TW202318925A - Ｒｆ電力生成系統中的阻抗匹配 - Google Patents

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Abstract

一種包括混合模組的阻抗匹配網路。混合模組基於從由RF發生器生成的輸出感測到的至少一個參數接收多個導納。輸出訊號是對於每個脈衝具有多個狀態的脈衝RF訊號，並且多個導納對應於多個狀態。混合模組生成根據由增益調節的多個導納而確定的虛擬導納。阻抗匹配模組接收虛擬導納並且根據虛擬導納生成用於調節阻抗匹配網路的電容的命令或用於調節輸出訊號的頻率的命令。

Description

RF電力生成系統中的阻抗匹配
本說明書涉及阻抗模組和阻抗模組的控制。
在半導體製造中經常使用電漿製造。在電漿製造中，離子被電場加速以從基板的表面蝕刻材料或將材料沉積到基板的表面上。在一種基本實施方式中，基於由電力輸送系統的相應的射頻 (RF) 或直流 (DC) 發生器生成的RF或DC電力訊號來生成電場。必須精確地控制由發生器生成的電力訊號以有效地執行電漿蝕刻。
這裡提供的背景描述是為了總體上呈現本說明書的背景。當前署名的發明人的工作在本背景技術部分中描述的程度上以及在申請時可能不構成現有技術的描述的各方面既不明確地也不隱含地被承認為是針對本說明書的現有技術。
一個或多個計算機的系統可以被配置為通過使軟體、韌體、硬體或它們的組合安裝在該系統上而執行特定操作或動作，軟體、韌體、硬體或它們的組合在操作中使系統執行動作。一個或多個計算機程式可以被配置為通過包括指令來執行特定操作或動作，這些指令在由資料處理裝置執行時使該裝置執行動作。一個總體方面包括用於RF電力輸送系統的阻抗匹配網路的控制器。控制器包括混合模組，混合模組被配置為接收根據從由RF電力輸送系統的RF發生器生成的輸出訊號感測到的至少一個參數生成的多個導納，其中輸出訊號是對於每個脈衝具有多個狀態的脈衝RF訊號，並且多個導納對應於多個狀態。控制器進一步被配置為生成根據分別由增益調節的多個導納而確定的虛擬導納。控制器還包括阻抗匹配模組，阻抗匹配模組被配置為接收虛擬導納並且根據虛擬導納生成用於調節阻抗匹配網路的電容的命令或用於調節輸出訊號的頻率的命令。本方面的其它實施例包括各自被配置為執行方法的動作的對應的計算機系統、裝置和記錄在一個或多個計算機儲存設備上的計算機程式。
實施方式可以包括以下特徵中的一個或多個。控制器，其中增益根據針對多個狀態中的每個相應狀態感測到的至少一個參數來確定，並且其中增益根據針對多個狀態中的每個相應狀態感測到的至少一個參數的相對值來進行加權。如果存在多個狀態中的兩個狀態，則多個狀態中的兩個狀態中的每個狀態的增益加一。多個狀態中的每個狀態的增益加一。至少一個參數可以是電壓、電流、正向電力或反向電力。對電動機的調節調節阻抗匹配網路的可變電容器。電動機控制模組進一步被配置為生成多個電動機控制命令以控制多個電動機，其中對多個電動機的調節調節阻抗匹配網路的多個可變電容器。多個電動機中的一個電動機調節阻抗匹配網路的串聯支路的可變電容器，並且多個電動機中的第二電動機調節阻抗匹配網路的分流支路的可變電容器。所描述的技術的實施方式可以包括硬體、方法或過程，或計算機可訪問介質上的計算機軟體。
一個總體方面包括RF電力輸送系統，RF電力輸送系統具有RF電源，RF電源被配置為生成到負載的脈衝RF輸出訊號。系統還包括佈置在RF電源與負載之間的阻抗匹配網路，阻抗匹配網路被配置為接收脈衝RF輸出訊號並且在RF電源與負載之間提供阻抗匹配。匹配網路包括：具有第一可變阻抗的串聯支路；具有第二可變阻抗的分流支路；以及控制器，控制器包括：混合模組，被配置為接收根據從RF輸出訊號感測到的至少一個參數生成的多個導納並且進一步被配置為生成根據分別由增益調節的多個導納而確定的虛擬導納，其中輸出訊號的脈衝具有多個狀態，並且多個導納對應於多個狀態；以及阻抗匹配模組，被配置為接收虛擬導納並且根據虛擬導納生成用於調節阻抗匹配網路的電容的命令或用於調節RF訊號的頻率的命令。本方面的其它實施例包括各自被配置為執行方法的動作的對應的計算機系統、裝置和記錄在一個或多個計算機儲存設備上的計算機程式。
實施方式可以包括以下特徵中的一個或多個。RF電力輸送系統，其中阻抗匹配網路進一步可以包括感測器，感測器被配置為接收脈衝RF輸出訊號，並且感測至少一個參數以及輸出多個導納，其中多個導納根據至少一個參數而變化。增益根據針對多個狀態中的每個相應狀態感測到的至少一個參數來確定，並且其中增益根據針對多個狀態中的每個相應狀態感測到的至少一個參數的相對值來進行加權。如果存在多個狀態中的兩個狀態，則多個狀態中的兩個狀態中的每個狀態的增益加一。多個狀態中的每個狀態的增益加一。至少一個參數可以是電壓、電流、正向電力或反向電力。對第一可變阻抗或第二可變阻抗的調節通過調節與第一可變阻抗相關聯的第一可變電容器或與第二可變阻抗相關聯的第二可變電容器來進行。控制命令是到控制與第一可變阻抗相關聯的可變電容器的第一電動機和控制與第二可變阻抗相關聯的可變電容器的第二電動機的電動機控制命令。所描述的技術的實施方式可以包括硬體、方法或過程，或計算機可訪問介質上的計算機軟體。
一個總體方面包括存儲指令的非暫時性計算機可讀介質。存儲指令的非暫時性計算機可讀介質還包括：接收根據從由RF電力輸送系統的RF發生器生成的輸出訊號感測到的至少一個參數生成的多個導納並且生成根據分別由增益調節的多個導納而確定的虛擬導納，其中輸出訊號是對於每個脈衝具有多個狀態的脈衝RF訊號，並且多個導納對應於多個狀態。指令還包括根據虛擬導納生成用於調節阻抗匹配網路的電容的命令或用於調節輸出訊號的頻率的命令。本方面的其它實施例包括各自被配置為執行方法的動作的對應的計算機系統、裝置和記錄在一個或多個計算機儲存設備上的計算機程式。
實施方式可以包括以下特徵中的一個或多個。存儲指令的非暫時性計算機可讀介質，其中增益根據針對多個狀態中的每個相應狀態感測到的至少一個參數來確定，並且其中增益根據針對多個狀態中的每個相應狀態感測到的至少一個參數的相對值來進行加權。如果存在多個狀態中的兩個狀態，則多個狀態中的兩個狀態中的每個狀態的增益加一。多個狀態中的每個狀態的增益加一。至少一個參數可以是電壓、電流、正向電力或反向電力。對電動機的調節調節阻抗匹配網路的可變電容器。電動機控制模組進一步被配置為生成多個電動機控制命令以控制多個電動機，其中對多個電動機的調節調節阻抗匹配網路的多個可變電容器。多個電動機中的一個電動機調節阻抗匹配網路的串聯支路的可變電容器，並且多個電動機中的第二電動機調節阻抗匹配網路的分流支路的可變電容器。所描述的技術的實施方式可以包括硬體、方法或過程，或計算機可訪問介質上的計算機軟體。
根據詳細描述、專利申請範圍和附圖，本說明書的其它的應用領域將變得顯而易見。詳細描述和具體示例僅旨在用於說明的目的，而不旨在限制本說明書的範圍。
電力系統可以包括DC或RF電力發生器或者DC或RF發生器、匹配網路和負載 (諸如處理室、電漿室或具有固定或可變阻抗的反應器)。電力發生器生成由匹配網路或阻抗優化控制器或電路接收的DC或RF電力訊號。匹配網路或阻抗優化控制器或電路將匹配網路的輸入阻抗與電力發生器與匹配網路之間的傳輸線的特性阻抗進行匹配。阻抗匹配有助於使轉發到匹配網路的電力量 (「正向電力」) 最大化，並且使從匹配網路反射回電力發生器的電力量 (「反向電力」或「反射電力」) 最小化。當匹配網路的輸入阻抗與傳輸線和發生器的特性阻抗相匹配時，正向電力可以被最大化而反向電力可以被最小化。
