KR100931534B1 - High Vacuum Measurement Circuit in Ion Pump - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은 진공 용기 내에서 기체를 이온화시키기 위해 이온 펌프(Ion Pump)의 두 전극 사이에 수천 볼트의 고전압을 인가할 때 전원 측의 이온전류 변환 전압으로 진공도를 측정하고 이것에 기초하여 이온화 공급전력량을 조절할 수 있는 이온펌프에서의 고진공 측정회로를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to measure the degree of vacuum with an ion current conversion voltage on the power supply side and to ionize it based on the application of a high voltage of several thousand volts between two electrodes of an ion pump to ionize gas in a vacuum vessel. It is to provide a high vacuum measuring circuit in an ion pump that can control the amount of power supplied.
본 발명의 측정회로는 전류제한부(16)를 통한 직류입력전압과 스위칭 펄스를 발생하는 고속스위칭부(20)에 의해 트랜스부(17)에서 스위칭모드의 전압이 출력되게 하고 이 트랜스부의 출력전압은 배전압출력부(18)를 통과시켜 고전압을 출력하는 이온펌프용 고전압 출력회로에 있어서, 상기 배전압출력부(18)에서 검출되는 이온전류를 DAC(23)에서 출력되는 기준 값에 따라 전압신호로 변환하는 전류검출 및 로그증폭부(21)와, 상기 로그증폭부의 검출 전압신호레벨에 따른 진공도 비례 4종류의 전압선택신호를 발생하며 ADC(22), DAC(23), 프로그램 메모리(11), PC와 결합된 통신인터페이스(12), 디스플레이(25)에 결합된 디스플레이 인터페이스(24) 및 파라미터저장용 메모리(14)를 갖는 마이크로프로세서(10)와, 상기 마이크로프로세서(10)의 진공도 비례 출력전압값을 전류제한부(16)에 전달하는 출력조정보(15)와, 상기 트랜스의 입력전압 상승에 따른 과입력상태를 검출하여 상기 전류제한부(16)를 작동시키기 위한 입력검출부(19)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The measuring circuit of the present invention causes the voltage of the switching mode to be output from the transformer unit 17 by the high speed switching unit 20 which generates the DC input voltage and the switching pulse through the current limiting unit 16 and output voltage of the transformer unit. In the high voltage output circuit for an ion pump that passes through the double voltage output unit 18 and outputs a high voltage, the ion current detected by the double voltage output unit 18 is applied according to a reference value output from the DAC 23. A current detection and log amplifier 21 for converting into a signal and four voltage selection signals proportional to the degree of vacuum in accordance with the detected voltage signal level of the log amplifier are generated, and the ADC 22, the DAC 23, and the program memory 11 are generated. ), A microprocessor 10 having a communication interface 12 coupled to a PC, a display interface 24 coupled to the display 25 and a memory 14 for parameter storage, and a vacuum degree proportionality of the microprocessor 10. Output voltage And an output detector information 15 for transmitting to the current limiter 16, and an input detector 19 for detecting an over-input state caused by an increase in the input voltage of the transformer to operate the current limiter 16. It is characterized by.
로그증폭, 배전압출력, 출력조정, 진공도, 전류제한Log Amplification, Double Voltage Output, Output Adjustment, Vacuum Degree, Current Limit
Description
도 1은 본 발명의 회로 블록구성도이다.1 is a circuit block diagram of the present invention.
