて、高周波信号発生器101から増幅器102に入力される高周波信号の電圧レベルを調整するレベル調節部103と、外部から与えられるレベルデータ(デジタル値)をアナログ信号に変換してレベル調節部103に与えるD/A変換器104とからなっている。   Each part will be described in more detail. The high-frequency signal generating / amplifying unit 1 determines the frequency indicated by the frequency data (digital value) given from the outside and the voltage level indicated by the level data (digital value) given from the outside. A high-frequency signal generator 101 for generating a high-frequency signal, an amplifier 102 for amplifying the high-frequency signal generated by the high-frequency signal generator 101, and inserted between the high-frequency signal generator 101 and the amplifier 102 and supplied from the outside. In accordance with the level data (analog signal), the level adjustment unit 103 that adjusts the voltage level of the high-frequency signal input from the high-frequency signal generator 101 to the amplifier 102, and the level data (digital value) given from the outside to the analog signal It comprises a D / A converter 104 that converts it and supplies it to the level adjusting unit 103.

本実施形態では、高周波信号発生器101として、周波数データ(デジタル値)が示す通りの周波数と、外部から与えられたレベルデータ(デジタル値)が示す通りの電圧レベルとを有する高周波信号を発生するダイレクト・デジタル・シンセサイザー(DDS)が用いられている。   In this embodiment, the high frequency signal generator 101 generates a high frequency signal having a frequency as indicated by frequency data (digital value) and a voltage level as indicated by level data (digital value) given from the outside. A direct digital synthesizer (DDS) is used.

レベル調節部103は例えば電子ボリュームからなっていて、A/D変換器104から与えられた制御信号(電圧信号)に応じて増幅器102に入力する高周波信号のレベルを調節する。本実施形態では、レベル調節部103によるレベル調節と、DDS用レベルデータによるDDS101の出力レベルの調節との双方により、高周波信号発生・増幅部1の出力を調節することができるようにしている。   The level adjustment unit 103 is composed of, for example, an electronic volume, and adjusts the level of the high-frequency signal input to the amplifier 102 in accordance with a control signal (voltage signal) given from the A / D converter 104. In the present embodiment, the output of the high-frequency signal generating / amplifying unit 1 can be adjusted by both the level adjustment by the level adjustment unit 103 and the adjustment of the output level of the DDS 101 by the DDS level data.

レベル調節部103によるレベル調節及びDDS用レベルデータによるDDS101の出力レベルの調節のいずれによっても、増幅器102から出力させる高周波電力の出力を調整できるが、本実施形態では、高周波電力を変調する波形がステップ状のレベル変化を示す各レベル変化タイミングから設定された過渡期間が経過するまでの期間においては、DDS101に与えるレベルデータの大きさにより増幅器102から出力させる高周波電力の出力を調整し、各レベル変化タイミングから過渡期間が経過した後のインターバル期間においては、レベル調節部103に与えるレベルデータの大きさにより増幅器102から出力させる高周波電力の出力を調整する。   The output of the high frequency power output from the amplifier 102 can be adjusted by either the level adjustment by the level adjustment unit 103 or the adjustment of the output level of the DDS 101 by the DDS level data, but in this embodiment, the waveform for modulating the high frequency power has a waveform. In the period from the level change timing indicating the step-like level change until the set transient period elapses, the output of the high frequency power output from the amplifier 102 is adjusted according to the level data level applied to the DDS 101, and each level is adjusted. In the interval period after the transition period has elapsed from the change timing, the output of the high frequency power output from the amplifier 102 is adjusted according to the level data level applied to the level adjusting unit 103.

本実施形態では、D/A変換器104として、デジタルデータがパラレル入力されるように構成されていて、高速でD/A変換を行なうことができるものを用いている。これに対し、DDS101としては、デジタル値からなるレベルデータがシリアル入力されるものを用いている。   In the present embodiment, the D / A converter 104 is configured such that digital data is inputted in parallel and can perform D / A conversion at high speed. On the other hand, as the DDS 101, a level data composed of digital values is serially input.

レベル検出部2は、増幅器102の出力端と負荷につながるケーブルとの間に挿入されて増幅器102が出力する高周波電圧の一部を分岐する分波器201と、分波器201の出力から高調波成分などの不要成分を除去して高周波電圧の基本周波数成分を取り出すフィルタ202と、フィルタ202から出力される高周波電圧を包絡線検波してその包絡線を検出する検波器203と、検波器203の出力のレベルを検出するレベル検出器204と、レベル検出器204の出力をデジタル値に変換するA/D変換器205とからなっていて、高周波信号発生・増幅部1が出力する高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを検出する。   The level detection unit 2 is inserted between the output terminal of the amplifier 102 and the cable connected to the load, and separates a part of the high-frequency voltage output from the amplifier 102. A filter 202 that removes an unnecessary component such as a wave component and extracts a fundamental frequency component of a high-frequency voltage, a detector 203 that detects an envelope by detecting the high-frequency voltage output from the filter 202, and a detector 203 The level detector 204 for detecting the output level of the signal and the A / D converter 205 for converting the output of the level detector 204 into a digital value, and the high-frequency power output from the high-frequency signal generating / amplifying unit 1 Detect the envelope level of the voltage waveform.

設定目標レベル記憶部3は、高周波電源装置から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線波形がその1周期の間に有する各インターバル期間でとるべきレベルの設定値を各インターバル期間の設定目標レベルとして記憶する。本実施形態では、電圧波形の包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを設定目標レベルとした高周波電力を高周波電源装置から最初に出力させる際の包絡線波形の最初の周期を第1番目の周期として、この第1番目の周期の各インターバル期間で包絡線波形のレベルを制御する際に、設定目標レベル記憶部3に記憶された各インターバル期間の設定目標レベルを、包絡線波形が各インターバル期間でとるべき目標レベルとする。図5に示した例ではインターバル期間t11,t21,t31において高周波電力の電圧波形の包絡線波形がとるべき目標レベル(図5に示した例ではP11,P21,P31)を設定目標レベルとして設定目標レベル記憶部3に記憶しておく。設定目標レベル記憶部3は、高周波電力制御部6の主要部を構成するマイクロプロセッサに設けられたメモリと、該メモリへのデータの書き込みと該メモリからのデータの読み出しとを行うプログラムとにより構成される。   The set target level storage unit 3 sets the set value of the level to be taken in each interval period that the envelope waveform of the voltage waveform of the high frequency power output from the high frequency power supply device has during one cycle as the set target level for each interval period. Remember. In this embodiment, the first cycle of the envelope waveform when the high-frequency power is first output from the high-frequency power supply device with the set target level being the level that the envelope waveform of the voltage waveform should take in each interval period of each cycle is the first cycle. As the first cycle, when controlling the level of the envelope waveform in each interval period of the first cycle, the set target level of each interval period stored in the set target level storage unit 3 is used as the envelope waveform. Is the target level to be taken in each interval period. In the example shown in FIG. 5, the target level (P11, P21, P31 in the example shown in FIG. 5) that the envelope waveform of the voltage waveform of the high frequency power should take in the interval periods t11, t21, t31 is set as the set target level. Stored in the level storage unit 3. The set target level storage unit 3 includes a memory provided in a microprocessor constituting the main part of the high-frequency power control unit 6, and a program for writing data to the memory and reading data from the memory. Is done.

本実施形態では、変調された高周波電力を最初に出力させる際の包絡線波形の最初の周期を「第1番目の周期」としているが、包絡線波形の各周期のインターバル期間で包絡線波形がとるべき設定目標レベルを負荷に高周波電力を供給している途中で変更する場合には、各周期の各インターバル期間で包絡線波形がとるべき設定目標レベルが変更された(更新された)高周波電力を最初に出力させる際の包絡線波形の最初の周期が「第1番目の周期」となる。   In the present embodiment, the first cycle of the envelope waveform when the modulated high-frequency power is first output is the “first cycle”. However, the envelope waveform is generated in the interval period of each cycle of the envelope waveform. When changing the set target level to be taken in the middle of supplying high frequency power to the load, the set target level that the envelope waveform should take in each interval period of each cycle has been changed (updated) The first cycle of the envelope waveform when the first is output is the “first cycle”.

設定目標レベル記憶部3に記憶させる設定目標レベルは、キーボードやデジタルスイッチなどにより外部から書き込むことができるようになっている。   The set target level to be stored in the set target level storage unit 3 can be written from the outside by a keyboard, a digital switch, or the like.

平均検出レベル演算部4は、電圧波形の包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルが設定目標レベルである高周波電力を高周波電源装置から最初に出力させる際の包絡線波形の最初の周期を第1番目の周期とし、包絡線波形の各周期の各インターバル期間をその開始直後に設定された過渡期間と該過渡期間が経過した後の安定期間とに分けて、包絡線波形の第1番目の周期から第m−1番目の周期(mは2以上の整数からなる設定値)までの各周期においては、第1番目の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算し、包絡線波形の第m番目の周期以降の各周期においては、m−1個前の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したm個のレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算する。   The average detection level calculation unit 4 first outputs the envelope waveform when the envelope waveform of the voltage waveform is first output from the radio frequency power supply device with the high frequency power whose level to be taken in each interval period of each cycle is the set target level. The cycle is the first cycle, and each interval period of each cycle of the envelope waveform is divided into a transient period set immediately after the start and a stable period after the transient period has elapsed, In each cycle from the first cycle to the m-1st cycle (m is a set value consisting of an integer of 2 or more), each interval corresponding to each cycle from the first cycle to the current cycle A level obtained by averaging the levels detected by the level detection unit in the stable period is calculated as an average detection level for each interval period, and in each cycle after the mth cycle of the envelope waveform, m− Each cycle of the corresponding level of the level detector in the stable period has averaged the m levels detected for each interval period from pieces previous cycle to the current cycle is calculated as a mean detection level in each interval period.

即ち、平均検出レベル演算部4は、第1番目の周期から現在の周期までに設定数m個の周期が存在しないときには、第1番目の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応するインターバル期間の安定期間でレベル検出部2が検出したレベルを平均して平均検出レベルを演算し、第1番目の周期から現在の周期までに設定数m個以上の周期が存在するようになった後は、直近のm個の周期の対応するインターバル期間の安定期間でレベル検出部により検出されたレベルの単純移動平均値を平均検出レベルとして演算する。   That is, when there is no set number m of cycles from the first cycle to the current cycle, the average detection level calculation unit 4 corresponds to the interval corresponding to each cycle from the first cycle to the current cycle. After averaging the levels detected by the level detection unit 2 in the stable period, the average detection level is calculated, and after the first cycle to the current cycle, there are more than a set number m of cycles. Calculates a simple moving average value of the level detected by the level detection unit in the stable period of the interval period corresponding to the latest m cycles as the average detection level.

次周期目標レベル記憶部5は、平均検出レベル演算部4により演算された各インターバル期間の平均検出レベルを、該平均検出レベルを演算した周期の次の周期の対応するインターバル期間において該包絡線がとるべき目標レベルとして記憶する。   The next cycle target level storage unit 5 displays the average detection level of each interval period calculated by the average detection level calculation unit 4 in the interval period corresponding to the next cycle of the cycle in which the average detection level is calculated. Memorize as the target level to be taken.

図5に示した例で具体的に説明すると、第1番目の周期T1においては、第1ないし第3インターバル期間t11ないしt31の開始直後にそれぞれ一定の過渡期間Δt11ないしΔt31が設定され、t11−Δt11、t21−Δt21及びt31−Δt31がそれぞれ第1ないし第3インターバル期間t11ないしt31の安定期間となっている。同様に、第2番目の周期T2においては、第1ないし第3インターバル期間t12ないしt32(t32は図示せず。)の開始直後に過渡期間Δt12ないしΔt32が設定され、t12−Δt12、t22−Δt22及びt32−Δt32がそれぞれ第1ないし第3インターバル期間t12ないしt32の安定期間となっている。   Specifically, in the example shown in FIG. 5, in the first period T1, constant transient periods Δt11 to Δt31 are set immediately after the start of the first to third interval periods t11 to t31, respectively, and t11− Δt11, t21-Δt21, and t31-Δt31 are the stable periods of the first to third interval periods t11 to t31, respectively. Similarly, in the second period T2, transient periods Δt12 to Δt32 are set immediately after the start of the first to third interval periods t12 to t32 (t32 is not shown), and t12−Δt12, t22−Δt22. And t32−Δt32 are the stable periods of the first to third interval periods t12 to t32.