在電源或電源領域中，通常存在兩種將電力訊號施加到負載的方法。第一種更傳統的方法是將連續的電力訊號施加到負載。在連續模式或連續波模式下，連續電力訊號通常是由電源連續輸出到負載的恒定DC或正弦RF電力訊號。在連續模式方法中，電力訊號呈現恒定的DC或正弦輸出，並且可以改變電力訊號的幅度和/或 (RF電力訊號的) 頻率，以便改變施加到負載的輸出電力。
將電力訊號施加到負載的第二種方法涉及脈衝RF訊號，而不是將連續的RF訊號施加到負載。在脈衝操作模式下，RF訊號由調製訊號調製，以便定義調製後的電力訊號的包絡。RF訊號可以是例如正弦RF訊號或其它時變訊號。輸送到負載的電力通常通過改變調製訊號來改變。
在典型的電源配置中，通過使用測量正向電力和反射電力或施加到負載的RF訊號的電壓和電流的感測器來確定施加到負載的輸出電力。在控制回路中分析這些訊號中的任一組。這種分析通常確定用於調節電源的輸出的電力值以便改變施加到負載的電力。在負載是處理室或其它非線性或時變負載的電力輸送系統中，由於施加的電力部分地是負載的阻抗的函數，因此負載的變化的阻抗引起施加到負載的電力的對應的變化。
在各種裝置的製造依賴於將電力引入負載以控制製造過程的系統中，通常以兩種配置中的一種配置來輸送電力。在第一配置中，電力電容性地耦合到負載。這樣的系統被稱為電容耦合電漿 (CCP) 系統。在第二配置中，電力電感性地耦合到負載。這樣的系統通常被稱為電感耦合電漿 (ICP) 系統。到電漿的電力耦合也可以經由微波頻率的波耦合來實現。這種方法通常使用電子迴旋共振 (ECR) 或微波源。螺旋波 (Helicon) 源是另一種形式的波耦合源，並且通常在與傳統ICP和CCP系統的RF頻率類似的RF頻率下工作。電力輸送系統可以包括施加到負載的一個或多個電極的至少一個偏置電力和/或源電力。源電力通常生成電漿並且控制電漿密度，並且偏置電力調製鞘層的成分中的離子。根據各種設計考慮，偏置和源可以共用相同的電極或可以使用單獨的電極。
當電力輸送系統驅動時變或非線性負載 (諸如處理室或電漿室) 時，由電漿和電漿鞘層吸收的電力導致了具有一定離子能量範圍的離子密度。離子能量的一個特性量度是離子能量分佈函數 (IEDF)。離子能量分佈函數 (IEDF) 可以利用偏置電力控制。控制其中將多個RF電力訊號施加到負載的系統的IEDF的一種方式是通過改變由幅度、頻率和相位關聯的多個RF訊號來實現。也可以由傅裡葉級數和相關係數關聯多個RF電力訊號的相對幅度、頻率和相位。多個RF電力訊號之間的頻率可以被鎖定，並且多個RF訊號之間的相對相位也可以被鎖定。可以參考全部已經被轉讓給本發明案的受讓人並且通過引用被併入本發明案的美國專利第7,602,127號、美國專利第8,110,991號和美國專利第8,395,322號來找到這種系統的示例。
時變或非線性負載可以存在於各種應用中。在一種應用中，電漿處理系統還可以包括用於電漿生成和控制的部件。一種這樣的部件是作為處理室 (諸如電漿室或反應器) 實現的非線性負載。在諸如舉例來說用於薄膜製造的電漿處理系統中使用的典型的電漿室或反應器可以使用雙電力系統。一個電力發生器 (源) 控制電漿的生成，並且電力發生器 (偏置) 控制離子能量。雙電力系統的示例包括上面引用的美國專利第7,602,127號、美國專利第8,110,991號和美國專利第8,395,322號中描述的系統。上面引用的專利中描述的雙電力系統需要閉環控制系統，以適配電源操作來達到控制離子密度及其對應的離子能量分佈函數 (IEDF) 的目的。
存在用於控制諸如可以用於產生電漿的處理室的多種方法。例如，在RF電力輸送系統中，以相同或幾乎相同的頻率操作的多個驅動RF訊號的相位和頻率可以用於控制電漿生成。對於RF驅動的電漿源，影響電漿鞘層動力學的週期波形和對應的離子能量通常是已知的，並且由週期波形的頻率和相關的相位相互作用控制。RF電力輸送系統中的另一種方法涉及雙頻控制。也就是說，以不同頻率操作的兩個RF頻率源用於為電漿室供電，以提供對離子密度和電子密度的基本上獨立的控制。
另一種方法利用寬頻RF電源來驅動電漿室。寬頻方法提出了某些挑戰。一個挑戰是將電力耦合到電極。第二個挑戰是必須為寬的工藝空間制定生成的波形到所需IEDF的實際鞘層電壓的傳遞函數，以支持材料表面相互作用。在電感耦合電漿系統中的一種響應方法中，控制施加到源電極的電力控制了電漿密度，而控制施加到偏置電極的電力調製了離子以控制IEDF，從而提供蝕刻速率控制。通過使用源電極控制和偏置電極控制，經由離子密度和能量控制蝕刻速率。
隨著積體電路和器件製造的不斷發展，控制製造工藝的電力需求也在不斷發展。例如，隨著記憶體設備的製造，對偏置電力的需求持續增加。增大的電力生成更高能量的離子用於更快的表面相互作用，從而增大離子的蝕刻速率和方向性。在RF系統中，增大的偏置電力有時伴隨著較低的偏置頻率要求以及耦合到在電漿室中產生的電漿鞘的偏置電源的數量的增加。在較低偏置頻率下增大的電力和增加的偏置電源的數量導致來自鞘層調製的互調失真 (IMD) 發射。IMD發射可以顯著降低由發生電漿生成的源所輸送的電力。2020年11月3日發佈的、標題為「通過監測另一頻帶中的電力進行脈衝同步 (Pulse Synchronization by Monitoring Power in Another Frequency Band) 」、已經轉讓給本發明案的受讓人並且通過引用併入本文中的美國專利第10,821,542號描述了一種通過監測另一頻帶中的電力來進行脈衝同步的方法。在引用的美國專利申請中，根據在第二RF發生器處檢測第一RF發生器的脈衝來控制第二RF發生器的脈衝，從而使兩個RF發生器之間的脈衝同步。
圖1描繪了RF發生器或電源系統110。電源系統110包括一對射頻 (RF) 發生器或電源112a、112b、匹配網路118a、118b以及可以是電漿室和處理室等的、諸如非線性負載的負載132。在各種實施例中，RF發生器112a被稱為源RF發生器或電源，並且匹配網路118a被稱為源匹配網路。此外，在各種實施例中，RF發生器112b被稱為偏置RF發生器或電源，並且匹配網路118b被稱為偏置匹配網路。將理解，可以使用不帶字母下標或撇號的附圖標記單獨地或共同地引用部件。
在各種實施例中，源RF發生器112a從匹配網路118b接收控制訊號130，或者從偏置RF發生器112b接收控制訊號130’。如將詳細解釋的，控制訊號130或130’表示指示偏置RF發生器112b的一個或多個操作特性或參數的、到源RF發生器112a的輸入訊號。在各種實施例中，同步偏置檢測器134感測從匹配網路118b輸出到負載132的RF訊號，並且將同步或觸發訊號130輸出到源RF發生器112a。在各種實施例中，可以將同步或觸發訊號130’，而不是觸發訊號130，從偏置RF發生器112b輸出到源RF發生器112a。觸發或同步訊號130、130’之間的差異可以由匹配網路118b的影響產生，這可以調節到匹配網路的輸入訊號與來自匹配網路的輸出訊號之間的相位。訊號130、130’包括在各種實施例中，使得實現預測響應性以解決由偏置RF發生器112b引起的負載132的阻抗中的週期性波動的、關於偏置RF發生器112b的操作的資訊。當不存在控制訊號130、130’時，RF發生器112a、112b自主地操作。