도 2은 본 발명의 회로 블록구성의 상세도이다.2 is a detailed view of the circuit block configuration of the present invention.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※※ Explanation of symbols about main part of drawing ※
10 : 마이크로프로세서 11 : 프로그램메모리10: microprocessor 11: program memory
12 : 통신인터페이스 13 : PC12: communication interface 13: PC
14 : 파라미터 저장용 메모리 15 : 출력조정부14: Memory for storing parameters 15: Output control unit
16 : 전류제한부 17 : 트랜스부16: current limiting unit 17: transformer unit
18 : 배전압출력부 19 : 입력검출부18: double voltage output unit 19: input detection unit
20 : 고속스위칭부 21 : 전류검출 및 로그증폭부20: high speed switching unit 21: current detection and log amplifier
22 : ADC 23 : DAC22: ADC 23: DAC
24 : 디스플레이 인터페이스 25 : 디스플레이24: display interface 25: display
본 발명은 진공 용기 내에서 기체를 이온화시키기 위해 이온 펌프의 두 전극 사이에 고전압을 인가할 때 전원 측의 이온전류를 감지하여 진공도를 측정하도록 한 이온펌프에서의 고진공 측정회로에 관한것이다.The present invention relates to a high vacuum measuring circuit in an ion pump for measuring the degree of vacuum by detecting an ion current at the power supply side when a high voltage is applied between two electrodes of an ion pump to ionize gas in a vacuum vessel.
일반적으로 이온 펌프의 양극과 음극 사이에 수천 볼트의 전압을 걸어 주면 음극에서 방출된 전자는 양극 쪽으로 가속되고 양이온화된 기체는 음극 쪽으로 가속된다.In general, when a voltage of several thousand volts is applied between an anode and a cathode of an ion pump, electrons emitted from the cathode are accelerated toward the anode and cationized gas is accelerated toward the cathode.
이 때 총 전류는 기체분자에 의해 결정되며, 전원 쪽의 이온전류를 측정하면 기체의 압력을 측정할 수 있다. 또한 이온전류를 저항에 흘리고 이때 저항의 양단간에 나타나는 전압으로 측정한다.At this time, the total current is determined by the gas molecules, and the pressure of the gas can be measured by measuring the ion current at the power supply side. In addition, the ion current flows through the resistance and is measured by the voltage appearing between both ends of the resistance.
그런데 상기 종래의 수단에 있어서는 전류를 측정하는데 고진공에서는 극히 미약한 전류가 흐르므로 저항을 이용하는 방법은 열잡음 등의 이유로 에러가 많이 동반한다.However, in the conventional means, the current is measured, but very high current flows in high vacuum, so the method of using the resistance is accompanied with a lot of errors due to thermal noise.
특히, 측정된 전압을 적정한 수준의 전압으로 증폭하는 과정에서 증폭기를 상당수 많이 사용하여야 하는 경제적 부담과 정확한 진공도의 측정이 곤란한 문제점을 가지고 있다.In particular, in the process of amplifying the measured voltage to an appropriate level of voltage has a problem that it is difficult to measure the economic burden and accurate vacuum degree to use a large number of amplifiers.
본 발명은 상기한 종래의 전압을 이용한 고진공 측정회로의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 진공 용기 내에서 기체를 이온화시키기 위해 이온 펌프(Ion Pump)의 두 전극 사이에 수천 볼트의 고전압을 인가할 때 전원 측의 이온전류를 전압으로 변환하여 그 전압비례 진공도를 측정하여 이온화 공급전력량의 조절에 적용하기 위한 이온펌프에서의 고진공 측정회로를 제공하는데 있다.The present invention is to solve the above problems of the high-vacuum measuring circuit using the conventional voltage, an object of the present invention is to provide a high voltage of thousands of volts between two electrodes of the ion pump (Ion Pump) to ionize the gas in the vacuum vessel The present invention provides a high-vacuum measuring circuit in an ion pump for converting an ion current on a power supply side into a voltage and measuring a voltage proportional vacuum degree and applying it to the adjustment of an ionization power amount.