ここで例えばm=2とすると、第1番目の周期T1においては、平均検出レベル演算部4が、第1インターバル期間t11の安定期間t11−Δt11、第2インターバル期間t21の安定期間t21−Δt21及び第3インターバル期間t31の安定期間t31−Δt31でそれぞれレベル検出部2が検出したレベルを第1インターバル期間ないし第3インターバル期間の平均検出レベルとする。これらの平均検出レベルは、平均検出レベルを演算した周期T1の次の周期T2の第1ないし第3インターバル期間t12ないしt32で包絡線波形がとるべき目標レベルとして次周期目標レベル記憶部5に記憶される。   Here, if m = 2, for example, in the first period T1, the average detection level calculation unit 4 performs the stable period t11−Δt11 of the first interval period t11, the stable period t21−Δt21 of the second interval period t21, and The levels detected by the level detection unit 2 during the stable period t31-Δt31 of the third interval period t31 are set as the average detection level of the first interval period to the third interval period. These average detection levels are stored in the next cycle target level storage unit 5 as target levels that the envelope waveform should take in the first to third interval periods t12 to t32 of the next cycle T2 of the cycle T1 in which the average detection level is calculated. Is done.

平均検出レベル演算部4はまた、第2番目の周期T2において、第1番目の周期T1の第1インターバル期間t11の安定期間t11−Δt11でレベル検出部2が検出したレベルと第2番目の周期T2の第1インターバル期間t12の安定期間t12−Δt12でレベル検出部2が検出したレベルとの平均値、第1番目の周期T1の第2インターバル期間t21の安定期間t21−Δt21でレベル検出部2が検出したレベルと第2番目の周期T2の第2インターバル期間t22の安定期間t22−Δt22でレベル検出部2が検出したレベルとの平均値、及び第1番目の周期T1の第3インターバル期間t31の安定期間t31−Δt31でレベル検出部2が検出したレベルと第2番目の周期T2の第3インターバル期間t32の安定期間t32−Δt32でレベル検出部2が検出したレベルとの平均値をそれぞれ第1インターバル期間ないし第3インターバル期間の平均検出レベルとして演算する。これらの平均検出レベルは、平均検出レベルを演算した周期T2の次の周期T3の第1ないし第3インターバル期間で包絡線波形がとるべき目標レベルとして次周期目標レベル記憶部5に記憶される。   In the second period T2, the average detection level calculation unit 4 also detects the level detected by the level detection unit 2 during the stable period t11-Δt11 of the first interval period t11 of the first period T1 and the second period. The average value with the level detected by the level detector 2 during the stable period t12-Δt12 of the first interval period t12 of T2, and the level detector 2 during the stable period t21-Δt21 of the second interval period t21 of the first period T1. And the average value of the level detected by the level detector 2 during the stable period t22-Δt22 of the second interval period t22 of the second period T2, and the third interval period t31 of the first period T1. The level detected by the level detector 2 during the stable period t31-Δt31 and the level detected by the level detector 2 during the stable period t32-Δt32 of the third interval period t32 of the second period T2. Calculating an average value as the average detection level of the first interval period to third interval period, respectively. These average detection levels are stored in the next cycle target level storage unit 5 as target levels that the envelope waveform should take in the first to third interval periods of the cycle T3 next to the cycle T2 in which the average detection level is calculated.

以下同様にして、第3番目の周期以降の各周期においても、1個前の周期から現在の周期までの各インターバル期間の安定期間で検出されたレベルの平均値を求める演算を行って、演算された平均検出レベルを、次周期の各インターバル期間で包絡線波形がとるべき目標レベルとして次周期目標レベル記憶部5に記憶する。   Similarly, in each cycle after the third cycle, an operation is performed to obtain an average value of the levels detected in the stable period of each interval period from the previous cycle to the current cycle. The average detected level is stored in the next cycle target level storage unit 5 as a target level that the envelope waveform should take in each interval period of the next cycle.

高周波電力制御部6は、レベル検出部2が検出する包絡線波形のレベルを目標レベルとするように高周波信号発生・増幅部を制御する部分で、各部を制御するコントローラ601と、出力設定データ入力部602と、誤差レベル検出部604と、選択処理部605と、制御演算部606とを備えている。   The high-frequency power control unit 6 is a part that controls the high-frequency signal generation / amplification unit so that the level of the envelope waveform detected by the level detection unit 2 becomes the target level. A unit 602, an error level detection unit 604, a selection processing unit 605, and a control calculation unit 606.

出力設定データ入力部602は、高周波信号発生・増幅部1から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線の波形を規定するために必要なデータ(出力設定データ)をコントローラ601に入力する部分であり、出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線波形の各インターバル期間の長さ、各インターバル期間における電圧レベル、変調波形の繰り返し周波数などをコントローラ601に入力する。   The output setting data input unit 602 is a part for inputting data (output setting data) necessary for defining the waveform of the envelope of the voltage waveform of the high frequency power output from the high frequency signal generating / amplifying unit 1 to the controller 601. The length of each interval period of the envelope waveform of the voltage waveform of the high-frequency power to be output, the voltage level in each interval period, the repetition frequency of the modulation waveform, and the like are input to the controller 601.

誤差レベル検出部604は、包絡線波形の各周期の各インターバル期間でレベル検出部2が検出するレベルと対応するインターバル期間で包絡線波形がとるべき設定目標レベルとの偏差(誤差)を検出する部分である。図示の誤差レベル検出部604は、レベル検出部2が検出した各インターバル期間における包絡線波形のレベルと、設定目標レベル記憶部3又は次周期目標レベル記憶部5から読み出した対応するインターバル期間における目標レベルとを比較して、比較した両レベルの間の偏差を示す誤差信号を出力する。   The error level detector 604 detects a deviation (error) between the level detected by the level detector 2 in each interval period of each cycle of the envelope waveform and the set target level that the envelope waveform should take in the corresponding interval period. Part. The illustrated error level detection unit 604 includes the level of the envelope waveform in each interval period detected by the level detection unit 2 and the target in the corresponding interval period read from the set target level storage unit 3 or the next cycle target level storage unit 5. The level is compared, and an error signal indicating a deviation between the compared levels is output.

選択処理部605は、誤差レベル検出部604が出力する誤差信号及び目標レベル記憶部3から読み出した目標レベルを示す信号のいずれを制御に用いるかを選択する動作を行う部分で、制御演算部606に制御信号を与える。   The selection processing unit 605 is a part that performs an operation of selecting which of the error signal output from the error level detection unit 604 and the signal indicating the target level read from the target level storage unit 3 is used for control. Is given a control signal.

制御演算部606は、高周波信号発生・増幅部1の高周波信号発生部101及びD/A変換器104にそれぞれ与えるDDS用レベルデータ及びレベル調節用レベルデータの大きさを演算する部分で、選択処理部605から与えられた制御信号に基づいて、DDS用レベルデータ及びレベル調節用レベルデータの大きさを演算して、演算した大きさを有するDDS用レベルデータ及びレベル調節用レベルデータをそれぞれ高周波信号発生部101及びD/A変換器104に与える。   The control calculation unit 606 is a part that calculates the size of the DDS level data and the level adjustment level data to be supplied to the high frequency signal generation unit 101 of the high frequency signal generation / amplification unit 1 and the D / A converter 104, respectively. The DDS level data and the level adjustment level data are calculated based on the control signal supplied from the unit 605, and the DDS level data and the level adjustment level data having the calculated sizes are respectively calculated as high frequency signals. This is given to the generator 101 and the D / A converter 104.

図1に示した実施形態においては、コントローラ601、誤差レベル検出部604、選択処理部605及び制御演算部606がマイクロプロセッサにより構成され、出力設定データ入力部602は、キーボードなどにより構成されている。   In the embodiment shown in FIG. 1, the controller 601, the error level detection unit 604, the selection processing unit 605, and the control calculation unit 606 are configured by a microprocessor, and the output setting data input unit 602 is configured by a keyboard or the like. .

コントローラ601は、設定目標レベル記憶部3及び次周期目標レベル記憶部5へのデータの書き込み及び両記憶部からのデータの読み出しを制御するとともに、平均検出レベル演算部4、誤差レベル検出部604及び制御演算部606の演算動作と、選択処理部605の選択動作とを制御する。   The controller 601 controls the writing of data to the set target level storage unit 3 and the next cycle target level storage unit 5 and the reading of data from both storage units, the average detection level calculation unit 4, the error level detection unit 604, and The calculation operation of the control calculation unit 606 and the selection operation of the selection processing unit 605 are controlled.

なお設定目標レベル記憶部3には、設定目標レベルそのものを記憶させておいてもよく、出力設定データ入力部602から入力された出力データに対して設定目標レベルを補間演算するためのマップデータ等を記憶させておいてもよい。例えば、出力設定データ入力部602から入力された高周波電力の所望の出力(W)に対して、増幅器102から出力させる高周波電圧のレベルの設定目標レベルを求めるようにするために、所望の出力と設定目標レベルとの間の関係を与えるマップデータを、設定目標レベル記憶部3に記憶させておくようにしてもよい。本実施形態では、設定目標レベル記憶部3に、設定目標レベルそのものが記憶されているものとする。   The set target level storage unit 3 may store the set target level itself, such as map data for interpolating the set target level with respect to the output data input from the output set data input unit 602. May be stored. For example, in order to obtain a set target level of the level of the high-frequency voltage output from the amplifier 102 with respect to the desired output (W) of the high-frequency power input from the output setting data input unit 602, You may make it memorize | store the map data which gives the relationship between setting target levels in the setting target level memory | storage part 3. FIG. In the present embodiment, it is assumed that the set target level itself is stored in the set target level storage unit 3.

装置が起動すると、コントローラ601が設定目標レベル記憶部3に記憶されている設定目標レベルを読み出すことにより、起動後第1番目の周期T1の各インターバル期間で包絡線波形がとるべきレベルである設定目標レベルを取得し、取得した設定目標レベルを選択処理部605に与える。   When the apparatus is activated, the controller 601 reads the set target level stored in the set target level storage unit 3 so that the envelope waveform is set at a level that should be taken in each interval period of the first cycle T1 after activation. The target level is acquired, and the acquired set target level is given to the selection processing unit 605.

高周波電力制御部6が起動すると、コントローラ601は、出力設定データ入力部602から与えられた周波数データに基づいて、DDS101に周波数データを与える。コントローラ601は又、内蔵したタイマの動作により、出力設定データ入力部602から入力されたデータに基づいて、高周波電力の電圧波形の包絡線の波形のレベルをステップ状に変化させる各レベル変化タイミングや、各レベル変化タイミングから設定された過渡期間が経過した時の時刻を示すタイミングを検出して、検出したタイミングを示す一連のタイミング信号を時系列的に発生させ、これらのタイミング信号に同期して各部を制御する。   When the high-frequency power control unit 6 is activated, the controller 601 gives frequency data to the DDS 101 based on the frequency data given from the output setting data input unit 602. The controller 601 also operates each level change timing to change the level of the envelope waveform of the voltage waveform of the high frequency power in a step-like manner based on the data input from the output setting data input unit 602 by the operation of the built-in timer. Detecting the timing indicating the time when the set transition period has elapsed from each level change timing, generating a series of timing signals indicating the detected timing in time series, and synchronizing with these timing signals Control each part.

上記過渡期間は、各レベル変化タイミングでオープンループ制御により、高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを目標レベルに等しくした後、フィードバック制御系が、フィードバック制御を安定に行なうことができる状態になるまでに要する時間に等しく設定する。この過渡期間は、実際には、レベル検出部により検出される電圧レベルの検出値が安定になるまでに要する時間であり、各レベル変化タイミングでフィードバック制御を行なわせた場合にリンギングや波形鈍りが消滅するのに要する過渡期間に比べると非常に短い時間である。この過渡期間は、制御に用いるプログラマブルロジックデバイスや、マイクロコンピュータのマシンサイクル、制御回路の追従特性、装置全体の実際の振る舞いなどを考慮して適当な値に設定する。   During the transition period, after the envelope level of the voltage waveform of the high-frequency power is made equal to the target level by open loop control at each level change timing, the feedback control system can stably perform the feedback control. Set to be equal to the time required until. This transition period is actually the time required for the detected value of the voltage level detected by the level detection unit to become stable. When feedback control is performed at each level change timing, ringing and waveform dullness occur. This is a very short time compared to the transition period required to disappear. This transient period is set to an appropriate value in consideration of the programmable logic device used for control, the machine cycle of the microcomputer, the tracking characteristics of the control circuit, the actual behavior of the entire apparatus, and the like.