RF發生器112a、112b包括相應的RF電源或放大器114a、114b、RF感測器116a、116b以及處理器、控制器或控制模組120a、120b。RF電源114a、114b生成輸出到相應的感測器116a、116b的相應的RF電力訊號122a、122b。感測器116a、116b接收RF電源114a、114b的輸出並且生成相應的RF電力訊號 f 1和 f 2。感測器116a、116b還輸出根據從負載132感測到的各種參數而變化的訊號。雖然感測器116a、116b被示為在相應的RF發生器112a、112b內，但是RF感測器116a、116b可以位於RF電力發生器112a、112b外部。這樣的外部感測可以發生在RF發生器的輸出處、在位於RF發生器與負載之間的阻抗匹配裝置的輸入處或在阻抗匹配裝置的輸出 (包括在阻抗匹配裝置內) 與負載之間。
感測器116a、116b檢測各種指令引數並且輸出訊號X和Y。感測器116a、116b可以包括電壓感測器、電流感測器和/或定向耦合器感測器。感測器116a、116b可以檢測 (i) 電壓V和電流I和/或 (ii) 從相應的電力放大器114a、114b和/或RF發生器112a、112b輸出的正向電力 P FWD 和從相應的匹配網路118a、118b或連接到相應的感測器116a、116b的負載132接收的反向電力或反射電力 P REV 。電壓V、電流I、正向電力 P FWD 和反向電力 P REV 可以是與相應的電源114a、114b相關聯的實際電壓、電流、正向電力和反向電力的縮放版本、濾波版本或者縮放和濾波版本。感測器116a、116b可以是模擬感測器或數位感測器或其組合。在數位實現中，感測器116a、116b可以包括模數 (A/D) 轉換器和具有對應採樣率的訊號採樣部件。訊號X和Y可以表示電壓V和電流I或正向 (或源) 電力 P FWD 、反向 (或反射) 電力 P REV 中的任何一個。
感測器116a、116b生成由相應的控制器或電力控制模組120a、120b接收的感測器訊號X、Y。電力控制模組120a、120b處理相應的X、Y訊號124a、126a和124b、126b，並且生成一個或多個前饋或回饋控制訊號128a、128b到相應的電源114a、114b。電源114a、114b基於接收到的一個或多個回饋或前饋控制訊號來調節RF電力訊號122a、122b。在各種實施例中，電力控制模組120a、120b可以分別經由相應的控制訊號121a、121b與匹配網路118a、118b通訊。電力控制模組120a、120b可以至少包括比例積分微分 (PID) 控制器或其子集和/或直接數位合成 (DDS) 部件和/或下文結合模組描述的各種部件中的任何一個。
在各種實施例中，電力控制模組120a、120b是PID控制器或其子集，並且可以包括功能、過程、處理器或子模組。控制訊號128a、128b可以是驅動訊號，並且可以包括DC偏移或幹線電壓、電壓或電流幅度、頻率和相位分量。在各種實施例中，回饋控制訊號128a、128b可以用作一個或多個控制回路的輸入。在各種實施例中，多個控制回路可以包括用於RF驅動和用於幹線電壓的比例積分微分 (PID) 控制回路。在各種實施例中，控制訊號128a、128b可以用於多輸入多輸出 (MIMO) 控制方案中。可以參考2020年1月28日發佈的標題為「脈衝雙向射頻源/負載 (Pulsed Bidirectional Radio Frequency Source/Load) 」的美國專利第10,546,724號找到MIMO控制方案的示例，該美國專利已轉讓給本發明案的受讓人並且通過引用併入本文中。在其它實施例中，訊號128a、128b可以如美國專利第10,049,857號中所描述的提供前饋控制，該美國專利已轉讓給本發明案的受讓人並且通過引用併入本文中。
在各種實施例中，電源系統110可以包括控制器120’。控制器120’可以設置在RF發生器112a、112b中的一個或兩個的外部，並且可以被稱為外部或公共控制器120’。在各種實施例中，控制器120’可以實現本文中關於控制器120a、120b中的一個或兩個描述的一個或多個功能、過程或算法。相應地，控制器120’經由一對相應的鏈路136、138與相應的RF發生器112a、112b通訊，該對鏈路136、138使得能夠在控制器120’與RF發生器112a、112b之間適當地交換資料和控制訊號。對於各種實施例，控制器120a、120b、120’可以與RF發生器112a、112b一起分佈式地並且協作地提供分析和控制。在各種其它實施例中，控制器120’可以提供對RF發生器112a、112b的控制，消除了對相應的本地控制器120a、120b的需要。
在各種實施例中，RF電源114a、感測器116a、控制器120a和匹配網路118a可以被稱為源RF電源114a、源感測器116a、源控制器120a和源匹配網路118a。類似地，在各種實施例中，RF電源114b、感測器116b、控制器120b和匹配網路118b可以被稱為偏置RF電源114b、偏置感測器116b、偏置控制器120b和偏置匹配網路118b。在各種實施例中並且如以上描述的，術語「源」是指生成電漿的RF發生器，並且術語「偏置」是指調諧電漿離子能量分佈函數 (IEDF) 的RF發生器。在各種實施例中，源RF電源和偏置RF電源以不同的頻率操作。在各種實施例中，源RF電源以比偏置RF電源更高的頻率操作。在各種其它實施例中，源RF電源和偏置RF電源以相同的頻率或基本上相同的頻率操作。
根據各種實施例，源RF發生器112a和偏置RF發生器112b可以包括用於外部通訊的多個端口。源RF發生器112a包括脈衝同步輸出端口140、數位通訊連接埠142和RF輸出端口144。偏置RF發生器112b包括RF輸入端口148、數位通訊連接埠150和脈衝同步輸入端口152。脈衝同步輸出端口140將脈衝同步訊號156輸出到偏置RF發生器112b的脈衝同步輸入端口152。源RF發生器112a的數位通訊連接埠142和偏置RF發生器112b的數位通訊連接埠150經由數位通訊鏈路157通訊。RF輸出端口144生成輸入到RF輸入端口148的RF控制訊號158。在各種實施例中，RF控制訊號158與控制源RF發生器112a的RF控制訊號基本上相同。在各種其它實施例中，RF控制訊號158與控制源RF發生器112a的RF控制訊號相同，但是根據由偏置RF發生器112b生成的所需相移在源RF發生器112a內相移。因此，在各種實施例中，源RF發生器112a和偏置RF發生器112b由基本上相同的RF控制訊號或相移預定量的基本上相同的RF控制訊號驅動。
圖2描繪了電壓與時間的關係圖，以描述用於將電力輸送到負載 (諸如圖1的負載132) 的脈衝操作模式。更具體地，圖2描繪了具有相應的多個狀態S1-S4和狀態S1-S3的脈衝訊號212的兩個多狀態脈衝P1、P2。在圖2中，RF訊號210由脈衝P1和P2調製。如P1的狀態S1-S3和P2的狀態S1-S2所示，當脈衝開啟時，RF發生器112輸出具有由每個狀態下的脈衝幅度定義的幅度的RF訊號210。相反地，在P1的狀態S4和P2的狀態S3期間，脈衝關閉，並且RF發生器112不輸出RF訊號210。脈衝P1、P2可以以恒定占空比或可變占空比重複，並且每個脈衝P1、P2的狀態S1-S4可以具有相同的或變化的幅度和寬度。進一步地，脈衝訊號212不必體現為如圖2中所示的方波。作為非限制性示例，脈衝212可以是梯形形狀、三角形形狀或高斯形狀。還進一步地，脈衝P1、P2可以具有變化的幅度、持續時間和形狀的多個狀態S1、……、Sn。狀態S1、……、Sn可以在固定時段或可變時段內重複。此外，如圖2中所示的，RF訊號210以在狀態之間或在狀態內變化的頻率操作。