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 측정회로는 전류제한부를 통한 직류 입력전압과 스위칭 펄스를 발생하는 고속스위칭부에 의해 트랜스부에서 스위칭모드의 전압이 출력되게 하고 이 트랜스부의 출력전압은 배전압출력부를 통과시켜 고전압을 출력하는 이온펌프용 고전압 출력회로에 있어서, 상기 배전압출력부에서 검출되는 이온전류를 DAC에서 출력되는 기준 값에 따라 전압신호로 변환하는 전류검출 및 로그증폭부와, 상기 로그증폭부의 검출 전압신호레벨에 따른 진공도 비례 4종류의 전압선택신호를 발생하며 ADC, DAC, 프로그램메모리, PC와 결합된 통신인터페이스, 디스플레이에 결합된 디스플레이 인터페이스 및 파라미터 저장용 메모리를 갖는 마이크로프로세서와, 상기 마이크로프로세서의 진공도 비례 출력전압값을 전류제한부에 전달하는 출력조정부와, 상기 트랜스의 입력전압 상승에 따른 과입력상태를 검출하여 상기 전류제한부를 작동시키기 위한 입력검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다. The measuring circuit of the present invention for achieving the above object is to output the voltage of the switching mode in the transformer unit by a high speed switching unit that generates a DC input voltage and a switching pulse through the current limiting unit and the output voltage of the transformer unit is a double voltage output A high voltage output circuit for an ion pump for outputting a high voltage through a section, comprising: a current detection and log amplifier for converting an ion current detected by the double voltage output unit into a voltage signal according to a reference value output from a DAC, and the log A microprocessor which generates four types of voltage selection signals according to the detected voltage signal level of the amplifier and has an ADC, a DAC, a program memory, a communication interface coupled with a PC, a display interface coupled with a display, and a memory for storing parameters; The vacuum proportional output voltage value of the microprocessor is transferred to the current limiting unit. The controller may include an output adjuster and an input detector configured to detect an over-input state caused by an increase in the input voltage of the transformer and operate the current limiter.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명 회로의 블록구성도로서, 트랜스부(17)에는 전류제한부(16)를 통한 직류 입력전압이 인가되게 연결한다. 이 트랜스부(17)에는 타임펄스출력을 발생하며 마이크로프로세서에 의해 작동이 제어되는 고속스위칭부(20)의 고속 스위칭펄스가 인가되게 연결한다.FIG. 1 is a block diagram of a circuit of the present invention, in which a
상기 스위칭 펄스를 발생하는 고속스위칭부(20)에 의해 트랜스부(17)에서는 스위칭모드의 전압이 출력되어 배전압출력부(18)를 거쳐 이온 펌프용 고전압으로 출력되게 구성하고, 이러한 이온펌프용 고전압 출력단에 전류검출 및 로그증폭부(21)를 연결하여 고전압의 출력전류 검출과 동시에 DAC(23)를 통한 마이크로프로세서의 기준신호를 입력으로 하여 로그증폭하게 연결한다.The
상기 전류검출 및 로그증폭부(21)의 출력은 ADC(22)를 거쳐 프로그램메모리(11), 외부 PC(13)와의 접속을 위한 통신인터페이스(12), 파라미터 저장용 메모리(14) 및 디스플레이(25)를 구동하기 위한 디스플레이 인터페이스(24)를 갖는 마이크로프로세서(10)에 입력되게 연결한다.The output of the current detection and
상기 마이크로프로세서(10)의 진공도 비례 출력전압값은 출력조정부(15)를 거쳐 전류제한부(16)로 전달되게 연결하고, 상기 트랜스의 입력전압 상승에 따른 과입력상태를 검출하는 입력검출부(19)의 출력은 상기 전류제한부(16)에 전원공급 제한신호로 인가되게 연결하여 구성한다.An
도 2는 본 발명의 구체적인 회로구성도로서, 직류 입력전압단과 트랜스부(17) 사이에 설치되는 상기 전류제한부(16)는 트랜지스터(Q1,Q2)에 의한 다링턴회로로 구성되고, 마이크로프로세서로부터 출력전압선택신호가 인가되는 출력조정부(15)는 각 출력전압선택신호에 의해 구동되는 각각의 트랜지스터(Q3-Q6) 및 해당 트랜지스터에 의한 출력전압값을 결정하기 위한 가변저항(VR1-VR4)과 OP앰프(OP1) 및 출력트랜지스터(Q7)로 구성되고 있다.FIG. 2 is a detailed circuit diagram of the present invention, wherein the current limiting
상기 입력검출부(19)는 분압용 저항(R1,R2)과 OP앰프(OP2)를 포함한다.The
트랜스부(17)는 트랜스(T1)를 포함하며, 배전압출력부(18)는 다이오드(D1-D6)과 콘덴서(C1-C5)를 포함한다.