ここで、高周波電力制御部6の動作の一例を図5に示した例を用いて具体的に説明すると次の通りである。
高周波電力を図5(A)に示したステップ波形で変調する場合、コントローラ601は、第1番目の周期T1の最初のレベル変化タイミングta1を検出した時に、当該レベル変化タイミングta1に続く第1インターバル期間t11における高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルの設定目標レベルP11を、設定目標レベル記憶部3から読み出し、読み出した設定目標レベルP11を選択処理部605に与える。コントローラ601はまた、選択処理部605に指令を与えて、読み出した設定目標レベルP11を制御演算部606に入力させる。このときコントローラ601は、予め設定した一定の大きさを有するレベル調節用レベルデータをD/A変換器104に与えることを制御演算部606に指令すると共に、増幅器102から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを設定目標レベルP11とするために、DDS101に与える必要があるレベルデータの大きさの演算を制御演算部606に行なわせる。
Here, an example of the operation of the high-frequency power control unit 6 will be specifically described with reference to the example shown in FIG.
When the high-frequency power is modulated with the step waveform shown in FIG. 5A, when the controller 601 detects the first level change timing ta1 of the first cycle T1, the first interval following the level change timing ta1. The set target level P11 of the envelope level of the voltage waveform of the high frequency power in the period t11 is read from the set target level storage unit 3, and the read set target level P11 is given to the selection processing unit 605. The controller 601 also instructs the selection processing unit 605 to input the read set target level P11 to the control calculation unit 606. At this time, the controller 601 instructs the control arithmetic unit 606 to supply the D / A converter 104 with level adjustment level data having a predetermined constant size, and also outputs a voltage waveform of the high-frequency power output from the amplifier 102. In order to set the envelope level to the set target level P11, the control calculation unit 606 is caused to calculate the level data level that needs to be given to the DDS 101.

制御演算部606は、設定目標レベルに相応する一定の大きさを有するレベル調節用レベルデータをD/A変換器104に与えるとともに、演算した大きさを有するDDS用レベルデータをDDS101に与える。これにより、増幅器102から電圧波形の包絡線のレベルが設定目標レベルP11に等しい高周波電力を瞬時に出力させる。この制御はフィードバック制御によらず、DDS101及びD/A変換器104にそれぞれレベルデータを与えるだけのオープンループ制御により行なうため、レベル変化タイミングta1においてリンギングが発生したり波形鈍りが発生したりするのを防ぐことができる。レベル変化タイミングt11から、設定された過渡期間Δt11が経過するまでの間は、上記のオープンループ制御を継続させる。オープンループ制御時にレベル調節部に与えるレベルデータの大きさは、例えば、レベル調節部103によるレベルの減衰量を0dBとする大きさに設定する。   The control calculation unit 606 provides level adjustment level data having a certain magnitude corresponding to the set target level to the D / A converter 104 and also provides the DDS level data having the calculated magnitude to the DDS 101. As a result, the amplifier 102 instantaneously outputs high-frequency power in which the level of the envelope of the voltage waveform is equal to the set target level P11. Since this control is not based on feedback control but is performed by open loop control that only gives level data to the DDS 101 and the D / A converter 104, ringing or waveform dullness occurs at the level change timing ta1. Can be prevented. The above open loop control is continued from the level change timing t11 until the set transient period Δt11 elapses. For example, the level data to be given to the level adjusting unit during the open loop control is set to a level such that the level attenuation by the level adjusting unit 103 is 0 dB.

コントローラ601は、第1インターバル期間t11 が開始されたレベル変化タイミングta1から、設定された過渡期間Δt11が経過したことを検出した時に、設定目標レベル記憶部3から読み出した設定目標レベルP11を誤差レベル検出部604に与えて、設定目標レベルP11とレベル検出部2により検出された高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルとの偏差を演算させる。   When the controller 601 detects that the set transient period Δt11 has elapsed from the level change timing ta1 at which the first interval period t11 is started, the controller 601 uses the set target level P11 read from the set target level storage unit 3 as an error level. The difference between the set target level P11 and the envelope level of the voltage waveform of the high frequency power detected by the level detector 2 is given to the detector 604.

誤差レベル検出部604は、演算した偏差を示す誤差信号を選択処理部605に入力する。この時コントローラ601は、選択処理部605に選択切替え指令を与えて、選択処理部605から制御演算部606に入力する信号を、設定目標レベルP11を与える信号から偏差を示す誤差信号に切り替えるとともに、制御演算部606に演算指令を与えて、設定目標レベルP11とレベル検出部2により検出された高周波電力の電圧波形の包絡線波形のレベルとの偏差を零にするためにレベル調節部103に与える必要があるレベルデータの大きさを演算させる。このレベルデータの演算値は、制御演算部606から高周波信号DDS101に与えられるレベルデータ(DDS101から出力される高周波信号のレベル)の大きさにより相違する。   The error level detection unit 604 inputs an error signal indicating the calculated deviation to the selection processing unit 605. At this time, the controller 601 gives a selection switching command to the selection processing unit 605 to switch the signal input from the selection processing unit 605 to the control calculation unit 606 from a signal giving the set target level P11 to an error signal indicating deviation, A calculation command is given to the control calculation unit 606, and is given to the level adjustment unit 103 so that the deviation between the set target level P11 and the envelope waveform level of the voltage waveform of the high frequency power detected by the level detection unit 2 becomes zero. Calculate the required level data size. The calculated value of the level data differs depending on the level data (level of the high frequency signal output from the DDS 101) given from the control calculation unit 606 to the high frequency signal DDS101.

制御演算部606は、予め設定した大きさを有するDDS用レベルデータをDDS101に与えるとともに、演算した大きさを有するレベル調節用レベルデータをD/A変換器104に与える。制御演算部606からD/A変換器104を通してレベル調節部103に与えられるレベルデータは、DDS101から出力される高周波信号のレベル(DDS用レベルデータにより決まる)を、偏差を零にするために増幅器102に入力する必要があるレベルに調節するように、レベル調節部103の減衰量を設定するためのデータである。上記のように、DDS101及びレベル調節部103にレベルデータを与えることにより、電圧波形の包絡線波形のレベルが設定目標レベルP11に等しい高周波電力を増幅器102から出力させる。   The control calculation unit 606 provides DDS level data having a preset size to the DDS 101 and also provides level adjustment level data having the calculated size to the D / A converter 104. The level data supplied from the control arithmetic unit 606 to the level adjusting unit 103 through the D / A converter 104 is an amplifier for setting the level of the high frequency signal (determined by the DDS level data) output from the DDS 101 to zero. This is data for setting the attenuation amount of the level adjusting unit 103 so as to adjust to a level that needs to be input to 102. As described above, by supplying level data to the DDS 101 and the level adjusting unit 103, high-frequency power having the envelope waveform level equal to the set target level P11 is output from the amplifier 102.

上記のように、第1番目の周期の第1インターバル期間t11のレベル変化タイミングta1から過渡期間Δt11が経過した後の安定期間(t11−Δt11の期間)においては、目標レベルP11と、レベル検出部2により検出された高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルとの偏差に基づいて、高周波信号発生・増幅部1から出力される高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを設定目標レベルに保つ制御がフィードバック制御により行なわれる。従って、過渡期間に相当する一定期間Δt11が経過した後の安定期間(t11−Δt11の期間)における電圧波形の包絡線のレベルは正確に目標レベルP11に保たれる。このフィードバック制御は、シリアルデータが入力されるように構成されたDDS101に与えるレベルデータを固定値とし、パラレルデータが入力されるように構成された高速のD/A変換器104を通してレベル調節部103に与える入力レベル調節用レベルデータを可変値として偏差に応じて変化させることにより行なうので、高い応答性をもたせて行なわせることができる。   As described above, in the stable period (period t11−Δt11) after the transition period Δt11 has elapsed from the level change timing ta1 of the first interval period t11 of the first cycle, the target level P11 and the level detection unit Control that keeps the envelope level of the voltage waveform of the high-frequency power output from the high-frequency signal generator / amplifier 1 at the set target level based on the deviation from the envelope level of the voltage waveform of the high-frequency power detected by 2 Is performed by feedback control. Therefore, the level of the envelope of the voltage waveform in the stable period (period t11−Δt11) after the lapse of the fixed period Δt11 corresponding to the transition period is accurately maintained at the target level P11. In this feedback control, level data given to the DDS 101 configured to receive serial data is set as a fixed value, and the level adjusting unit 103 is passed through a high-speed D / A converter 104 configured to receive parallel data. Since the level data for input level adjustment given to is changed as a variable value according to the deviation, it can be performed with high responsiveness.

第1番目の周期T1ではまた、第1インターバル期間t11ないし第3インターバル期間t31のそれぞれの安定期間でレベル検出部2が検出したレベルを次の周期(第2番目の周期T2)の第1インターバル期間t12ないし第3インターバル期間t32で包絡線波形がとるべき目標レベルとして次周期目標レベル記憶部5に記憶させる。   In the first cycle T1, the level detected by the level detector 2 in the respective stable periods of the first interval period t11 to the third interval period t31 is also the first interval of the next cycle (second cycle T2). The next cycle target level storage unit 5 stores the target level that the envelope waveform should take in the period t12 to the third interval period t32.

同様にして、第2インターバル期間t21の開始時tb1から過渡期間Δt21が経過するまでの間オープンループ制御により高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを第2インターバル期間の設定目標レベルP21とする制御が行なわれ、安定期間t21−Δt21の間フィードバック制御により高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを設定目標レベルP21に保つ制御が行なわれる。また第3インターバル期間t21の開始時tc1から過渡期間Δt31が経過するまでの間オープンループ制御により高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを第3インターバル期間の設定目標レベルP31とする制御が行なわれ、安定期間t31−Δt31の間フィードバック制御により高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを設定目標レベルP31に保つ制御が行なわれる。   Similarly, the level of the envelope of the voltage waveform of the high frequency power is set to the set target level P21 of the second interval period by open loop control from the start time tb1 of the second interval period t21 until the transition period Δt21 elapses. In the stable period t21-Δt21, control is performed to keep the envelope level of the voltage waveform of the high-frequency power at the set target level P21 by feedback control. In addition, control is performed by setting the envelope level of the voltage waveform of the high frequency power to the set target level P31 of the third interval period by open loop control from the start time tc1 of the third interval period t21 until the transition period Δt31 elapses. During the stable period t31-Δt31, control is performed to maintain the envelope level of the voltage waveform of the high-frequency power at the set target level P31 by feedback control.

第2番目の周期では、第1インターバル期間t12のレベル変化タイミングta2から過渡期間Δt12が経過するまでの間、高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを次周期目標レベル記憶部5に記憶されている目標レベルP12に一致させる制御がオープンループ制御で行われ、第1インターバル期間t12の安定期間t12−Δt12の間高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを次周期目標レベル記憶部5に記憶されている目標レベルP12に保つ制御がフィードバック制御により行われる。また第2インターバル期間t22のレベル変化タイミングtb2から過渡期間Δt22が経過するまでの間、高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを次周期目標レベル記憶部5に記憶されている目標レベルP22に一致させる制御がオープンループ制御で行われ、第2インターバル期間t22の安定期間t22−Δt22の間、高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを次周期目標レベル記憶部5に記憶されている目標レベルP22に保つ制御がフィードバック制御により行われる。更に図示しない第3インターバル期間t32のレベル変化タイミングtc2から過渡期間Δt32が経過するまでの間、高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを次周期目標レベル記憶部5に記憶されている目標レベルP32に一致させる制御がオープンループ制御で行われ、第3インターバル期間t32の安定期間t32−Δt32の間高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを次周期目標レベル記憶部5に記憶されている目標レベルP32に保つ制御がフィードバック制御により行われる。   In the second cycle, the level of the envelope of the voltage waveform of the high frequency power is stored in the next cycle target level storage unit 5 until the transition period Δt12 elapses from the level change timing ta2 of the first interval period t12. Control to match the target level P12 is performed by open loop control, and the envelope level of the voltage waveform of the high frequency power is stored in the next cycle target level storage unit 5 during the stable period t12-Δt12 of the first interval period t12. Control to maintain the target level P12 is performed by feedback control. Further, the level of the envelope of the voltage waveform of the high frequency power matches the target level P22 stored in the next cycle target level storage unit 5 until the transition period Δt22 elapses from the level change timing tb2 of the second interval period t22. The target level P22 stored in the next cycle target level storage unit 5 is the level of the envelope of the voltage waveform of the high frequency power during the stable period t22-Δt22 of the second interval period t22. The control to maintain is performed by feedback control. Further, the level of the envelope of the voltage waveform of the high frequency power is stored in the target level P32 stored in the next cycle target level storage unit 5 until the transition period Δt32 elapses from the level change timing tc2 of the third interval period t32 (not shown). The target level stored in the next cycle target level storage unit 5 is the level of the envelope of the voltage waveform of the high-frequency power during the stable period t32-Δt32 of the third interval period t32. Control to maintain P32 is performed by feedback control.