圖3描繪了用於將電力輸送到負載332 (其可以是如上關於圖1的負載132所描述的負載) 的RF電力輸送系統310，RF電力輸送系統310包括可以是如上關於圖1所描述的RF發生器312和可以是如上關於圖1的阻抗匹配網路118所描述的匹配網路或阻抗匹配網路330。阻抗匹配網路330被佈置為常規的匹配網路，並且包括感測器334、分流支路336和串聯支路338。分流支路336包括分流電路342和電動機控制器344。電動機控制器344接收如本文中將要描述的輸入訊號，並且生成到分流電路342的控制訊號。分流電路342包括可變電抗，諸如可變電容器或可變電感器，以便改變RF發生器312與負載332之間的阻抗。如本文中所描述的，分流電路342包括具有由電動機控制器344控制的電動機的可變真空電容器 (VVC)。改變分流電路342的VVC的位置改變了電容，以便改變RF發生器312與負載332之間的阻抗匹配。類似地，串聯電路348包括第二可變真空電容器 (VVC)，第二可變真空電容器從電動機控制器350接收控制訊號以改變串聯支路338的阻抗。改變串聯電路348的VVC的位置改變了電容，以便改變RF發生器312與負載332之間的阻抗匹配。處理器352與RF發生器312的控制器320和阻抗匹配網路330的感測器334通訊。處理器352接收來自感測器334的輸入，並且生成到相應的電動機控制器344和電動機控制器350的命令訊號。
在常規配置中，阻抗匹配網路330操作以通過測量複反射係數伽馬或Γ，基於來自感測器334的輸出訊號來實現RF發生器312與負載332之間的阻抗匹配。感測器334可以如以上關於圖1的感測器116所描述的來配置。反射係數伽馬或Γ可以表示為等式 (1) 中所示：
Figure 02_image001
(1) 其中：
Z是測量的阻抗；並且
Z 0是測量阻抗 Z的傳輸線的特性阻抗。
在常規方法中，處理器352生成到電動機控制器344和電動機控制器350的命令訊號，以控制阻抗匹配網路330的阻抗，使得伽馬的幅度接近零，以便使從負載332反射的電力最小化。在如上關於圖2所描述的多狀態脈衝的情況下，每個狀態S1、S2、S3、S4的各種幅度可以影響RF發生器312與負載332之間的阻抗匹配。進一步地，改變頻率，諸如改變圖2的RF訊號210的頻率，進一步引起RF發生器312與負載332之間的阻抗的變化。
在圖3中實現的常規阻抗控制方法中，測量諸如圖2的S1、S2、S3、S4的每個狀態的反射係數伽馬。通過預定增益調節每個測量的伽馬，並且添加調節的伽馬以生成組合反射係數。處理器352生成到電動機控制器344和電動機控制器350的控制訊號，以便使組合反射係數最小化。電動機控制命令依次調節相應的分流電路342和串聯電路348的VVC，以減小複合反射係數。
在典型的脈衝配置中，例如脈衝P1、P2的頻率可以從大約100 Hz變化到50 kHz，使得可以根據每個狀態的阻抗變化來調節相應的分流電路342和串聯電路348的電容。為了調節阻抗，將每個分流電路342和串聯電路348的VVC調節大約幾毫秒到若干毫秒。相應地，每個VVC的調節速度限制了在每個狀態下反射電力減小的速度，因為VVC的電動機以大約每秒5-7轉旋轉。進一步地，為了達到阻抗匹配而使用如以上所描述的伽馬限制了可以實現阻抗匹配的速度。可以通過改變RF訊號 (諸如圖2的RF訊號210) 的頻率來進一步改進阻抗匹配，以便實現阻抗的頻率調諧，但在其效果上仍然受到基於伽馬的常規方法的速度和精度的限制。
即使通過改變阻抗匹配網路330的分流電路342和串聯電路348以及用於提供頻率調諧的RF訊號的頻率來進行組合的阻抗匹配調節，常規方法也不總是達到期望的阻抗匹配 (諸如50歐姆)。進一步地，當常規阻抗匹配調節確實達到匹配時，它可能不能以足夠的速度達到期望的阻抗匹配。
圖4描繪了指示根據常規方法實現阻抗匹配所需的時間的時間線。在圖4中，在x軸上示出了單位時間，並且y軸指示電壓駐波比 (VSWR)。波形412描繪了具有一對狀態S1和S2的多狀態脈衝的第一狀態S1期間的VSWR。波形414表示雙狀態脈衝的第二狀態S2期間的VSWR。波形416指示由狀態S1和狀態S2的VSWR的組合產生的虛擬VSWR。
圖4還描繪了達到阻抗匹配所需的步驟以及對各個波形412、414、416產生的效果。步驟1指示第一電容調諧步驟，步驟2指示第一頻率調諧步驟，步驟3指示第二電容調諧步驟，並且步驟4指示第二頻率調諧步驟。如圖4中所示，每個步驟降低了波形412所示的S1、波形414所示的S2和波形416所示的複合VSWR的VSWR。在步驟4結束時在大約第145個時間單位處完成匹配。因此，圖4表示對於S1、S2和複合VSWR中的每一個使VSWR最小化所需的時間。
以上描述的用於阻抗匹配的常規方法確實達到了阻抗匹配，但是使用伽馬來確定阻抗匹配可能在步驟1和步驟2在第一次迭代中產生誤差。在第一次迭代之後未能達到阻抗匹配則需要在步驟3和步驟4進行第二次迭代，這需要額外的時間來達到阻抗匹配。因此，常規方法固有地不太精確，需要更長的時間來達到阻抗匹配。
圖5描繪了RF電力輸送系統510，其包括RF發生器512和將電力輸送到負載532的阻抗匹配網路530。RF發生器512對應於圖1中描述的發生器112中的任何一個。類似地，負載532對應於圖1的負載132。本文中關於以下附圖描述的配置可以在具有向一個、兩個或更多個負載提供電力的一個、兩個或更多個RF發生器以及圖5中描述的匹配網路或阻抗匹配網路530的RF發生器系統中實現，並且以下附圖可以在一個、兩個或更多個RF發生器與一個、兩個或更多個負載之間的一個或多個匹配網路中實現。
阻抗匹配網路530包括如以上所描述的感測器534，感測器534將電壓、電流或正向電力和反向電力輸出到匹配網路控制器552的測量模組554。測量模組554接收來自感測器534的輸出並且生成一個或多個導納 (admittance) Ys1、Ys2以及電力。Ys1、Ys2對應於針對具有兩種狀態的脈衝的相應狀態S1和S2測量的導納。然而，測量模組554可以輸出由RF發生器512輸出的多狀態脈衝的每個狀態的導納，其中脈衝包括多於兩個狀態。在各種實施例中，測量模組554還可以確定包括電壓、電流、相位和頻率的其它量。
來自測量模組554的輸出被輸入到混合模組556。混合模組556基於狀態S1 Ys1和狀態S2 Ys2的組合導納來確定複合或虛擬導納 Y 虛擬 。混合模組556將虛擬導納 Y 虛擬 輸出到阻抗匹配模組560。阻抗匹配模組560確定相應的分流支路546和串聯支路538的期望電容值。命令的電容值被輸入到電動機控制模組558，電動機控制模組558生成到相應的電動機控制模組544、550中的每一個的電動機命令，以控制相應的分流支路546和串聯支路538的電容。電動機控制模組544、550生成到相應的分流電路342和串聯電路348的控制命令，以便控制每個電路的相應VVC來改變電容，並且因此改變RF發生器512與負載532之間的阻抗匹配。在各種實施例中，阻抗匹配模組560通過通訊鏈路562與RF發生器512通訊，以命令由RF發生器512輸出的RF訊號的頻率進行頻率調諧以進行阻抗匹配。在其它實施例中，RF發生器512可以確定操作頻率以進行頻率調諧，以便進行阻抗匹配。
使用來自測量模組554的導納值，混合模組556輸出根據等式 (2) 確定的虛擬導納 Y 虛擬 ： Y 虛擬 = 增益 Y S1+ (1- 增益) Y S2(2) 其中： 增益是乘數值；並且 Y S1和 Y S2是相應的第一脈衝狀態S1和第二脈衝狀態S2的導納。
導納 Y定義為如等式 (3) 中所示：
Figure 02_image003
(3) 其中 Z是阻抗。
等式 (2) 的增益項 Gn可以針對如等式 (4) 和 (5) 中所示的雙狀態脈衝的情況來定義：