The
전류검출 및 로그증폭부(21)는 저항(R3,R4), 가변저항(VR3), 미러트랜지스터(Q8,Q9) 및 OP앰프(OP3,OP4)로 구성되고 있다.The current detection and
상기 고속 스위칭부(20)는 타이머IC(TM1), 인버터(I1-I6), 트랜지스터(Q10-Q12)로 구성되고 있다.The high
이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the present invention configured as described above is as follows.
먼저, 이온 고전압 발생용 직류 입력전압이 전류제한부(16) 내의 트랜지스터(Q1,Q2)를 통해 트랜스부(17)의 트랜스(T1)의 입력측에 인가되면 이 트랜스( T1)는 고속스위칭부(20)의 스위칭펄스에 의해 스위칭모드로 동작하여 그의 출력단에서 고주파수의 전압을 발생한다.First, when an ion high voltage DC input voltage is applied to the input side of the transformer T1 of the
이러한 고주파수의 다수의 다이오드(D1-D6)과 다수의 콘덴서(C1-C5)로 구성된 배전압출력부(18)에 의해 고전압 정류된 후 이온챔퍼에 이온화 고전압으로 제공된다.The high voltage is rectified by the double
이때, 상기 배전압출력부에서 출력되는 이온전류를 전류검출 및 로그증폭부(21)에서 검출되어 대수 증폭된 후 ADC(22)를 거쳐 디지털 값으로 변환된 후 마이크로프로세서(10)에 입력된다. 여기에서 전류검출 및 로그증폭부(10)는 이온 검출전류를 전압신호로 변환 증폭할 때 마이크로프로세서로부터 제공되는 디지털 기준전압신호를 DAC(23)를 통해 아날로그신호로 변환하여 기준신호로 사용한다.At this time, the ion current output from the double voltage output unit is detected by the current detection and
상기 마이크로프로세서(10)가 입력신호들을 연산 처리하기 위한 각종 설정 값 등의 파라미터는 파라미터 저장용 메모리(14)에 저장되며, 필요시마다 마이크로 프로세서가 불러와 연산 처리한다.Parameters such as various setting values for the
프로그램메모리(11)는 마이크로프로세서의 기본적인 실행 프로그램 데이터를 저장하고 있어, 리세트시마다 마이크로프로세서에 의한 고진공 측정회로를 초기화시켜준다.The
상기 마이크로프로세서(10)는 전류검출 및 로그증폭부(21)의 검출 전압신호레벨에 따른 이온전류검출 값을 연산 처리하여 진공도 비례 4종류의 전압선택신호를 발생한다.The
이러한 진공도 비례 4종류의 전압선택신호는 출력조정부(15)에 입력되어 선택전압신호에 해당하는 트랜지스터, 즉 트랜지스터(Q1-Q4)중 어느 하나와 그에 결합된 가변저항(VR1-VR4)들 중 하나에 의해 정해지는 값으로 OP앰프(OP1)가 연산 처리되고 이러한 연산처리 출력이 트랜지스터(Q7)에 인가된다.The four kinds of vacuum proportional voltage selection signals are inputted to the
여기서, 트랜스부(17)의 입력전압의 크기가 급격히 변화하면 이러한 입력 상태변동은 저항(R1,R2)에 의해 분압되어 OP앰프(OP2)에서 연산 처리되며, 이 OP앰프(OP2)의 연산출력 로직값에 따라 상기 출력조정부(15)의 출력트랜지스터(Q7)가 작동하여 전류제한부(16)를 제한하게 되므로 트랜스부(17)로의 입력전원전압 공급이 조정된다.In this case, when the magnitude of the input voltage of the
상기 고속스위칭부(20)는 상기 트랜스부(17)의 트랜스(T1)에 고속의 동작펄스를 인가하기 위한 스위칭모드 펄스발생기로서 타이머IC(TM1)와 다수의 인버터(I1-I6)에 의한 교호펄스신호에 의해 출력트랜지스터(Q11,Q12)가 교대로 동작하도록 하고 이들 두 라인이 출력은 마이크로프로세서의 제어신호에 의해 제어되 는 트랜지스터(Q10)에 의해 선택적으로 그라운드로 바이패스 되게 된다.The high