第2番目の周期ではまた、第1番目の周期の第1インターバル期間t11 ないし第3インターバル期間t31の安定期間でそれぞれレベル検出部2が検出したレベルと、第2番目の周期の第1インターバル期間t12 ないし第3インターバル期間t32の安定期間でそれぞれレベル検出部2が検出したレベルとの平均値を第1ないし第3インターバル期間の平均検出レベルとして演算し、これらの平均検出レベルを次周期(第3番目の周期)の第1インターバル期間ないし第3インターバル期間でそれぞれ高周波電力の電圧波形の包絡線がとるべき目標レベルP31ないしP33として次周期目標レベル記憶部5に記憶させる。   In the second cycle, the level detected by the level detector 2 in the first interval period t11 to the third interval period t31 of the first cycle and the first interval period of the second cycle are also detected. The average value with the level detected by the level detection unit 2 in the stable period of t12 to the third interval period t32 is calculated as the average detection level of the first to third interval periods, and these average detection levels are calculated in the next period (first cycle). (3rd cycle) is stored in the next cycle target level storage unit 5 as the target levels P31 to P33 to be taken by the envelope of the voltage waveform of the high frequency power in the first interval period to the third interval period, respectively.

以下同様にして、第3番目の周期以降の各周期において、高周波電力の電圧波形の包絡線の波形の各インターバル期間の過渡期間で包絡線のレベルを次周期目標レベル記憶部に記憶されている目標レベルに一致させるオープンループ制御が行われ、各インターバル期間の安定期間で、包絡線のレベルを次周期目標レベル記憶部に記憶されている目標レベルに保つフィードバック制御が行われる。またm=2である場合には、各インターバル期間で一つ前の周期の対応するインターバル期間の安定期間で検出されたレベルと現在の周期の各インターバル期間の安定期間で検出されたレベルとの平均値を平均検出レベルとして演算して、演算した各インターバル期間の平均検出レベルを次周期の各インターバル期間で包絡線がとるべき目標レベルとして次周期目標レベル記憶部5に記憶させる。   Similarly, in each cycle after the third cycle, the envelope level is stored in the next cycle target level storage unit in the transition period of each interval period of the envelope waveform of the voltage waveform of the high frequency power. Open loop control is performed to match the target level, and feedback control is performed to maintain the envelope level at the target level stored in the next cycle target level storage unit in the stable period of each interval period. When m = 2, the level detected in the stable period of the interval period corresponding to the previous period in each interval period and the level detected in the stable period of each interval period of the current period The average value is calculated as the average detection level, and the calculated average detection level of each interval period is stored in the next cycle target level storage unit 5 as the target level that the envelope should take in each interval period of the next cycle.

平均値を演算するインターバル期間の数(各インターバル期間のレベルの平均値の演算を行う周期数)mは2以上の適宜の整数に設定する。mの最適値は、実験データにより決める。   The number of interval periods in which the average value is calculated (the number of periods in which the average value of the level of each interval period is calculated) m is set to an appropriate integer of 2 or more. The optimum value of m is determined by experimental data.

上記のように、本実施形態では、ステップ状のレベル変化を示す波形により変調された電圧波形を有する高周波電力を得る際に、高周波電力の電圧波形の包絡線の波形の各周期の各インターバル期間の開始直後の過渡期間の間のレベル制御を、フィードバック制御によるのではなく、オープンループ制御により行ない、高周波電力の電圧波形の包絡線の波形の各周期の各インターバル期間の過渡期間が経過した後の安定期間の間、レベル検出部が検出したレベルを目標レベルに保つ制御をフィードバック制御で行なうので、レベル変化の速度が如何なる場合でも、またレベル変化の周期が如何なる場合でも、各レベル変化タイミングでリンギングや波形鈍りが生じることがなく、かつ各インターバル期間の安定期間における包絡線のレベルが正確に目標レベルに保たれた電圧波形を有する高周波電力を得ることができる。   As described above, in the present embodiment, when obtaining a high-frequency power having a voltage waveform modulated by a waveform indicating a step-like level change, each interval period of each cycle of the envelope waveform of the voltage waveform of the high-frequency power Level control during the transition period immediately after the start of the operation is performed not by feedback control but by open loop control, after the transition period of each interval period of each period of the envelope waveform of the voltage waveform of the high frequency power has elapsed Since the control that keeps the level detected by the level detection unit at the target level during the stable period of time is performed by feedback control, at any level change timing regardless of the speed of the level change and any period of the level change. Ringing and waveform dullness do not occur, and the envelope level in the stable period of each interval period is It is possible to obtain a high frequency power having a voltage waveform kept sure the target level.

また本実施形態では、電圧波形の包絡線の波形の各周期の各インターバル期間で包絡線の波形がとるべき目標レベルを、m−1個前の周期から現在の周期までのm個の周期の対応するインターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したレベルを平均したレベルとするので、各インターバル期間における目標レベルを、直近のm周期の対応するインターバル期間において実際にフィードバック制御された安定なレベルの平均値に等しくすることができ、各インターバル期間において過渡期間に相当する時間が経過するまでの間オープンループ制御を行って増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルと、フィードバック制御に切替えた瞬間に増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルとの間に殆ど差が生じないようにすることができる。従って、本実施形態によれば、レベル変化の周期が如何なる場合でも、各レベル変化タイミングでリンギングや波形鈍りが生じるのを防ぐことができるだけでなく、制御がオープンループ制御からフィードバック制御に切り替る際に電圧変動が生じるのを防いで、きれいな波形の高周波電力を得ることができる。   Further, in the present embodiment, the target level that the envelope waveform should take in each interval period of each cycle of the envelope waveform of the voltage waveform is set to m cycles from the m−1 previous cycle to the current cycle. Since the level detected by the level detector in the stable period of the corresponding interval period is averaged, the target level in each interval period is the stable level that is actually feedback controlled in the corresponding interval period of the most recent m cycles The level of the envelope of the voltage waveform of the high-frequency power that is output from the amplifier by performing open loop control until the time corresponding to the transient period elapses in each interval period, and feedback control There is almost no difference between the envelope level of the voltage waveform of the high frequency power output from the amplifier at the moment of switching to Flip can be so no. Therefore, according to the present embodiment, it is possible not only to prevent ringing and waveform dullness at each level change timing, but also when the control switches from open loop control to feedback control, regardless of the level change period. It is possible to obtain high-frequency power having a clean waveform by preventing voltage fluctuations from occurring.

更に本実施形態によれば、増幅器102から出力される高周波電力の電圧波形の包絡線波形の各レベル変化タイミングで、リンギングや波形鈍りが発生することがないので、過度期間を短くすることができ、高周波電圧の包絡線の検出速度を高めることができる。そのため、高周波電力を変調する波形のレベル変化が高速である場合にも、各レベル変化タイミングから過渡期間の間のレベル制御と、各インターバル期間におけるレベル制御とを正確に行なわせることができ、高速のパルス波形やステップ波形等により高周波電力を変調する場合にも問題なく対応することができる。   Furthermore, according to this embodiment, ringing and waveform dullness do not occur at each level change timing of the envelope waveform of the voltage waveform of the high-frequency power output from the amplifier 102, so that the excessive period can be shortened. The detection speed of the envelope of the high frequency voltage can be increased. For this reason, even when the level change of the waveform that modulates the high frequency power is high speed, the level control during the transition period from each level change timing and the level control during each interval period can be accurately performed. Even when the high-frequency power is modulated by the pulse waveform, step waveform, or the like, it can be handled without any problem.

上記のような制御を行なわせた場合に高周波信号発生・増幅部1から出力される高周波電力の電圧波形の包絡線の波形の一例を、図6及び図7に拡大して示した。図6は、図5のインターバル期間t11及びインターバル期間t21の前半部分付近の波形を拡大して示したものであり、図7は、図5のインターバル期間t12及びインターバル期間t22の前半部分の波形を拡大して示したものである。   An example of the waveform of the envelope of the voltage waveform of the high-frequency power output from the high-frequency signal generating / amplifying unit 1 when the above control is performed is shown in an enlarged manner in FIGS. FIG. 6 is an enlarged view of the waveforms in the vicinity of the first half of the interval period t11 and interval period t21 in FIG. 5, and FIG. 7 shows the waveforms in the first half of the interval period t12 and interval period t22 in FIG. It is an enlarged view.

第1番目の周期T1においては、各レベル変化タイミングで先ずオープンループ制御で電圧波形の包絡線の波形のレベルを予め設定された設定目標レベルとする制御が行なわれ、次いで過渡期間が経過した時点で、制御演算部606に与えられる制御信号が誤差信号に切り替えられて、電圧レベルの制御がフィードバック制御に切替えられるが、この切換の際には、図6のΔt11,Δt21の期間の波形に見られるように、僅かではあるがレベル変動Vが生じることがある。   In the first cycle T1, at the timing of each level change, first, open loop control is performed to set the level of the envelope waveform of the voltage waveform to a preset target level, and then the transition period has elapsed. Thus, the control signal supplied to the control calculation unit 606 is switched to the error signal, and the voltage level control is switched to the feedback control. In this switching, the waveform in the period of Δt11 and Δt21 in FIG. As shown, a slight level variation V may occur.

これに対し、第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間においては、直近の最大m個の周期のそれぞれの対応するインターバル期間の安定期間で検出された安定なレベルの平均値を目標レベルとして包絡線のレベルを制御するので、第2番目の周期以降の各周期においては、各インターバル期間で電圧波形の包絡線がとるべき目標レベルを、直近の最大m個の周期のそれぞれの対応するインターバル期間の安定期間で検出された安定なレベルの平均値に等しくすることができる。そのため、第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の過渡期間でオープンループ制御により増幅器から出力される高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルと、各インターバル期間の安定期間で包絡線のレベルの制御をオープンループ制御からフィードバック制御に切替えた瞬間に増幅器から出力される高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルとの間に殆ど差が生じないようにすることができ、図7のΔt12の期間の波形及びΔt22の期間の波形に見られるように、第2番目の周期以降の各周期における電圧波形を、制御がオープンループ制御からフィードバック制御に切り替えられる際に電圧変動が生じることがないきれいな波形とすることができる。   On the other hand, in each interval period of each period after the second period, the average value of the stable levels detected in the stable period of the corresponding interval period of the latest maximum m periods is the target level. Therefore, in each period after the second period, the target level to be taken by the envelope of the voltage waveform in each interval period corresponds to each of the latest maximum m periods. It can be equal to the average value of the stable level detected in the stable period of the interval period. Therefore, the level of the envelope of the voltage waveform of the high frequency power output from the amplifier by the open loop control in the transition period of each interval period of each period after the second period, and the envelope of the envelope in the stable period of each interval period At the moment when the level control is switched from the open loop control to the feedback control, it is possible to make almost no difference from the envelope level of the voltage waveform of the high frequency power output from the amplifier. As can be seen in the waveform of the period and the waveform of Δt22, the voltage waveform in each period after the second period does not change when the control is switched from the open loop control to the feedback control. A clean waveform can be obtained.

上記の動作説明では、高周波信号発生・増幅部1から出力させる高周波電力を零から立ち上げる際の最初の周期を第1番目の周期として、この第1番目の周期の各インターバル期間における電圧レベルの目標レベルを予め設定した初期レベルとするとしたが、上記のように、第2番目の周期以降の各インターバル期間における目標レベルを、各周期より前の複数の周期の各インターバル期間の安定期間で検出されたレベルの平均値とする構成をとる場合に、高周波信号発生・増幅部1から一旦高周波電力を出力させた後、高周波電力の出力を中断することなく、途中で各インターバル期間における目標レベルを変更する場合には、各インターバル期間における目標レベルが変更された(更新された)高周波電力を発生させる際の最初の周期を第1番目の周期として、その周期の各インターバル期間における目標レベルを更新された設定目標レベルとする必要がある。   In the above description of operation, the first cycle when the high-frequency power output from the high-frequency signal generating / amplifying unit 1 is raised from zero is defined as the first cycle, and the voltage level in each interval period of the first cycle is changed. The target level is assumed to be a preset initial level. As described above, the target level in each interval period after the second period is detected in the stable period of each interval period in a plurality of periods before each period. In the case of adopting a configuration in which the average value of the measured levels is taken, after the high-frequency power is once output from the high-frequency signal generating / amplifying unit 1, the target level in each interval period is set halfway without interrupting the output of the high-frequency power. When changing, the initial cycle for generating high-frequency power with the target level changed (updated) in each interval period is changed. As the first period, it is necessary to set the target level to a target level is updated at each interval period of the cycle.