Figure 02_image005
(4) 以及
Figure 02_image007
(5) 其中： α是增益值，通常由用戶設置； P Sn是相應脈衝狀態 的測量的正向電力；並且
Figure 02_image009
是如等式 (6) 中所示定義的增益加權函數：
Figure 02_image011
(6) 其中： 是加權函數的增益的係數，通常由用戶設置； 是偏移參數，通常由用戶設置；並且
是脈衝狀態 的反向電力 與正向電力 的比率，其可以如等式 (7) 中所定義：
Figure 02_image013
(7) 其中：
Figure 02_image015
是狀態 期間的反向電力；並且
Figure 02_image017
是狀態 期間的正向電力。
將等式 (4)、(5) 和 (6) 組合，新的目標導納 Y 新如等式 (8) 中所定義：
Figure 02_image019
(8)
對於大於兩個狀態的情況，虛擬導納可以被寫為如等式 (9) 中所示：
Figure 02_image020
(9) 其中：
Figure 02_image022
是相應脈衝狀態 S n 的增益乘數值；並且
Figure 02_image024
是相應脈衝狀態 S n 的導納。
在等式 (9) 的廣義表示中，增益項受以下等式 (10) 約束：
Figure 02_image026
(10)
圖6示出了用於將RF發生器620的固定阻抗
Figure 02_image028
= 50歐姆與具有可變阻抗
Figure 02_image030
的負載624以及插置在RF發生器620與負載624之間的匹配網路或阻抗匹配網路622匹配的網路610的示意性框圖。RF發生器620可以類似於以上描述的RF發生器112、312、512，並且將具有頻率 f的多狀態脈衝RF訊號輸出到阻抗匹配網路622。阻抗匹配網路622具有阻抗
Figure 02_image032
。阻抗匹配網路622包括在分流支路646中具有可變阻抗
Figure 02_image034
的電容和在串聯支路638中具有可變阻抗
Figure 02_image036
的電容。
輸入阻抗
Figure 02_image038
如等式 (11) 中所定義：
Figure 02_image040
(11) 其中：
Figure 02_image042
是分流支路的阻抗；並且
Figure 02_image044
是串聯支路的阻抗；並且
Figure 02_image046
是負載阻抗。
各個阻抗
Figure 02_image042
和
Figure 02_image044
通常可以如等式 (12) 中所示定義為 ：
Figure 02_image048
(12) 其中： f是RF訊號的頻率；並且
Figure 02_image050
是相應的分流電路和串聯電路的電容
Figure 02_image052
的電容，其中對於雙狀態脈衝 n=1或2。
因此，雙狀態脈衝的相應脈衝狀態 S 1、 S 2的相應頻率 f 1和 f 2的阻抗
Figure 02_image054
和
Figure 02_image056
可以表示為相應等式 (13) 和 (14) 中所示：
Figure 02_image058
(13) 以及
Figure 02_image060
(14) 其中：
Figure 02_image062
是針對脈衝狀態 S n的負載阻抗； f n是針對脈衝狀態 S n的RF訊號的頻率； C 1是匹配網路的分流電路的電容；並且 C 2是匹配網路的串聯電路的電容。
滿足
Figure 02_image064
的解決方案不能滿足
Figure 02_image066
。對於具有大於兩種狀態的脈衝，可以擴展這些等式。
虛擬導納通過將在阻抗匹配網路622的輸入端口處測量的狀態S1和狀態S2的導納進行混合來生成。進一步地，通過改變由RF發生器620輸出的RF訊號的頻率，可以解決使用調節電容不能減小的每個狀態的反射電力。
Figure 02_image068
和
Figure 02_image070
的等式可以用於確定電容值 C 1和 C 2以及頻率 f n，以諸如通過圖5的阻抗匹配模組560確定阻抗匹配。
圖7描繪了如以上所描述的根據圖6生成的軌跡。參考圖7，一個軌跡指示混合預設712。混合預設712表示由一組點生成的初始條件，該組點是對於具有在狀態S1的導納和在狀態S2的導納的雙狀態脈衝將等式 (2) 中的增益從0改變到1而產生的。虛擬軌跡748指示導納混合預設712的點750到沿著導納混合目標744的點740的增益=0.5處的虛擬軌跡。導納混合目標744由類似於點750到點740的平移來平移
Figure 02_image072
714 (增益=1) 和
Figure 02_image074
716 (增益=0) 而產生。混合預設712到導納混合目標744的平移通過阻抗匹配網路530的電容阻抗調諧進行。電容阻抗調諧通過調節分流電路542和串聯電路548的電容元件來進行。從點714到導納混合目標744的端點724的
Figure 02_image072
的阻抗軌跡718表示狀態S1的電容調諧。類似地，從點716到導納混合目標744的端點728的
Figure 02_image076
的阻抗軌跡726表示狀態S2的電容調諧。頻率圓732表示在狀態S1期間到原點760的頻率調諧。同樣，頻率圓734表示在狀態S2期間到原點760或50歐姆阻抗的頻率調諧。如圖7所示，當使用導納時，阻抗匹配相對快速地會聚到50歐姆。
圖8描繪了依照根據本說明書的阻抗匹配中的第一步驟的根據阻抗匹配網路的電容變化的阻抗變化。導納混合預設816根據由弧824、834示出的虛擬軌跡平移以達到導納混合目標 (未示出)。在圖8中，點812指示狀態S1下的阻抗Zs1，並且點814指示狀態S2下的阻抗Zs2。圓的一部分指示在相應狀態S1、S2的阻抗Zs1、Zs2之間的導納混合預設816。在狀態S1期間，當諸如串聯電容C2 (在串聯電路548中) 的電容變化時，響應於串聯支路的電容變化的阻抗軌跡由弧820示出，並且響應於串聯電容C2的調節的狀態S2的阻抗軌跡由弧822示出。在弧824處示出了來自串聯電容C2的調節的導納虛擬軌跡變化。類似地，在弧830處示出了響應於 (分流電路542的) 分流電容C1的變化的狀態S1的阻抗Zs1的導納虛擬軌跡，並且在弧832處示出了在分流電容C2的變化期間的狀態S2的阻抗Zs2的導納虛擬軌跡。在834處示出了導納虛擬軌跡響應於C1的調節的變化。
圖9描繪了依照根據本說明書的阻抗匹配中的第二步驟的根據RF訊號的頻率變化的阻抗變化。圖9描繪了從導納混合目標916開始的頻率調諧的阻抗軌跡。點912是S1 (增益=1) 的阻抗
Figure 02_image072
的位置，並且點914是S2 (增益=0) 的阻抗
Figure 02_image074
的位置。沿著導納混合目標916的軌跡是從912到914。可以注意到，導納混合目標916的軌跡對於相應狀態S1、S2非常接近頻率圓920、922。因此，與常規方法相比，混合軌跡更接近頻率調諧軌跡。因此，所描述的使用導納進行阻抗匹配的方法提供了改進的精度，使得在點930處達到或接近50歐姆的阻抗匹配所需的迭代更少。