한편, 상기 마이크로프로세서(10)에서 처리된 연산처리 정보는 디스플레이 인터페이스(24)를 거쳐 디스플레이(25)에 출력되게 된다. 또한 이 마이크로프로세서(10)는 통신인터페이스(12)를 거쳐 PC(13)에 접속되어 이 PC에 의해 원격통제가 가능하게 된다.On the other hand, the operation processing information processed by the
따라서, 본 발명은 이온 펌프내의 진공도가 높아질수록 이온전류가 낮아지게 되면 자동적으로 인가되는 입력전압을 높여주고 진공도가 낮아지면 이온전류가 높아지도록 인가되는 입력전압을 낮추어 주는 것으로 전체적인 전력공급을 맞추어 주고, 진공도를 측정하는 이온전류는 로그 증폭기를 이용하여 일정범위(예를 들면 300㎂의 영역에서부터 10nA 영역까지의 전류를 전압으로 변환하며, 이러한 변환 전압신호는 다시 아날로그-디지털 변환기로 변환된다.Therefore, the present invention adjusts the overall power supply by increasing the input voltage applied automatically when the ion current is lowered as the degree of vacuum in the ion pump increases, and lowering the applied voltage when the ion current is increased when the degree of vacuum is lowered. In addition, the ion current measuring the vacuum degree converts a current of a certain range (for example, 300 mA to 10 nA) into a voltage using a log amplifier, and the converted voltage signal is converted into an analog-digital converter.
이렇게 디지털화된 신호레벨은 마이크로프로세서에서 연산 처리되어 기체의 압력을 유연성 있게 측정 할 수 있게 된다.These digitized signal levels can be computed in a microprocessor to provide flexibility in measuring gas pressure.
본 발명의 실시에 따르면, 고전압 발생기는 마이크로프로세서(10)로부터 4비트의 신호를 받아 3300Vdc, 2000Vdc, 1500Vdc, 800Vdc의 출력을 발생시키게 되며, 고압출력 단락시 컨트롤러로부터 신호를 받아 출력전압을 차단하는 보호기능을 가진다.According to the embodiment of the present invention, the high voltage generator receives a signal of 4 bits from the
상기 전류제한부(16)는 0.3mA 이상의 전류가 소모되면 출력전압을 차단하는 기능 가지며, 출력전압 선택신호에 따라 트랜스(T1)로 인입되는 전압 값을 조절하고 이를 트랜스와 배전압출력부(18)의 배압회로를 통하여 승압시키는 전형적인 SPMS 동작을 보이고 있다.The current limiting
배전압출력부의 고전압 출력을 로그증폭기(Logarithm Amplifier)를 통하여 일렉트로미터의 기능을 할 수 있도록 출력되는 전류 값을 측정하여 마이크로프로세서에 결합된 아날로그-디지털 변환기에서 디지털로 처리하게 되는 것이다.The high-voltage output of the double-voltage output unit is measured by the output current to function as an electrometer through a logarithm amplifier and processed digitally by an analog-to-digital converter coupled to a microprocessor.