図1に示したように、高周波信号発生・増幅部1に高周波信号発生器101とレベル調節部103とを設けて、高周波信号発生器101に与えるレベルデータを可変値とし、レベル調節部103に与えるレベルデータを固定値としてオープンループ制御を行い、高周波信号発生器101に与えるレベルデータを可変値とし、レベル調節部103に与えるレベルデータを固定値としてフィードバック制御を行う構成は、高周波信号発生器を構成するDDS101として、レベルデータをシリアルデータとして入力する形式のものしか入手することができない場合、及びレベル調整部103として、その出力レベルを0dBまで絞り込むことが難しいものしか入手することができない場合に有利な構成である。   As shown in FIG. 1, the high-frequency signal generator / amplifier 1 is provided with a high-frequency signal generator 101 and a level adjuster 103 so that level data given to the high-frequency signal generator 101 is a variable value. The configuration in which the open level control is performed with the level data to be given as a fixed value, the level data to be given to the high frequency signal generator 101 is a variable value, and the feedback control is performed with the level data to be given to the level adjustment unit 103 as a fixed value is a high frequency signal generator When only DDS 101 that forms level data is input as serial data can be obtained as DDS 101 that constitutes, and only when it is difficult to narrow down its output level to 0 dB as level adjustment unit 103 This is an advantageous configuration.

図1に示したように構成しておくと、レベル変化タイミングで高周波電力の電圧レベルを零から立ち上げる動作及び当該電圧レベルを零まで立ち下げる動作を、DDSの性能により問題なく実現することができる。またレベルデータがパラレルデータとして入力される高速のD/A変換器104を通してレベル調節部103にレベルデータを与えることにより、各インターバル期間の安定期間におけるフィードバック制御を高速で行なわせて、各インターバル期間において電圧レベルを目標レベルに保つ制御を正確に行なわせることができる。即ち、DDSとレベル調整器がそれぞれ有するメリットを活かして、各レベル変化タイミングから過渡期間の間に行なうオープンループ制御と、各インターバル期間の過渡期間が経過した後の残りの期間に行なうフィードバック制御との双方を適確に行なわせることができる。   If configured as shown in FIG. 1, the operation of raising the voltage level of the high-frequency power from zero at the level change timing and the operation of lowering the voltage level to zero can be realized without problems by the performance of the DDS. it can. Further, the level data is given to the level adjusting unit 103 through the high-speed D / A converter 104 to which the level data is inputted as parallel data, so that the feedback control in the stable period of each interval period is performed at a high speed. Thus, it is possible to accurately perform control for keeping the voltage level at the target level. In other words, taking advantage of each of the DDS and the level adjuster, open loop control performed during the transition period from each level change timing, and feedback control performed during the remaining period after the transition period of each interval period Both can be performed accurately.

図1に示した実施形態に係わる高周波電源装置の構成の特徴をまとめて示すと、下記の通りである。
(a)高周波信号発生・増幅部1は、高周波信号発生器101と該高周波信号発生器が発生する高周波信号を増幅する増幅器102と、高周波信号発生器101から増幅器102に与えられる高周波信号のレベルをレベルデータに応じて調節するレベル調節部103を備えて、電圧波形の包絡線が、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを1周期の間に複数有して、各レベル変化タイミングと次のレベル変化タイミングとの間の期間が一定のレベルを保持するインターバル期間となっている波形を呈するように変調された高周波電力を出力する。
(b)高周波信号発生・増幅部1が出力する高周波電力の電圧波形の包絡線の波形の各周期の各インターバル期間の開始時から設定された時間が経過するまでの期間及び該設定された時間が経過した後の残りの期間をそれぞれ各インターバル期間の過渡期間及び安定期間とする。
(c)高周波信号発生器101は、外部から与えられたレベルデータが示すレベルを有する高周波信号を出力するダイレクト・デジタル・シンセサイザ(DDS)により構成されている。
(d)高周波電力の電圧波形の包絡線波形の第1番目の周期の各インターバル期間におけるオープンループ制御は、各インターバル期間の開始時から設定された過渡期間が経過するまでの間、増幅器102から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを設定目標レベル記憶部3に記憶された対応する設定目標レベルに等しくするようにDDS101にレベルデータ(可変値)を与えることにより行う。このときレベル調整器103には一定のレベルデータを与えておく。
(e)上記第1番目の周期の各インターバル期間におけるフィードバック制御は、各インターバル期間の安定期間の間、レベル検出部2により検出される高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルと対応する設定目標レベルとの偏差を零にするようにレベル調節部103にレベルデータを与えることにより行う。
(f)平均検出レベル演算部4は、電圧波形の包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを設定目標レベルとした高周波電力を高周波電源装置から最初に出力させる際の包絡線波形の最初の周期を第1番目の周期とし、包絡線波形の各周期の各インターバル期間をその開始直後に設定された過渡期間と該過渡期間が経過した後の安定期間とに分けて、包絡線波形の第1番目の周期から第m−1番目の周期(mは2以上の整数からなる設定値)までの各周期においては、第1番目の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部2が検出したレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算し、包絡線波形の第m番目の周期以降の各周期においては、m−1個前の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部2が検出したm個のレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算する。
(g)高周波電力の電圧波形の包絡線波形の各周期の各インターバル期間において平均検出レベル演算部4により演算された平均検出レベルは、該平均検出レベルを演算した周期の次の周期の対応するインターバル期間において該包絡線がとるべき目標レベルとして次周期目標レベル記憶部5に記憶される。
(h)高周波電力の電圧波形の包絡線波形の第2番目の周期以降の各周期におけるオープンループ制御は、各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間、増幅器102から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを、次周期目標レベル記憶部5に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルに等しくするようにDDS101にレベルデータを与えることにより行う。
(i)高周波電力の電圧波形の包絡線波形の第2番目の周期以降の各周期における各インターバル期間で行うフィードバック制御は、各インターバル期間の安定期間でレベル検出部2により検出されるレベルと次周期目標レベル記憶部5に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルとの偏差を零にするようにレベル調節部103にレベルデータ(可変値)を与えることにより行なう。このときDDS101には一定値に固定されたレベルデータを与えておく。
The characteristics of the configuration of the high-frequency power supply device according to the embodiment shown in FIG. 1 are summarized as follows.
(A) The high-frequency signal generator / amplifier 1 includes a high-frequency signal generator 101, an amplifier 102 that amplifies a high-frequency signal generated by the high-frequency signal generator, and a level of a high-frequency signal that is supplied from the high-frequency signal generator 101 to the amplifier 102. Level adjustment unit 103 that adjusts the level according to the level data, and the envelope of the voltage waveform has a plurality of level change timings indicating a step-like level change in one cycle, and each level change timing and the next The high-frequency power modulated so as to exhibit a waveform in which the period between the level change timings is an interval period in which a constant level is maintained is output.
(B) A period until the set time elapses from the start of each interval period of each cycle of the waveform of the envelope waveform of the voltage waveform of the high frequency power output from the high frequency signal generating / amplifying unit 1 and the set time The remaining period after elapse of time is defined as a transition period and a stable period of each interval period, respectively.
(C) The high-frequency signal generator 101 is configured by a direct digital synthesizer (DDS) that outputs a high-frequency signal having a level indicated by level data given from the outside.
(D) The open loop control in each interval period of the first period of the envelope waveform of the voltage waveform of the high-frequency power is performed from the amplifier 102 until the set transient period elapses from the start of each interval period. This is performed by giving level data (variable value) to the DDS 101 so that the level of the envelope of the voltage waveform of the high frequency power to be output is equal to the corresponding set target level stored in the set target level storage unit 3. At this time, constant level data is given to the level adjuster 103.
(E) The feedback control in each interval period of the first period is a set target corresponding to the envelope level of the voltage waveform of the high frequency power detected by the level detection unit 2 during the stable period of each interval period. The level adjustment unit 103 is provided with level data so that the deviation from the level is zero.
(F) The average detection level calculation unit 4 first outputs high-frequency power from the high-frequency power supply apparatus with a set target level that is the level of the envelope waveform of the voltage waveform that should be taken in each interval period of each cycle. The first period is the first period, and each interval period of each period of the envelope waveform is divided into a transient period set immediately after the start and a stable period after the transient period has elapsed, In each cycle from the first cycle of the waveform to the (m-1) th cycle (m is a set value consisting of an integer of 2 or more), the correspondence of the respective cycles from the first cycle to the current cycle A level obtained by averaging the levels detected by the level detector 2 in the stable period of each interval period is calculated as an average detection level of each interval period, and in each period after the mth period of the envelope waveform , The average detection level of each interval period is the level obtained by averaging the m levels detected by the level detection unit 2 in the stable period of each interval period corresponding to each period from the previous cycle to the current cycle. Calculate as
(G) The average detection level calculated by the average detection level calculation unit 4 in each interval period of each cycle of the envelope waveform of the voltage waveform of the high-frequency power corresponds to the cycle next to the cycle in which the average detection level is calculated. In the interval period, the envelope is stored in the next cycle target level storage unit 5 as the target level to be taken.
(H) The open-loop control in each cycle after the second cycle of the envelope waveform of the voltage waveform of the high-frequency power is the voltage of the high-frequency power output from the amplifier 102 until the transition period of each interval period elapses. This is performed by giving level data to the DDS 101 so that the level of the waveform envelope is equal to the target level of the corresponding interval period stored in the next cycle target level storage unit 5.
(I) The feedback control performed in each interval period in each cycle after the second cycle of the envelope waveform of the voltage waveform of the high-frequency power is the level detected by the level detection unit 2 in the stable period of each interval period. The level adjustment unit 103 is provided with level data (variable value) so that the deviation from the target level of the corresponding interval period stored in the periodic target level storage unit 5 becomes zero. At this time, level data fixed to a constant value is given to the DDS 101.

[第2の実施形態]
図2は、本発明の第2の実施形態に係わる高周波電源装置の構成を示したブロック図である。本実施形態では、コントローラ601から高周波信号発生器(DDS)101にレベルデータ(固定値)が与えられ、制御演算部606からはレベル調節部103へのみレベルデータ(可変値)が供給される。
[Second Embodiment]
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a high-frequency power supply device according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, level data (fixed value) is supplied from the controller 601 to the high-frequency signal generator (DDS) 101, and level data (variable value) is supplied only from the control calculation unit 606 to the level adjustment unit 103.

図2に示した実施形態では、各周期の各インターバル期間の開始時から設定された過渡期間が経過するまでの間に行なうオープンループ制御及び各周期の各インターバル期間の安定期間で行なうフィードバック制御の双方を、レベル調節部103に与えるレベルデータを可変値とすることにより行なう。その他の点は図1に示した実施形態と同様である。図2に示した実施形態の構成は、レベル調節部103として、その出力レベルを零レベルまで問題なく絞ることができる特性を有するものを用いることができる場合に有利な構成である。本実施形態のように構成すると、各レベル変化タイミングから設定された過渡期間が経過するまでの間に行なうオープンループ制御及び各レベル変化タイミングから過渡期間が経過した後の残りの安定期間の間に行なうフィードバック制御の双方を高い応答性を持たせて行なうことができる。   In the embodiment shown in FIG. 2, the open loop control performed during the period from the start of each interval period of each cycle until the set transient period elapses, and the feedback control performed during the stable period of each interval period of each cycle. Both are performed by making the level data given to the level adjusting unit 103 a variable value. The other points are the same as in the embodiment shown in FIG. The configuration of the embodiment shown in FIG. 2 is advantageous when the level adjusting unit 103 having a characteristic that can narrow down the output level to zero level without any problem can be used. When configured as in the present embodiment, the open loop control performed between each level change timing and the set transition period elapses, and the remaining stable period after the transition period elapses from each level change timing. Both feedback control to be performed can be performed with high responsiveness.