圖10描繪了時序圖，其描繪了當使用本說明書中所描述的基於導納的阻抗匹配方法時阻抗匹配的示例時序。類似於圖4，在x軸上示出了時間單位，並且在y軸上示出了VSWR。波形1012指示狀態S1的VSWR，並且波形1014表示狀態S2的VSWR。波形1016指示使用本文中描述的基於導納的方法來實現阻抗匹配的VSWR。在步驟1中，執行電容調諧步驟。在步驟2中，執行頻率調諧步驟。在步驟2結束時在大約第115個時間單位處完成匹配。因此，與圖4相比，本文中描述的基於導納的方法需要更少的步驟和更少的時間來達到阻抗匹配。因此，與使用伽馬的先前的匹配方法相比，本文中描述的基於導納的方法更精確且更快。
圖11結合了圖1、圖2以及圖5至圖10的各種部件。控制模組1110可以包括匹配網路模組1112、串聯控制模組1114、分流控制模組1116和頻率調諧模組1118。匹配網路控制模組1112包括測量模組1124、混合模組1126、匹配模組1128和電動機控制模組1130。在各種實施例中，控制模組1110包括執行與模組部分或模組1110、1112、1114、1116、1118、1124、1126、1128和1130相關聯的代碼的一個或多個處理器。以下參考圖12的方法描述模組部分或模組1110、1112、1114、1116、1118、1124、1126、1128和1130的操作。
對於圖1的控制器120a、120b和120’以及圖5的控制器552的進一步定義的結構，參見圖12的流程圖和以下提供的術語「模組」的定義。本文中公開的系統可以使用圖1、圖2以及圖5至圖10中圖示的多種方法、示例和各種控制系統方法來操作。儘管主要針對圖1和圖5的實施方式來描述以下操作，但是可以容易地修改這些操作以應用於本說明書的其它實施方式。可以迭代地執行這些操作。儘管以下操作被示出且被主要描述為順序地執行，但是可以在執行一個或多個其它操作的同時執行一個或多個以下操作。
圖12示出了控制系統1210的流程圖，控制系統1210用於針對例如以上描述的電力輸送系統執行基於導納的阻抗控制。控制開始於框1212，在框1212處，過程被初始化並且前進到框1214。在框1214處，針對脈衝的每個狀態測量導納 (Y)。如以上所描述的，脈衝可以包括兩個或更多個狀態。控制進行到框1216，在框1216處，混合每個狀態的導納 (Y) 以生成虛擬導納Y虛擬。控制接下來進行到框1218，其基於虛擬導納Y虛擬確定阻抗匹配。對於阻抗匹配，框1218生成到一個或多個電動機控制模組 (諸如圖5的電動機控制模組558) 的控制命令，以對阻抗匹配網路應用電容調節。控制進行到判定框1220，其確定用於提供阻抗匹配的電容調節是否完成。如果用於提供阻抗匹配的電容調節未完成，則控制返回到框1216，其基於導納更新阻抗匹配。如果匹配完成，則控制進行到框1222，其應用頻率調諧來改變頻率，以便改變RF發生器與負載之間的阻抗匹配。控制接下来進行到框1224，其確定頻率調節匹配是否完成。如果用於提供阻抗匹配的頻率調節未完成，則控制返回到框1216。如果控制完成，則控制進行到結束框1226。
與常規方法相比，基於導納的阻抗調諧的優點包括通過基於虛擬阻抗將電容調節到新目標來減小具有多個狀態的脈衝的每個脈衝狀態中的反射電力。本文中描述的基於導納的方法的進一步的優點是通過基於導納的電容調諧和頻率調諧的組合來減小反射電力，因為頻率調諧軌跡和導納混合軌跡小於常規方法的相應軌跡。相應地，與常規方法相比，阻抗匹配可以在更少的時間內完成。
前面的描述本質上僅是說明性的，並且決不旨在限制本說明書、其應用或用途。本說明書的廣泛教導可以以各種形式實現。因此，雖然本說明書包括特定示例，但是本說明書的真實範圍不應如此限制，因為在研究附圖、說明書和所附申請專利範圍之後，其它修改將變得顯而易見。在書面描述和申請專利範圍中，方法內的一個或多個步驟可以以不同的順序 (或同時) 執行，而不改變本說明書的原理。類似地，存儲在非暫時性計算機可讀介質中的一個或多個指令可以以不同的順序 (或同時) 執行，而不改變本說明書的原理。除非另外指明，否則對指令或方法步驟進行編號或其它標記是為了方便參考，而不是指示固定順序。
進一步地，儘管以上將每個實施例描述為具有某些特徵，但是關於本說明書的任何實施例描述的那些特徵中的任何一個或多個可以在任何其它實施例的特徵中實現和/或與任何其它實施例的特徵組合，即使沒有明確描述該組合。換句話說，所描述的實施例不是互斥的，並且一個或多個實施例彼此的置換仍在本說明書的範圍內。
使用包括「連接」、「接合」、「耦合」、「相鄰」、「接近」、「在……上」、「上方」、「下方」和「設置」的各種術語來描述元件之間 (例如，模組、電路元件、半導體層等之間) 的空間和功能關係。除非明確地描述為「直接」，否則當在以上公開中描述第一元件與第二元件之間的關係時，該關係可以是在第一元件與第二元件之間不存在其它居間元件的直接關係，但是也可以是在第一元件與第二元件之間 (在空間上或功能上) 存在一個或多個居間元件的間接關係。
短語「A、B和C中的至少一個」應被解釋為意指使用非排他性邏輯或的邏輯 (A或B或C)，而不應被解釋為意指「A中的至少一個、B中的至少一個和C中的至少一個」。術語「集合」不一定排除空集，換句話說，在一些情況下，「集合」可以具有零個元素。術語「非空集」可以用於指示排除空集，換句話說，非空集將始終具有一個或多個元素。術語「子集」不一定需要真子集。換句話說，第一集合的「子集」可以與第一集合同延 (等於第一集合)。進一步地，術語「子集」不一定排除空集——在一些情況下，「子集」可以具有零個元素。
在附圖中，如箭頭所指示的箭號的方向通常展示了圖示中感興趣的資訊 (諸如資料或指令) 的流。例如，當元件A和元件B交換各種信息但從元件A傳輸到元件B的資訊與圖示相關時，箭號可以從元件A指向元件B。這個單向箭頭並不意味著沒有其它資訊從元件B傳輸到元件A。進一步地，對於從元件A發送到元件B的資訊，元件B可以向元件A發送對資訊的請求或對資訊的接收確認。
在本發明案中，包括以下定義，術語「模組」可以用術語「控制器」或術語「電路」代替。在本發明案中，術語「控制器」可以用術語「模組」代替。術語「模組」可以指以下部件、作為以下部件的一部分或包括以下部件：專用集成電路 (ASIC)；數位、模擬或混合模擬/數位離散電路；數位、模擬或混合模擬/數位集成電路；組合邏輯電路；現場可編程門陣列 (FPGA)；執行代碼的處理器硬體 (共用、專用或群組)；存儲由處理器硬體執行的代碼的記憶體硬體 (共享、專用或群組)；提供描述的功能的其它合適的硬體部件；或諸如在片上系統中的上述部件中的一些或全部的組合。
模組可以包括一個或多個接口電路。在一些示例中，接口電路可以實現連接到局域網 (LAN) 或無線個人區域網 (WPAN) 的有線或無線接口。LAN的示例是電氣與電子工程師協會 (IEEE) 標準802.11-2020 (也稱為WIFI無線聯網標準) 和IEEE標準802.3-2018 (也稱為乙太網有線聯網標準)。WPAN的示例是IEEE標準802.15.4 (包括來自ZigBee聯盟的ZIGBEE標準) 以及來自藍牙特別興趣小組 (SIG) 的藍牙無線聯網標準 (包括來自藍牙SIG的核心規範版本3.0、版本4.0、版本4.1、版本4.2、版本5.0和版本5.1)。
模組可以使用接口電路與其它模組通訊。雖然模組在本說明書中可以被描繪為直接與其它模組進行邏輯通訊，但是在各種實施方式中，模組實際上可以經由通訊系統進行通訊。通訊系統包括物理和/或虛擬聯網設備，諸如集線器、交換機、路由器和網關。在一些實施方式中，通訊系統連接到或穿越諸如互聯網的區域網絡 (WAN)。例如，通訊系統可以包括使用包括多協議標籤交換 (MPLS) 和虛擬專用網 (VPN) 的技術通過因特網或點對點租用線路彼此連接的多個LAN。