전류제한부 및 고전압 선택회로인 출력조정부에 대한 전류제한은 트랜지스터의 귀환신호와 저항에 의해 결정되며 이 저항 값을 바꾸어 주는 것으로 전류제한 영역에 대한 확대 및 축소가 가능하다.The current limit of the current limiter and the output adjuster, which is a high voltage selector circuit, is determined by the feedback signal and the resistance of the transistor. By changing this resistance value, it is possible to enlarge and reduce the current limit region.
또한 고전압을 선택하는 출력조정부에서는 고진공에서는 전류기 미약하게 흐르므로 3300V의 전압을 인가하고 저진공에서는 전류가 많이 흐르므로 800V를 인가하고 있으며, 전류와 진공도에 따라 중간에 2000V와 1500V를 인가할 수 있도록 하였다.In addition, in the output adjustment part that selects the high voltage, the current flows weakly in high vacuum, so the voltage of 3300V is applied, and in the low vacuum, much current flows, so 800V is applied, and 2000V and 1500V can be applied in the middle depending on the current and vacuum degree. It was made.
가령, 출력선택 단자로 "H" 신호가 인가되면 트랜지스터가 ON"이 되어 트랜스포머의 입력전압의 조정이 가능하게 되고 이에 해당하는 고전압이 고전압 출력단자를 통해 출력되게 된다.For example, when the "H" signal is applied to the output selection terminal, the transistor is turned on, so that the input voltage of the transformer can be adjusted, and the corresponding high voltage is output through the high voltage output terminal.
출력전압 선택단자가 하나도 선택되지 않았을 때는 최대 전압이 출력되므로 반드시 한 단자에 선택신호가 인가되어야 하며, 이러한 출력의 선택은 마이크로프로세서에서 결정하게 된다.When no output voltage selection terminal is selected, the maximum voltage is output, so a selection signal must be applied to one terminal, and the selection of this output is determined by the microprocessor.
전류검출 및 로그증폭부(21)내의 로그증폭기의 기준신호는 마이크로프로세서에서 진공도에 따라 변경을 해가면서 설정을 할 수 있도록 하고 있으며, nA 수준에서 ㎂ 수준까지의 전류를 측정할 수 있도록 하였다. 이때, 기울기 조정은 가변저 항을 이용하며, 가변저항의 값이 0인 때를 1로 하고 가변저항을 조정하면 1이상의 값을 가지도록 하였다.The reference signal of the log amplifier in the current detection and
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 인가되는 고전압을 진공도에 따라 변화시켜주고 전류를 전압으로 변환하는 부분은 로그 증폭기를 이용하여 수백 uA에서 수 nA의 이온전류를 전압으로 변환하여 여러 개의 증폭기를 사용하지 않으면서도 폭 넓게 진공도를 측정할 수 있으며 마이크로프로세서의 채택으로 통신 및 아날로그/디지털 신호의 입, 출력등의 부가적인 기능을 포함하고 있어, 이온화 공급전력량의 조절시 이온전류를 전압으로 변환하여 진공도 값에 비례하는 전압 값을 이용하게 되므로 정확한 고진공 측정이 가능하게 되며, 연산처리와 관련된 중요 기능을 마이크로프로세서가 담당하도록 함으로써 관련 전자회로 부분의 간략화를 이룰수 있어 측정회로 제품의 원가를 절감시킬 수 있는 효과를 가져온다.As described above, the present invention changes the applied high voltage according to the degree of vacuum and converts the current into a voltage by using a log amplifier to convert an ion current of several hundred uA to several nA into a voltage. It can measure the vacuum degree widely without the addition of microprocessor, and includes additional functions such as communication and input / output of analog / digital signal, and converts ion current into voltage when adjusting the ionization power supply. By using the voltage value proportional to, accurate high vacuum measurement is possible, and it is possible to reduce the cost of measuring circuit products by simplifying the related electronic circuit part by allowing the microprocessor to take charge of important functions related to operation processing. Bring it.
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