図2に示した実施形態に係わる高周波電源装置の構成の特徴をまとめて示すと、下記の通りである。
(a)高周波信号発生・増幅部1は、高周波信号発生器101と該高周波信号発生器が発生する高周波信号を増幅する増幅器102と、高周波信号発生器101から増幅器102に与えられる高周波信号のレベルをレベルデータに応じて調節するレベル調節部103を備えて、電圧波形の包絡線が、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを1周期の間に複数有して、各レベル変化タイミングと次のレベル変化タイミングとの間の期間が一定のレベルを保持するインターバル期間となっている波形を呈するように変調された高周波電力を出力する。
(b)高周波信号発生・増幅部1が出力する高周波電力の電圧波形の包絡線の波形の各周期の各インターバル期間の開始時から設定された時間が経過するまでの期間及び該設定された時間が経過した後の残りの期間をそれぞれ各インターバル期間の過渡期間及び安定期間とする。
(c)高周波電力の電圧波形の包絡線波形の第1番目の周期の各インターバル期間で行うオープンループ制御は、各インターバル期間の開始時から設定された過渡期間が経過するまでの間、増幅器102から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを設定目標レベル記憶部3に記憶された対応するインターバル期間の設定目標レベルに等しくするようにレベル調節部103にレベルデータを与えることにより行う。
(d)上記第1番目の周期の各インターバル期間で行うフィードバック制御は、各インターバル期間の安定期間の間、レベル検出部2により検出される高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルと対応する設定目標レベルとの偏差を零にするようにレベル調節部103にレベルデータを与えることにより行う。
(e)平均検出レベル演算部4は、電圧波形の包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを設定目標レベルとした高周波電力を高周波電源装置から最初に出力させる際の包絡線波形の最初の周期を第1番目の周期とし、包絡線波形の各周期の各インターバル期間をその開始直後に設定された過渡期間と該過渡期間が経過した後の安定期間とに分けて、包絡線波形の第1番目の周期から第m−1番目の周期(mは2以上の整数からなる設定値)までの各周期においては、第1番目の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部2が検出したレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算し、包絡線波形の第m番目の周期以降の各周期においては、m−1個前の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部2が検出したm個のレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算する。
(f)高周波電力の電圧波形の包絡線波形の各周期の各インターバル期間において平均検出レベル演算部4により演算された平均検出レベルは、該平均検出レベルを演算した周期の次の周期の対応するインターバル期間において該包絡線がとるべき目標レベルとして次周期目標レベル記憶部5に記憶される。
(g)高周波電力の電圧波形の包絡線波形の第2番目の周期以降の各周期におけるオープンループ制御は、各インターバル期間の開始時から設定された過渡期間が経過するまでの間、増幅器102から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを次周期目標レベル記憶部5に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルに等しくするようにレベル調節部にレベルデータを与えることにより行う。
(h)高周波電力の電圧波形の包絡線波形の第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間におけるフィードバック制御は、各インターバル期間の安定期間の間レベル検出部2により検出される高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルと次周期目標レベル記憶部5に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルとの偏差を零にするようにレベル調節部103にレベルデータを与えることにより行なう。
The characteristics of the configuration of the high-frequency power supply device according to the embodiment shown in FIG. 2 are summarized as follows.
(A) The high-frequency signal generator / amplifier 1 includes a high-frequency signal generator 101, an amplifier 102 that amplifies a high-frequency signal generated by the high-frequency signal generator, and a level of a high-frequency signal that is supplied from the high-frequency signal generator 101 to the amplifier 102. Level adjustment unit 103 that adjusts the level according to the level data, and the envelope of the voltage waveform has a plurality of level change timings indicating a step-like level change in one cycle, and each level change timing and the next The high-frequency power modulated so as to exhibit a waveform in which the period between the level change timings is an interval period in which a constant level is maintained is output.
(B) A period until the set time elapses from the start of each interval period of each cycle of the waveform of the envelope waveform of the voltage waveform of the high frequency power output from the high frequency signal generating / amplifying unit 1 and the set time The remaining period after elapse of time is defined as a transition period and a stable period of each interval period, respectively.
(C) The open loop control performed in each interval period of the first cycle of the envelope waveform of the voltage waveform of the high-frequency power is performed by the amplifier 102 from the start of each interval period until the set transient period elapses. The level adjustment unit 103 is provided with level data so that the level of the envelope of the voltage waveform of the high-frequency power output from the level adjustment unit 103 is equal to the set target level of the corresponding interval period stored in the set target level storage unit 3.
(D) The feedback control performed in each interval period of the first cycle is a setting corresponding to the envelope level of the voltage waveform of the high-frequency power detected by the level detection unit 2 during the stable period of each interval period. The level adjustment unit 103 is provided with level data so that the deviation from the target level is zero.
(E) The average detection level calculation unit 4 first outputs high-frequency power from the high-frequency power supply apparatus with high-frequency power having the voltage waveform envelope waveform set to the level to be taken in each interval period of each cycle. The first period is the first period, and each interval period of each period of the envelope waveform is divided into a transient period set immediately after the start and a stable period after the transient period has elapsed, In each cycle from the first cycle of the waveform to the (m-1) th cycle (m is a set value consisting of an integer of 2 or more), the correspondence of the respective cycles from the first cycle to the current cycle A level obtained by averaging the levels detected by the level detector 2 in the stable period of each interval period is calculated as an average detection level of each interval period, and in each period after the mth period of the envelope waveform , The average detection level of each interval period is the level obtained by averaging the m levels detected by the level detection unit 2 in the stable period of each interval period corresponding to each period from the previous cycle to the current cycle. Calculate as
(F) The average detection level calculated by the average detection level calculation unit 4 in each interval period of each cycle of the envelope waveform of the voltage waveform of the high-frequency power corresponds to the cycle next to the cycle in which the average detection level is calculated. In the interval period, the envelope is stored in the next cycle target level storage unit 5 as the target level to be taken.
(G) The open loop control in each cycle after the second cycle of the envelope waveform of the voltage waveform of the high frequency power is performed from the amplifier 102 until the set transient period elapses from the start of each interval period. This is performed by giving level data to the level adjustment unit so that the level of the envelope of the voltage waveform of the high frequency power to be output is equal to the target level of the corresponding interval period stored in the next cycle target level storage unit 5.
(H) The feedback control in each interval period of each cycle after the second cycle of the envelope waveform of the voltage waveform of the high frequency power is performed by the high frequency power detected by the level detector 2 during the stable period of each interval period. This is performed by giving level data to the level adjusting unit 103 so that the deviation between the envelope level of the voltage waveform and the target level of the corresponding interval period stored in the next cycle target level storage unit 5 becomes zero.

[第3の実施形態]
図3は、本発明の第3の実施形態に係わる高周波電源装置の構成を示したブロック図である。本実施形態では、図1及び図2の実施形態で設けられていたレベル調節部103が省略されて、高周波信号発生器(DDS)101の出力が直接増幅器102に入力されている。
[Third Embodiment]
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a high-frequency power supply device according to the third embodiment of the present invention. In the present embodiment, the level adjusting unit 103 provided in the embodiment of FIGS. 1 and 2 is omitted, and the output of the high frequency signal generator (DDS) 101 is directly input to the amplifier 102.

この例では、各周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間に行なうオープンループ制御及び各インターバル期間の安定期間の間に行なうフィードバック制御の双方を、高周波信号発生部101に与えるレベルデータを可変値として行なう。その他の点は図2に示した実施形態と同様である。   In this example, the level data that provides the high-frequency signal generator 101 with both the open loop control performed until the transition period of each interval period of each cycle elapses and the feedback control performed during the stable period of each interval period. As a variable value. The other points are the same as in the embodiment shown in FIG.

図3に示したように構成すると、図1及び図2の実施形態で用いられていたレベル調節部103を省略することができるため、装置の構成を簡素化することができる。図3に示した実施形態の構成は、DDS101として、レベルデータをシリアルデータで入力し得る高速のもの(出力レベルの調整を高速度で行なうことができるもの)を入手することができる場合に有利な構成である。   When configured as shown in FIG. 3, the level adjusting unit 103 used in the embodiment of FIGS. 1 and 2 can be omitted, and thus the configuration of the apparatus can be simplified. The configuration of the embodiment shown in FIG. 3 is advantageous when a high-speed DDS 101 that can input level data as serial data (that can adjust the output level at high speed) can be obtained. It is a simple configuration.

図3に示した実施形態に係わる高周波電源装置の構成の特徴をまとめて示すと、下記の通りである。
(a)高周波信号発生・増幅部1は、外部から与えられたレベルデータが示すレベルを有する高周波信号を出力するダイレクト・デジタル・シンセサイザ(DDS)により構成された高周波信号発生器101と、高周波信号発生器101の出力を増幅する増幅器102とからなっていて、電圧波形の包絡線が、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを1周期の間に複数有して、各レベル変化タイミングと次のレベル変化タイミングとの間の期間が一定のレベルを保持するインターバル期間となっている波形を呈するように変調された高周波電力を出力する。
(b)高周波信号発生・増幅部1が出力する高周波電力の電圧波形の包絡線の波形の各周期の各インターバル期間の開始時から設定された時間が経過するまでの期間及び該設定された時間が経過した後の残りの期間をそれぞれ各インターバル期間の過渡期間及び安定期間とする。
(c)第1番目の周期の各インターバル期間におけるオープンループ制御は、各インターバル期間の開始時から設定された過渡期間が経過するまでの間増幅器102から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを設定目標レベル記憶部3に記憶された対応する設定目標レベルに等しくするようにDDSにレベルデータを与えることにより行う。
(d)高周波電力の電圧波形の包絡線波形の第1番目の周期における各インターバル期間で行うフィードバック制御は、各インターバル期間の安定期間の間、レベル検出部2により検出される高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルと対応する設定目標レベルとの偏差を零にするようにDDS101にレベルデータを与えることにより行う。
(e)平均検出レベル演算部4は、電圧波形の包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを前記設定目標レベルとした高周波電力を高周波電源装置から最初に出力させる際の包絡線波形の最初の周期を第1番目の周期とし、包絡線波形の各周期の各インターバル期間をその開始直後に設定された過渡期間と該過渡期間が経過した後の安定期間とに分けて、包絡線波形の第1番目の周期から第m−1番目の周期(mは2以上の整数からなる設定値)までの各周期においては、第1番目の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部2が検出したレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算し、包絡線波形の第m番目の周期以降の各周期においては、m−1個前の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部2が検出したm個のレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算する。
(f)高周波電力の電圧波形の包絡線波形の各周期の各インターバル期間において平均検出レベル演算部4により演算された平均検出レベルは、該平均検出レベルを演算した周期の次の周期の対応するインターバル期間において該包絡線がとるべき目標レベルとして次周期目標レベル記憶部5に記憶される。
(g)高周波電力の電圧波形の包絡線波形の第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間におけるオープンループ制御は、各インターバル期間の開始時から設定された過渡期間が経過するまでの間、増幅器102から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを次周期目標レベル記憶部5に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルに等しくするようにDDS101にレベルデータを与えることにより行う。
(h)高周波電力の電圧波形の包絡線波形の第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間におけるフィードバック制御は、各インターバル期間の安定期間の間レベル検出部2により検出される高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルと次周期目標レベル記憶部3Bに記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルとの偏差を零にするようにDDS101にレベルデータを与えることにより行なう。
The characteristics of the configuration of the high-frequency power supply device according to the embodiment shown in FIG. 3 are summarized as follows.
(A) A high-frequency signal generator / amplifier 1 includes a high-frequency signal generator 101 configured by a direct digital synthesizer (DDS) that outputs a high-frequency signal having a level indicated by level data given from the outside, and a high-frequency signal And an amplifier 102 for amplifying the output of the generator 101. The envelope of the voltage waveform has a plurality of level change timings indicating stepped level changes in one cycle, and each level change timing and the next The high-frequency power modulated so as to exhibit a waveform in which the period between the level change timings is an interval period in which a constant level is maintained is output.
(B) A period until the set time elapses from the start of each interval period of each cycle of the waveform of the envelope waveform of the voltage waveform of the high frequency power output from the high frequency signal generating / amplifying unit 1 and the set time The remaining period after elapse of time is defined as a transition period and a stable period of each interval period, respectively.
(C) The open-loop control in each interval period of the first cycle is performed by the envelope of the voltage waveform of the high-frequency power output from the amplifier 102 from the start of each interval period until the set transient period elapses. This is performed by giving level data to the DDS so that the level is equal to the corresponding set target level stored in the set target level storage unit 3.
(D) The feedback control performed in each interval period in the first period of the envelope waveform of the voltage waveform of the high frequency power is the voltage waveform of the high frequency power detected by the level detection unit 2 during the stable period of each interval period. This is performed by giving level data to the DDS 101 so that the deviation between the envelope level and the corresponding set target level becomes zero.
(E) The average detection level calculation unit 4 first outputs high-frequency power from the high-frequency power supply device with the set target level being the level that the envelope waveform of the voltage waveform should take in each interval period of each cycle. The first cycle of the waveform is the first cycle, and each interval period of each cycle of the envelope waveform is divided into a transient period set immediately after the start and a stable period after the transient period has elapsed, In each cycle from the first cycle of the line waveform to the (m-1) th cycle (m is a set value made up of an integer of 2 or more), the respective cycles from the first cycle to the current cycle The level obtained by averaging the levels detected by the level detector 2 in the corresponding stable period of each interval period is calculated as the average detection level of each interval period, and is calculated for each period after the mth period of the envelope waveform. In other words, the level obtained by averaging the m levels detected by the level detector 2 in the stable period of each interval period corresponding to each period from the m-1 previous cycle to the current cycle is the average of the interval periods. Calculate as the detection level.
(F) The average detection level calculated by the average detection level calculation unit 4 in each interval period of each cycle of the envelope waveform of the voltage waveform of the high-frequency power corresponds to the cycle next to the cycle in which the average detection level is calculated. In the interval period, the envelope is stored in the next cycle target level storage unit 5 as the target level to be taken.
(G) The open loop control in each interval period of each period after the second period of the envelope waveform of the voltage waveform of the high-frequency power is performed from the start of each interval period until the set transient period elapses. The level data is supplied to the DDS 101 so that the envelope level of the voltage waveform of the high-frequency power output from the amplifier 102 is equal to the target level of the corresponding interval period stored in the next cycle target level storage unit 5. .
(H) The feedback control in each interval period of each cycle after the second cycle of the envelope waveform of the voltage waveform of the high frequency power is performed by the high frequency power detected by the level detector 2 during the stable period of each interval period. This is performed by giving level data to the DDS 101 so that the deviation between the level of the envelope of the voltage waveform and the target level of the corresponding interval period stored in the next cycle target level storage unit 3B is zero.