在各種實施方式中，模組的功能可以分佈在經由通訊系統連接的多個模組當中。例如，多個模組可以實現由負載平衡系統分配的同一功能。在進一步的示例中，模組的功能可以在伺服器 (也稱為遠端或雲) 模組與客戶端 (或用戶) 模組之間拆分。例如，客戶端模組可以包括在客戶端設備上執行並且與伺服器模組進行網路通訊的本地應用或網路應用。
模組的部分或全部硬體特徵可以使用諸如IEEE標準1364-2005 (通常稱為「Verilog」) 和IEEE標準1076-2008 (通常稱為「VHDL」) 的硬體描述語言來定義。硬體描述語言可以用於製造和/或編程硬體電路。在一些實施方式中，模組的一些或全部特徵可以由包括如以下所描述的代碼和硬體描述兩者的諸如IEEE 1666-2005 (通常稱為「SystemC」) 的語言來定義。
如以上所使用的，術語「代碼」可以包括軟體、韌體和/或微碼，並且可以指程式、例程、函數、類、數據結構和/或對象。共享的處理器硬體包括執行來自多個模組的一些或全部代碼的單個微處理器。組處理器硬體包括與附加微處理器結合執行來自一個或多個模組的一些或全部代碼的微處理器。對多個微處理器的引用包括分立晶片上的多個微處理器、單個晶片上的多個微處理器、單個微處理器的多個核、單個微處理器的多個線程或者以上的組合。
記憶體硬體還可以與代碼一起或分開存儲資料。共享記憶體硬體包括存儲來自多個模組的一些或全部代碼的單個記憶體設備。共享記憶體硬體的一個示例可以是微處理器晶片上或附近的可以存儲來自多個模組的代碼的1級快取記憶體。共享記憶體硬體的另一示例可以是諸如固態驅動器 (SSD) 的可以存儲來自多個模組的代碼的持久性儲存器。群組記憶體硬體包括與其它記憶體設備結合存儲來自一個或多個模組的一些或全部代碼的記憶體設備。群組記憶體硬體的一個示例是可以跨多個物理設備存儲特定模組的代碼的存儲區域網路 (SAN)。群組記憶體硬體的另一示例是一組伺服器中的每個伺服器的組合地存儲特定模組的代碼的隨機存取記憶體。
術語「記憶體硬體」是術語「計算機可讀介質」的子集。如本文中所使用的術語「計算機可讀介質」不包括通過介質 (諸如在載波上) 傳播的暫時電訊號或電磁訊號；術語「計算機可讀介質」因此被認為是有形的且非暫時性的。非暫時性計算機可讀介質的非限制性示例是非易失性記憶體設備 (諸如快閃記憶體設備、可擦除可編程唯讀記憶體設備或掩模唯讀記憶體設備) 、易失性記憶體設備 (諸如靜態隨機存取記憶體設備或動態隨機存取記憶體設備) 、磁性存儲介質 (諸如模擬或數位磁帶或硬碟驅動器) 和光學存儲介質 (諸如CD、DVD或藍光光碟)。
本發明案中描述的裝置和方法可以部分地或完全地由通過將通用計算機配置為執行計算機程式中包含的一個或多個特定功能而創建的專用計算機來實現。這樣的裝置和方法可以被描述為計算機化的裝置和計算機化的方法。以上描述的功能塊和流程圖元素用作軟體規範，其可以通過熟練的技術人員或程式師的常規工作被轉換成計算機程式。
計算機程式包括存儲在至少一個非暫時性計算機可讀介質上的處理器可執行指令。計算機程式還可以包括或依賴於存儲資料。計算機程式可以包括與專用計算機的硬體交互的基本輸入/輸出系統 (BIOS) 、與專用計算機的特定設備交互的設備驅動器、一個或多個操作系統、用戶應用、後臺服務、後臺應用等。
計算機程式可以包括： (i) 要解析的描述性文本，諸如HTML (超文字標記語言) 、XML (可延伸標記語言) 或JSON (Java Script對象標記法)； (ii) 彙編代碼； (iii) 由編譯器從原始程式碼生成的目標代碼； (iv) 供解譯器執行的原始程式碼； (v) 供即時編譯器編譯和執行的原始程式碼等。僅作為示例，原始程式碼可以使用來自包括以下語言的語法來編寫：C、C++、C#、Objective‑C、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Java®、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、JavaScript®、HTML5 (超文字標記語言第5版) 、Ada、ASP (動態伺服器頁面) 、PHP (PHP：超文本預處理器) 、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、Flash®、Visual Basic®、Lua、MATLAB、SIMULINK和Python®。
110:RF發生器、電源系統 112、112a、112b:射頻(RF)發生器、電源 114a:RF電源、電源、源RF電源、電力放大器 114b:RF電源、電源、偏置RF電源、電力放大器 116a:RF感測器、感測器、源感測器 116b:RF感測器、感測器、偏置感測器 118、330、530:阻抗匹配網路、匹配網路 118a:匹配網路、源匹配網路 118b:匹配網路、偏置匹配網路 120a:電力控制模組、控制器、源控制器 120b:電力控制模組、控制器、偏置控制器 120’:控制器 121a、121b、128a、128b:控制訊號、訊號 122a、122b:RF電力訊號 124a、124b、126a、126b、130、130’:訊號 132、332、532、624:負載 134:偏置檢測器 136、138:鏈路 140:脈衝同步輸出端口 142、150:數位通訊連接埠 144:RF輸出端口 148:RF輸入端口 152:脈衝同步輸入端口 156:脈衝同步訊號 157:數位通訊鏈路 158:RF控制訊號 210:RF訊號 212:脈衝訊號 310:RF電力輸送系統 312:RF發生器 320:控制器 334、534:感測器 336、546:分流支路 338、538、548:串聯支路 342、542:分流電路 344:電動機控制器 348:串聯電路 350:電動機控制器 352:處理器 412、414、416、1012、1016:波形 510:RF電力輸送系統 512、620:RF發生器 544、550、558:電動機控制模組 552:匹配網路控制器 554:測量模組 556:混合模組 560:阻抗匹配模組 562:通訊鏈路 610:網路 622:阻抗匹配網路 712:混合預設 714、716、740、750、812、814、912、914、930:點 718、726:阻抗軌跡 724、728:端點 732、734、920、922:頻率圓 744、916:導納混合目標 748:虛擬軌跡 760:原點 816:導納混合預設 820、822、824、830、832、834:弧 1110:控制模組 1112:匹配網路模組 1114:串聯控制模組 1116:分流控制模組 1118:頻率調諧模組 1124:測量模組 1126:混合模組 1128:匹配模組 1130:電動機控制模組 1210:控制系統 1212、1214、1216、1218、1220、1222、1224、1226:框 f 1、f 2:RF電力訊號 P1、P2:脈衝 S1-Sn:狀態 X、Y:訊號 Ys1、Ys2:導納
根據詳細描述和附圖，本說明書將變得更充分地理解。
圖1示出了根據本說明書的各種實施例佈置的具有多個電源的電力輸送系統；
圖2示出了RF訊號和調製RF訊號的脈衝的波形；
圖3示出了使用常規配置經由匹配網路將RF訊號提供到負載的RF電力輸送系統；
圖4是示出了用於使用常規阻抗匹配方法完成多狀態脈衝的阻抗匹配的時序的曲線圖；
圖5示出了根據本說明書的各種實施例佈置的具有匹配網路的RF電力輸送系統；
圖6示出了根據本說明書的各種實施例佈置的具有匹配網路的RF電力輸送系統；
圖7示出了根據本說明書的各種實施例的阻抗匹配網路的多狀態脈衝的阻抗匹配曲線圖；
圖8示出了根據本說明書的各種實施例佈置的阻抗匹配網路的多狀態脈衝的電容調諧阻抗匹配的阻抗匹配曲線圖；
圖9示出了根據本說明書的各種實施例佈置的阻抗網路的多狀態脈衝的頻率調諧阻抗匹配的阻抗匹配曲線圖；
圖10示出了描繪了使用根據本說明書的各種實施例佈置的匹配方法來達到阻抗匹配的時間的時序圖；
圖11示出了根據本說明書的各種實施例佈置的示例控制模組的功能框圖；並且
圖12示出了根據本說明書的各種實施例佈置的控制系統的操作的流程圖。
在附圖中，附圖標記可以重複使用以標識相似和/或相同的元件。
510:RF電力輸送系統
512:RF發生器
530:阻抗匹配網路、匹配網路
534:感測器
538、548:串聯支路
542:分流電路
546:分流支路
544、550、558:電動機控制模組
552:匹配網路控制器
554:測量模組
556:混合模組
560:阻抗匹配模組
562:通訊鏈路
Ys1、Ys2:導納

Claims (24)

  1. 一種用於RF電力輸送系統的阻抗匹配網路的控制器，所述控制器包括： 混合模組，被配置為接收根據從由所述RF電力輸送系統的RF發生器生成的輸出訊號感測到的至少一個參數生成的多個導納並且進一步被配置為生成根據分別由增益調節的所述多個導納而確定的虛擬導納，其中所述輸出訊號是對於每個脈衝具有多個狀態的脈衝RF訊號，並且所述多個導納對應於所述多個狀態；以及 阻抗匹配模組，被配置為接收所述虛擬導納並且根據所述虛擬導納生成用於調節所述阻抗匹配網路的電容的命令或用於調節所述輸出訊號的頻率的命令。
  2. 根據請求項1所述的控制器，其中所述增益根據針對所述多個狀態中的每個相應狀態感測到的所述至少一個參數來確定，並且其中所述增益根據針對所述多個狀態中的每個相應狀態感測到的所述至少一個參數的相對值來進行加權。
  3. 根據請求項1所述的控制器，其中如果存在所述多個狀態中的兩個狀態，則所述多個狀態中的所述兩個狀態中的每個狀態的所述增益加一。
  4. 根據請求項1所述的控制器，其中所述多個狀態中的每個狀態的所述增益加一。
  5. 根據請求項1所述的控制器，其中所述至少一個參數能夠是電壓、電流、正向電力或反向電力。
  6. 根據請求項1所述的控制器，進一步包括： 電動機控制模組，所述電動機控制模組被配置為接收用於調節所述阻抗匹配網路的所述電容的所述命令，並且進一步被配置為生成電動機控制命令以控制電動機，其中對所述電動機的調節調節所述阻抗匹配網路的可變電容器。
  7. 根據請求項6所述的控制器，其中所述電動機控制模組進一步被配置為生成多個電動機控制命令以控制多個電動機，其中對所述多個電動機的調節調節所述阻抗匹配網路的多個可變電容器。
  8. 根據請求項7所述的控制器，其中所述多個電動機中的一個電動機調節所述阻抗匹配網路的串聯支路的可變電容器，並且所述多個電動機中的第二電動機調節所述阻抗匹配網路的分流支路的可變電容器。
  9. 一種RF電力輸送系統，包括： RF電源，被配置為生成到負載的脈衝RF輸出訊號；以及 阻抗匹配網路，被佈置在所述RF電源與所述負載之間，所述阻抗匹配網路被配置為接收所述脈衝RF輸出訊號並且在所述RF電源與所述負載之間提供阻抗匹配，所述匹配網路包括： 具有第一可變阻抗的串聯支路； 具有第二可變阻抗的分流支路；以及 控制器，包括： 混合模組，被配置為接收根據從所述RF輸出訊號感測到的至少一個參數生成的多個導納並且進一步被配置為生成根據分別由增益調節的所述多個導納而確定的虛擬導納，其中所述輸出訊號的脈衝具有多個狀態，並且所述多個導納對應於所述多個狀態；以及 阻抗匹配模組，被配置為接收所述虛擬導納並且根據所述虛擬導納生成用於調節所述阻抗匹配網路的電容的命令或用於調節所述RF訊號的頻率的命令。
  10. 根據請求項9所述的RF電力輸送系統，其中所述阻抗匹配網路進一步包括： 感測器，所述感測器被配置為接收所述脈衝RF輸出訊號，並且感測所述至少一個參數以及輸出所述多個導納，其中所述多個導納根據所述至少一個參數而變化。
  11. 根據請求項9所述的RF電力輸送系統，其中所述增益根據針對所述多個狀態中的每個相應狀態感測到的所述至少一個參數來確定，並且其中所述增益根據針對所述多個狀態中的每個相應狀態感測到的所述至少一個參數的相對值來進行加權。
  12. 根據請求項11所述的RF電力輸送系統，其中如果存在所述多個狀態中的兩個狀態，則所述多個狀態中的所述兩個狀態中的每個狀態的所述增益加一。
  13. 根據請求項9所述的RF電力輸送系統，其中所述多個狀態中的每個狀態的所述增益加一。
  14. 根據請求項9所述的RF電力輸送系統，其中所述至少一個參數能夠是電壓、電流、正向電力或反向電力。
  15. 根據請求項9所述的RF電力輸送系統，進一步包括： 電動機控制模組，所述電動機控制模組被配置為接收用於調節所述阻抗匹配網路的所述電容的所述命令，並且進一步被配置為生成控制命令以控制所述第一可變阻抗或所述第二可變阻抗中的至少一個，其中對所述第一可變阻抗或所述第二可變阻抗的調節通過調節與所述第一可變阻抗相關聯的第一可變電容器或與所述第二可變阻抗相關聯的第二可變電容器來進行。
  16. 根據請求項15所述的RF電力輸送系統，其中所述控制命令是到控制與所述第一可變阻抗相關聯的所述可變電容器的第一電動機和控制與所述第二可變阻抗相關聯的所述可變電容器的第二電動機的電動機控制命令。
  17. 一種存儲指令的非暫時性計算機可讀介質，所述指令包括： 接收根據從由所述RF電力輸送系統的RF發生器生成的輸出訊號感測到的至少一個參數生成的多個導納並且生成根據分別由增益調節的所述多個導納而確定的虛擬導納，其中所述輸出訊號是對於每個脈衝具有多個狀態的脈衝RF訊號，並且所述多個導納對應於所述多個狀態；以及 根據虛擬導納，生成用於調節所述阻抗匹配網路的電容的命令或用於調節所述輸出訊號的頻率的命令。
  18. 根據請求項17所述的存儲指令的非暫時性計算機可讀介質，其中所述增益根據針對所述多個狀態中的每個相應狀態感測到的所述至少一個參數來確定，並且其中所述增益根據針對所述多個狀態中的每個相應狀態感測到的所述至少一個參數的相對值來進行加權。
  19. 根據請求項17所述的存儲指令的非暫時性計算機可讀介質，其中如果存在所述多個狀態中的兩個狀態，則所述多個狀態中的所述兩個狀態中的每個狀態的所述增益加一。
  20. 根據請求項17所述的存儲指令的非暫時性計算機可讀介質，其中所述多個狀態中的每個狀態的所述增益加一。
  21. 根據請求項17所述的存儲指令的非暫時性計算機可讀介質，其中所述至少一個參數能夠是電壓、電流、正向電力或反向電力。
  22. 根據請求項17所述的存儲指令的非暫時性計算機可讀介質，進一步包括： 電動機控制模組，所述電動機控制模組被配置為接收用於調節所述阻抗匹配網路的所述電容的所述命令，並且進一步被配置為生成電動機控制命令以控制電動機，其中對所述電動機的調節調節所述阻抗匹配網路的可變電容器。
  23. 根據請求項22所述的存儲指令的非暫時性計算機可讀介質，其中所述電動機控制模組進一步被配置為生成多個電動機控制命令以控制多個電動機，其中對所述多個電動機的調節調節所述阻抗匹配網路的多個可變電容器。
  24. 根據請求項23所述的存儲指令的非暫時性計算機可讀介質，其中所述多個電動機中的一個電動機調節所述阻抗匹配網路的串聯支路的可變電容器，並且所述多個電動機中的第二電動機調節所述阻抗匹配網路的分流支路的可變電容器。
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