上記の各実施形態では、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを1周期の間に複数有して、各レベル変化タイミングから次のレベル変化タイミングまでのインターバル期間がレベルを保持する期間となっているステップ波形を変調波形として、この変調波形で変調された高周波電力を得るように、高周波信号発生・増幅部1を制御するようにしたが、本発明はステップ波形を変調波形とする場合に限られるものではなく、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを1周期の間に複数有し、各レベル変化タイミングと次のレベル変化タイミングとの間のインターバル期間がレベルを保持し続ける期間となっている波形を呈する変調波形で高周波電力を変調する場合に広く適用することができる。   In each of the above embodiments, a plurality of level change timings indicating step-like level changes are provided in one cycle, and the interval period from each level change timing to the next level change timing is a period for holding the level. The high-frequency signal generating / amplifying unit 1 is controlled so as to obtain a high-frequency power modulated with this modulation waveform using the step waveform as a modulation waveform. It is not limited, and there are a plurality of level change timings indicating stepwise level changes in one cycle, and the interval period between each level change timing and the next level change timing continues to hold the level The present invention can be widely applied to the case where high-frequency power is modulated with a modulation waveform that exhibits a waveform.

例えば、図8に示すようにパルス波形により高周波電力を変調する場合にも本発明を適用することができる。   For example, as shown in FIG. 8, the present invention can also be applied to the case where high-frequency power is modulated by a pulse waveform.

1 高周波信号発生・増幅部
101 高周波信号発生部(DDS)
102 増幅器
103 レベル調節部
104 D/A変換器
2 レベル検出部
201 分波器
202 フィルタ
203 検波器
204 レベル検出器
205 A/D変換器
3 設定目標レベル記憶部
4 平均検出レベル演算部
5 次周期目標レベル記憶部
6 高周波電力制御部
601 コントローラ
602 出力設定データ入力部
604 誤差レベル検出部
605 選択処理部
606 制御演算部
1 High Frequency Signal Generation / Amplification Unit 101 High Frequency Signal Generation Unit (DDS)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 102 Amplifier 103 Level adjustment part 104 D / A converter 2 Level detection part 201 Demultiplexer 202 Filter 203 Detector 204 Level detector 205 A / D converter 3 Setting target level memory | storage part 4 Average detection level calculation part 5th period Target level storage unit 6 High frequency power control unit 601 Controller 602 Output setting data input unit 604 Error level detection unit 605 Selection processing unit 606 Control calculation unit

Claims (6)

電圧波形の包絡線の波形(以下包絡線波形という。)が、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを1周期の間に複数有し、隣り合うレベル変化タイミングの間の期間が一定のレベルを保持するインターバル期間となっているステップ波形を呈するように変調された高周波電力を出力する高周波電源装置を制御する方法であって、
前記包絡線波形のレベルを検出するレベル検出部を設けておき、
前記高周波電源装置から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線波形がその1周期の間に有する各インターバル期間でとるべきレベルの設定値を各インターバル期間の設定目標レベルとして設定目標レベル記憶部に記憶させておき、
前記包絡線波形の各周期の各インターバル期間をその開始直後に設定された過渡期間と該過渡期間が経過した後の安定期間とに分け、
電圧波形の包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを前記設定目標レベルとした高周波電力を前記高周波電源装置から最初に出力させる際の前記包絡線波形の最初の周期を第1番目の周期として、前記包絡線波形の前記第1番目の周期から第m−1番目の周期(mは2以上の整数からなる設定値)までの各周期においては、第1番目の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間で前記レベル検出部が検出したレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算し、前記包絡線波形の第m番目の周期以降の各周期においては、m−1個前の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したm個のレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算して、演算した各インターバル期間の平均検出レベルを、該平均検出レベルを演算した周期の次の周期の対応するインターバル期間で包絡線波形がとるべき目標レベルとして次周期目標レベル記憶部に記憶しておき、
前記包絡線波形の前記第1番目の周期の各インターバル期間では、前記過渡期間が経過するまでの間、前記レベル検出部が検出するレベルを前記設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、前記安定期間の間、前記レベル検出部が検出するレベルを前記設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行ない、
前記包絡線波形の第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間では、前記過渡期間が経過するまでの間前記レベル検出部が検出するレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶された対応する目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、前記安定期間の間、前記レベル検出部が検出するレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶された対応する目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行なうこと、
を特徴とする高周波電源装置の制御方法。
An envelope waveform of a voltage waveform (hereinafter referred to as an envelope waveform) has a plurality of level change timings indicating step-like level changes in one cycle, and a period between adjacent level change timings is a constant level. A method of controlling a high frequency power supply device that outputs high frequency power modulated so as to exhibit a step waveform that is an interval period for holding
A level detector for detecting the level of the envelope waveform is provided,
The set value of the level to be taken in each interval period that the envelope waveform of the voltage waveform of the high frequency power output from the high frequency power supply device has during one cycle is stored in the set target level storage unit as the set target level for each interval period. Let me know
Dividing each interval period of each cycle of the envelope waveform into a transient period set immediately after its start and a stable period after the transient period has passed,
The first cycle of the envelope waveform when the high-frequency power is first output from the high-frequency power supply device with the envelope waveform of the voltage waveform having the level to be taken in each interval period of each cycle as the set target level is the first. In each cycle from the first cycle of the envelope waveform to the m-1st cycle (m is a set value consisting of an integer of 2 or more), the first cycle to the current A level obtained by averaging the levels detected by the level detection unit in the stable period of each interval period corresponding to each period up to the period is calculated as an average detection level of each interval period, and the mth period of the envelope waveform In each subsequent period, m number of levels detected by the level detection unit in the stable period of each interval period corresponding to each period from the m-1 previous cycle to the current cycle. The average level of the bell is calculated as the average detection level of each interval period, and the average detection level of each calculated interval period is an envelope waveform in the interval period corresponding to the next cycle of the period in which the average detection level is calculated. Is stored in the next cycle target level storage unit as a target level to be taken,
In each interval period of the first period of the envelope waveform, the level detected by the level detection unit until the transition period elapses, the corresponding setting target stored in the setting target level storage unit After performing control equal to the level by open loop control, during the stable period, feedback control is performed to maintain the level detected by the level detection unit at the corresponding set target level stored in the set target level storage unit By
In each interval period of each cycle after the second cycle of the envelope waveform, the level detected by the level detection unit until the transition period elapses is stored in the next cycle target level storage unit After performing control equal to the target level to be performed by open loop control, during the stable period, control to maintain the level detected by the level detection unit at the corresponding target level stored in the next cycle target level storage unit What to do with feedback control,
A method for controlling a high-frequency power supply device.
電圧波形の包絡線の波形(以下包絡線波形という。)が、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを1周期の間に複数有して、隣り合うレベル変化タイミングの間の期間が一定レベルを保持するインターバル期間となっているステップ波形を呈するように変調された高周波電力を、高周波信号発生器と該高周波信号発生器が発生する高周波信号を増幅する増幅器とを備えた高周波信号発生・増幅部から出力する高周波電源装置であって、
前記包絡線波形のレベルを検出するレベル検出部と、
前記高周波電源装置から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線波形がその1周期の間に有する各インターバル期間でとるべきレベルを各インターバル期間の設定目標レベルとして記憶した設定目標レベル記憶部と、
電圧波形の包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを前記設定目標レベルとした高周波電力を前記高周波電源装置から最初に出力させる際の前記包絡線波形の最初の周期を第1番目の周期とし、前記包絡線波形の各周期の各インターバル期間をその開始直後に設定された過渡期間と該過渡期間が経過した後の安定期間とに分けて、前記包絡線波形の前記第1番目の周期から第m−1番目の周期(mは2以上の整数からなる設定値)までの各周期においては、第1番目の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間で前記レベル検出部が検出したレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算し、前記包絡線波形の第m番目の周期以降の各周期においては、m−1個前の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したm個のレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算する平均検出レベル演算部と、
前記包絡線波形の各周期で前記平均検出レベル演算部により演算された各インターバル期間の平均検出レベルを、該平均検出レベルを演算した周期の次の周期の各インターバル期間で包絡線波形がとるべき目標レベルとして記憶する次周期目標レベル記憶部と、
前記レベル検出部が検出するレベルを目標レベルとするように前記高周波信号発生・増幅部を制御する高周波電力制御部と、
を具備し、
前記高周波電力制御部は、前記包絡線波形の前記第1番目の周期の各インターバル期間において前記過渡期間が経過するまでの間、前記レベル検出部が検出するレベルを前記設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、前記安定期間の間前記レベル検出部が検出するレベルを前記設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行ない、前記第1番目の周期に続く第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間においては、前記過渡期間が経過するまでの間前記レベル検出部が検出するレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、各インターバル期間の安定期間の間、前記レベル検出部が検出するレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応する目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行なうように構成されていることを特徴とする高周波電源装置。
A voltage waveform envelope waveform (hereinafter referred to as an envelope waveform) has a plurality of level change timings indicating step-like level changes in one cycle, and a period between adjacent level change timings is a constant level. A high-frequency signal generator / amplifier comprising a high-frequency signal generator and an amplifier for amplifying a high-frequency signal generated by the high-frequency signal generator for high-frequency power modulated so as to exhibit a step waveform having an interval period for holding A high-frequency power supply that outputs from the unit,
A level detector for detecting the level of the envelope waveform;
A set target level storage unit that stores, as a set target level for each interval period, a level to be taken in each interval period that the envelope waveform of the voltage waveform of the high-frequency power output from the high-frequency power supply device has during one cycle;
The first cycle of the envelope waveform when the high-frequency power is first output from the high-frequency power supply device with the envelope waveform of the voltage waveform having the level to be taken in each interval period of each cycle as the set target level is the first. And the interval period of each period of the envelope waveform is divided into a transient period set immediately after its start and a stable period after the transition period has elapsed, and the first waveform of the envelope waveform In each cycle from the cycle to the (m-1) -th cycle (m is a set value consisting of an integer of 2 or more), each interval period corresponding to each cycle from the first cycle to the current cycle A level obtained by averaging the levels detected by the level detection unit in a stable period is calculated as an average detection level in each interval period, and in each period after the m-th period of the envelope waveform The level obtained by averaging the m levels detected by the level detection unit in the stable period of each interval period corresponding to each period from the m-1 previous cycle to the current cycle is calculated as the average detection level of each interval period. An average detection level calculation unit,
The average detection level of each interval period calculated by the average detection level calculation unit in each period of the envelope waveform should be the envelope waveform in each interval period of the period following the period in which the average detection level was calculated. A next cycle target level storage unit for storing the target level;
A high-frequency power control unit that controls the high-frequency signal generation / amplification unit so that the level detected by the level detection unit becomes a target level;
Comprising
The high frequency power control unit stores the level detected by the level detection unit in the set target level storage unit until the transition period elapses in each interval period of the first cycle of the envelope waveform. After performing control to equalize the corresponding set target level by open loop control, the level detected by the level detection unit during the stable period is set to the corresponding set target level stored in the set target level storage unit. The control to maintain is performed by feedback control, and in each interval period of each period after the second period following the first period, the level detected by the level detection unit until the transition period elapses. Open control to equalize the target level of the corresponding interval period stored in the next cycle target level storage unit After performing the loop control, the control for maintaining the level detected by the level detection unit at the corresponding target level stored in the next cycle target level storage unit is performed by the feedback control during the stable period of each interval period. The high frequency power supply device is configured as described above.
電圧波形の包絡線の波形(以下包絡線波形という。)が、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを1周期の間に複数有して、隣り合うレベル変化タイミングの間の期間が一定レベルを保持するインターバル期間となっているステップ波形を呈するように変調された高周波電力を、高周波信号発生器と該高周波信号発生器が発生する高周波信号を増幅する増幅器とを備えた高周波信号発生・増幅部から出力する高周波電源装置であって、
前記包絡線波形のレベルを検出するレベル検出部と、
前記高周波電源装置から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線波形がその1周期の間に有する各インターバル期間でとるべきレベルを各インターバル期間の設定目標レベルとして記憶した設定目標レベル記憶部と、
電圧波形の包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを前記設定目標レベルとした高周波電力を前記高周波電源装置から最初に出力させる際の前記包絡線波形の最初の周期を第1番目の周期とし、前記包絡線波形の各周期の各インターバル期間をその開始直後に設定された過渡期間と該過渡期間が経過した後の安定期間とに分けて、前記包絡線波形の前記第1番目の周期から第m−1番目の周期(mは2以上の整数からなる設定値)までの各周期においては、第1番目の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間で前記レベル検出部が検出したレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算し、前記包絡線波形の第m番目の周期以降の各周期においては、m−1個前の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したm個のレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算する平均検出レベル演算部と、
前記包絡線波形の各周期で前記平均検出レベル演算部により演算された各インターバル期間の平均検出レベルを該平均検出レベルの演算を行った周期の次の周期の各インターバル期間で包絡線波形がとるべき目標レベルとして記憶する次周期目標レベル記憶部と、
前記レベル検出部が検出するレベルを目標レベルとするように前記高周波信号発生・増幅部を制御する高周波電力制御部と、
を具備し、
前記高周波信号発生・増幅部は、前記増幅器から出力する高周波電力の電圧レベルを与えられたレベルデータに応じて調整する機能を有するように構成され、
前記高周波電力制御部は、前記包絡線波形の前記第1番目の周期の各インターバル期間において前記過渡期間が経過するまでの間、前記レベル検出部が検出するレベルを前記設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに等しくした高周波電力を前記高周波信号発生・増幅部から出力させるために必要なレベルデータを前記高周波信号発生・増幅部に与えることにより、前記包絡線波形のレベルを前記設定目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、前記安定期間の間、前記レベル検出部が検出するレベルと対応するインターバル期間の設定目標レベルとの偏差を零にするように前記高周波信号発生・増幅部にレベルデータを与えて前記包絡線波形のレベルを設定目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行ない、前記第1番目の周期に続く第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間においては、前記過渡期間が経過するまでの間、前記包絡線波形のレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応する目標レベルに等しくするために必要なレベルデータを前記高周波信号発生・増幅部に与えることにより、前記包絡線波形のレベルを目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、前記安定期間の間、前記レベル検出部が検出するレベルと前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応する目標レベルとの偏差を零にするように前記高周波信号発生・増幅部にレベルデータを与えて前記包絡線波形のレベルを目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行なうように構成されていること、
を特徴とする高周波電源装置。
A voltage waveform envelope waveform (hereinafter referred to as an envelope waveform) has a plurality of level change timings indicating step-like level changes in one cycle, and a period between adjacent level change timings is a constant level. A high-frequency signal generator / amplifier comprising a high-frequency signal generator and an amplifier for amplifying a high-frequency signal generated by the high-frequency signal generator for high-frequency power modulated so as to exhibit a step waveform having an interval period for holding A high-frequency power supply that outputs from the unit,
A level detector for detecting the level of the envelope waveform;
A set target level storage unit that stores, as a set target level for each interval period, a level to be taken in each interval period that the envelope waveform of the voltage waveform of the high-frequency power output from the high-frequency power supply device has during one cycle;
The first cycle of the envelope waveform when the high-frequency power is first output from the high-frequency power supply device with the envelope waveform of the voltage waveform having the level to be taken in each interval period of each cycle as the set target level is the first. And the interval period of each period of the envelope waveform is divided into a transient period set immediately after its start and a stable period after the transition period has elapsed, and the first waveform of the envelope waveform In each cycle from the cycle to the (m-1) -th cycle (m is a set value consisting of an integer of 2 or more), each interval period corresponding to each cycle from the first cycle to the current cycle A level obtained by averaging the levels detected by the level detection unit in a stable period is calculated as an average detection level in each interval period, and in each period after the m-th period of the envelope waveform The level obtained by averaging the m levels detected by the level detection unit in the stable period of each interval period corresponding to each period from the m-1 previous cycle to the current cycle is calculated as the average detection level of each interval period. An average detection level calculation unit,
The average detection level of each interval period calculated by the average detection level calculation unit in each cycle of the envelope waveform is taken as the envelope waveform in each interval period following the cycle in which the average detection level is calculated. A next cycle target level storage unit for storing the target level as a power level;
A high-frequency power control unit that controls the high-frequency signal generation / amplification unit so that the level detected by the level detection unit becomes a target level;
Comprising
The high-frequency signal generation / amplification unit is configured to have a function of adjusting a voltage level of high-frequency power output from the amplifier according to given level data,
The high frequency power control unit stores the level detected by the level detection unit in the set target level storage unit until the transition period elapses in each interval period of the first cycle of the envelope waveform. By providing the high-frequency signal generation / amplification unit with level data necessary to output the high-frequency power equal to the corresponding set target level from the high-frequency signal generation / amplification unit, the level of the envelope waveform is After performing control equal to the set target level by open loop control, during the stable period, the high frequency is set so that the deviation between the level detected by the level detection unit and the set target level of the corresponding interval period becomes zero. Feedback is provided to control the level of the envelope waveform at the set target level by providing level data to the signal generator / amplifier. In each interval period of each period after the second period following the first period, the envelope waveform level is set to the next period target until the transition period elapses. An open loop control is performed to make the level of the envelope waveform equal to the target level by providing the high-frequency signal generating / amplifying unit with level data necessary to equalize the corresponding target level stored in the level storage unit. After the control, the high-frequency signal is generated so that the deviation between the level detected by the level detection unit and the corresponding target level stored in the next cycle target level storage unit is zero during the stable period. -It is configured to perform control for giving level data to the amplifying unit and maintaining the level of the envelope waveform at the target level by feedback control. That it is,
A high frequency power supply device characterized by.
前記高周波信号発生・増幅部は、前記高周波信号発生器から前記増幅器に与えられる高周波信号のレベルをレベルデータに応じて調節するレベル調節部を備え、
前記高周波信号発生器は、外部から与えられたレベルデータが示すレベルを有する高周波信号を出力するダイレクト・デジタル・シンセサイザ(DDS)により構成され、
前記高周波電力制御部は、
前記第1番目の周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間、前記増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを前記設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに等しくするように前記DDSにレベルデータを与えることにより前記第1番目の周期におけるオープンループ制御を行い、
前記第1番目の周期の各インターバル期間の安定期間の間、前記レベル検出部により検出されるレベルと対応するインターバル期間の設定目標レベルとの偏差を零にするように前記レベル調節部にレベルデータを与えることにより前記第1番目の周期の各インターバル期間でのフィードバック制御を行い、
前記第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間、前記増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルに等しくするように前記DDSにレベルデータを与えることにより前記第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間でのオープンループ制御を行い、
前記第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の安定期間の間前記レベル検出部が検出するレベルと前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルとの偏差を零にするように前記レベル調節部にレベルデータを与えることにより前記第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間におけるフィードバック制御を行なう、
ように構成されていることを特徴とする請求項3に記載の高周波電源装置。
The high-frequency signal generation / amplification unit includes a level adjustment unit that adjusts a level of a high-frequency signal given from the high-frequency signal generator to the amplifier according to level data,
The high-frequency signal generator is configured by a direct digital synthesizer (DDS) that outputs a high-frequency signal having a level indicated by level data given from outside,
The high frequency power control unit includes:
Until the transition period of each interval period of the first cycle elapses, the level of the envelope of the voltage waveform of the high-frequency power output from the amplifier is stored in the corresponding set target level storage unit. Performing open loop control in the first period by providing level data to the DDS to be equal to the level;
During the stable period of each interval period of the first cycle, level data is sent to the level adjustment unit so that the deviation between the level detected by the level detection unit and the set target level of the corresponding interval period becomes zero. To perform feedback control in each interval period of the first cycle,
Until the transition period of each interval period of each period after the second period elapses, the level of the envelope of the voltage waveform of the high frequency power output from the amplifier is stored in the next period target level storage unit. Performing open loop control in each interval period of each period after the second period by providing level data to the DDS so as to be equal to the target level of the corresponding interval period,
Deviation between the level detected by the level detection unit during the stable period of each interval period of each cycle after the second cycle and the target level of the corresponding interval period stored in the next cycle target level storage unit Feedback control in each interval period of each period after the second period by giving level data to the level adjusting unit so as to make zero
The high frequency power supply device according to claim 3, which is configured as described above.
前記高周波信号発生・増幅部は、前記高周波信号発生器から前記増幅器に与えられる高周波信号のレベルをレベルデータに応じて調節するレベル調節部を備え、
前記高周波電力制御部は、
前記第1番目の周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間、前記増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを前記設定目標レベル記憶部に記憶された対応するインターバル期間の設定目標レベルに等しくするように前記レベル調節部にレベルデータを与えることにより前記第1番目の周期の各インターバル期間におけるオープンループ制御を行い、
前記第1番目の周期の各インターバル期間の安定期間の間、前記レベル検出部が検出するレベルと対応する設定目標レベルとの偏差を零にするように前記レベル調節部にレベルデータを与えることにより前記第1番目の周期の各インターバル期間におけるフィードバック制御を行い、
前記第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間、前記増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルに等しくするように前記レベル調節部にレベルデータを与えることにより前記第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間におけるオープンループ制御を行い、
前記第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の安定期間の間前記レベル検出部が検出するレベルと前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルとの偏差を零にするように前記レベル調節部にレベルデータを与えることにより前記第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間におけるフィードバック制御を行なう、
ように構成されていることを特徴とする請求項3に記載の高周波電源装置。
The high-frequency signal generation / amplification unit includes a level adjustment unit that adjusts a level of a high-frequency signal given from the high-frequency signal generator to the amplifier according to level data,
The high frequency power control unit includes:
Until the transition period of each interval period of the first cycle elapses, the level of the envelope of the voltage waveform of the high-frequency power output from the amplifier is the corresponding interval period stored in the set target level storage unit Performing an open loop control in each interval period of the first cycle by giving level data to the level adjuster so as to be equal to the set target level of
By providing level data to the level adjustment unit so that the deviation between the level detected by the level detection unit and the corresponding set target level is zero during the stable period of each interval period of the first cycle. Performing feedback control in each interval period of the first period;
Until the transition period of each interval period of each period after the second period elapses, the level of the envelope of the voltage waveform of the high frequency power output from the amplifier is stored in the next period target level storage unit. Performing open loop control in each interval period of each period after the second period by providing level data to the level adjuster so as to be equal to the target level of the corresponding interval period,
Deviation between the level detected by the level detection unit during the stable period of each interval period of each cycle after the second cycle and the target level of the corresponding interval period stored in the next cycle target level storage unit Feedback control in each interval period of each period after the second period by giving level data to the level adjusting unit so as to make zero
The high frequency power supply device according to claim 3, which is configured as described above.
前記高周波信号発生器は、外部から与えられたレベルデータが示すレベルを有する高周波信号を出力するダイレクト・デジタル・シンセサイザ(DDS)により構成され、
前記高周波電力制御部は、
前記第1番目の周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間前記増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを前記設定目標レベル記憶部に記憶された対応するインターバル期間の設定目標レベルに等しくするように前記DDSにレベルデータを与えることにより前記第1番目の周期における各インターバル期間のオープンループ制御を行い、
前記第1番目の周期の各インターバル期間の安定期間の間、レベル検出部が検出するレベルと対応するインターバル期間の設定目標レベルとの偏差を零にするように前記DDSにレベルデータを与えることにより前記第1番目の周期の各インターバル期間におけるフィードバック制御を行い、
前記第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間、前記増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルに等しくするように前記DDSにレベルデータを与えることにより前記第2番目の周期以降の各周期におけるオープンループ制御を行い、
前記第2番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の安定期間の間、前記レベル検出部が検出するレベルと次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルとの偏差を零にするように前記DDSにレベルデータを与えることにより前記第2番目の周期以降の各周期におけるフィードバック制御を行なう、
ように構成されていることを特徴とする請求項3に記載の高周波電源装置。
The high-frequency signal generator is configured by a direct digital synthesizer (DDS) that outputs a high-frequency signal having a level indicated by level data given from outside,
The high frequency power control unit includes:
The level of the envelope of the voltage waveform of the high-frequency power output from the amplifier until the transition period of each interval period of the first period elapses in the corresponding interval period stored in the set target level storage unit Open loop control of each interval period in the first cycle by giving level data to the DDS so as to be equal to the set target level,
By providing level data to the DDS so that the deviation between the level detected by the level detector and the set target level of the corresponding interval period is zero during the stable period of each interval period of the first cycle Performing feedback control in each interval period of the first period;
Until the transition period of each interval period of each period after the second period elapses, the level of the envelope of the voltage waveform of the high frequency power output from the amplifier is stored in the next period target level storage unit. Performing open loop control in each period after the second period by providing level data to the DDS to be equal to the target level of the corresponding interval period being
Deviation between the level detected by the level detection unit and the target level of the corresponding interval period stored in the next cycle target level storage unit during the stable period of each interval period of each cycle after the second cycle Feedback control in each period after the second period is performed by giving level data to the DDS so as to make zero
The high frequency power supply device according to claim 3, which is configured as described above.
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