CN116155276A - 一种可调宽频的射频电源 - Google Patents

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赵坤鹏
侯进振
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Suzhou Xintailian Technology Development Co ltd
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Suzhou Xintailian Technology Development Co ltd
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    • H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/24—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal directly applied to the generator
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/02—Details
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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Abstract

本发明提出了一种可调宽频的射频电源，包括：宽带DDS信号源产生电路、阻抗匹配拓扑装置、控制器和CAN数字总线接口，其中，所述宽带DDS信号源产生电路与所述阻抗匹配拓扑装置和控制器连接，所述控制器进一步与所述CAN数字总线接口连接，所述宽带DDS信号源产生电路采用内置14bitDAC的直接数字频率合成器，所述阻抗匹配拓扑装置包括：采用大功率MOSFET精细投切终端电阻网络，所述CAN数字总线接口的输出端与外部的上位机连接，用于在线接收控制指令并向所述上位机传回电源状态数据。

Description

一种可调宽频的射频电源
技术领域
本发明涉及射频电源技术领域，特别涉及一种可调宽频的射频电源。
背景技术
射频电源是可以产生固定频率的正弦波电压，频率在射频范围(约3KHz～300GHz)内、具有一定功率的电源。射频电源已广泛应用于半导体工艺设备；LED与太阳能光伏产业；科学实验中的等离子体发生；射频感应加热；医疗美容；常压等离子体消毒清洗等。
传统射频电源，是可以产生固定频率的正弦波、具有一定功率的电源，为定频的射频电源。传统的定频射频电源采用石英晶体震荡器等产生固定频率(一个或多个频点)的信号源，例如13.56MHz,27.12MHz等频点)，定频射频电源的应用范围受限。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种可调宽频的射频电源。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种可调宽频的射频电源，包括：宽带DDS信号源产生电路、阻抗匹配拓扑装置、控制器和CAN数字总线接口，其中，所述宽带DDS信号源产生电路与所述阻抗匹配拓扑装置和控制器连接，所述控制器进一步与所述CAN数字总线接口连接，所述宽带DDS信号源产生电路采用内置14bitDAC的直接数字频率合成器，所述阻抗匹配拓扑装置包括：采用大功率MOSFET精细投切终端电阻网络，所述CAN数字总线接口的输出端与外部的上位机连接，用于在线接收控制指令并向所述上位机传回电源状态数据。
进一步，所述宽带DDS信号源产生电路采用型号为AD9910的直接数字频率合成器DDS。
进一步，所述宽带DDS信号源产生电路产生0.23Hz-400MHz的信号。
进一步，所述阻抗匹配拓扑装置的大功率MOSFET精细投切终端电阻网络，采用T型电阻网络。
进一步，所述控制器采用单片机或微控制器MCU。
进一步，所述CAN数字总线接口采用型号为82C250的CAN收发器接口芯片。
进一步，所述上位机为个人计算机PC或工控计算机。
根据本发明实施例的可调宽频的射频电源，具有以下有益效果：
(1)采用区别于传统定频的射频电源的宽带DDS信号源产生电路，可以连续高精度改变电源输出频率，频率范围10KHz～200MHz，有效提高电源设备的通用性和竞争力，适应更多应用场合。
(2)具备完善的阻抗匹配拓扑，采用大功率MOSFET精细投切终端电阻网络以实现对负载阻抗的匹配，避免高频反射造成的输出效率降低问题，满足不同频率不同负载条件下的工作需求。
(3)采用CAN数字总线接口在线接收控制指令并传回电源状态数据，具有传输距离，传输速率块的特点，CAN总线的数据传输信号稳定，损耗小，不易受外界干扰，并且可方便扩充节点数。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的可调宽频的射频电源的结构图；
图2为根据本发明实施例的直接数字频率合成器AD9910的电路图；
图3为根据本发明实施例的CAN数字总线接口的电路图。
附图标记：
1、宽带DDS信号源产生电路；2、阻抗匹配拓扑装置；3、控制器；4、CAN数字总线接口；5、上位机；6、射频电源。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明实施例的可调宽频的射频电源，包括：宽带DDS信号源产生电路1、阻抗匹配拓扑装置2、控制器3和CAN数字总线接口4。
具体的，宽带DDS信号源产生电路1与阻抗匹配拓扑装置2和控制器3连接，控制器3进一步与CAN数字总线接口4连接。
信号源是射频电源6的核心组件。宽带DDS信号源产生电路1采用内置14bitDAC的直接数字频率合成器。如图2所示，本发明的宽带DDS信号源产生电路1采用型号为AD9910的直接数字频率合成器DDS。该宽带DDS信号源产生电路1产生0.23Hz-400MHz的信号。
下面对射频电源6阻抗匹配的问题由来和重要性进行说明：
典型的射频等离子发生装置中，恒定输出阻抗的射频电源6产生固定频率的射频波，为等离子体腔室提供射频功率，以激发产生用于刻蚀或用于其它工艺的等离子体。其中射频发生器的恒定输出阻抗通常为50Ω，产生的固定频率通常为13.56MHz。通常情况下，等离子体腔室的非线性负载阻抗与射频电源6的恒定输出阻抗并不相等，所以，在射频电源6与等离子体腔室之间会存在比较严重的阻抗失配，从而使得位于射频电源6与等离子体腔室之间的射频传输线上存在较大的反射功率，造成射频电源6产生的功率无法全部输送给等离子体腔室。为了解决这一问题，需要在射频电源6与等离子腔室之间设置一个自动阻抗匹配装置。
本发明的阻抗匹配拓扑装置2包括：采用大功率MOSFET精细投切终端电阻网络。
在本发明的实施例中，阻抗匹配拓扑装置2的大功率MOSFET精细投切终端电阻网络，采用T型电阻网络。
本发明的可调宽频的射频电源6具备完善的阻抗匹配拓扑，采用大功率MOSFET精细投切终端电阻网络(T型电阻网络)以实现对负载阻抗的匹配，避免高频反射造成的输出效率降低问题，满足不同频率不同负载条件下的工作需求。
本发明还设计有CAN总线接口(不限于CAN总线接口)，可支持第三方控制***在线设置射频电源6的输出频率及其他核心参数。
具体的CAN数字总线接口4的输出端与外部的上位机5连接，用于在线接收控制指令并向上位机5传回电源状态数据。如图3所示，CAN数字总线接口4采用型号为82C250的CAN收发器接口芯片。本发明具备CAN数字总线接口4，在线接收控制指令并传回电源状态数据，发挥数字DDS信号源可以编程的优势，将传统射频电源6提升为智能射频电源6。
下面对CAN数字总线接口4的优势进行说明：
1、CAN总线通讯最大的优点便是传输距离非常的远，高达10KM，传输速率也很快，最大能达到1Mhzbps.
2、CAN总线的数据传输信号稳定，损耗小，不易受外界干扰。
3、单条CAN总线最多可以有110个节点，并可方便扩充节点数。
4、出错的CAN总线节点会自动切断和总线之间的联系，不影响整个总线的通讯。
5、自动检测报文发送成功与否，可硬件自动重发，传输可靠性高。
6、结构简单，具有很好的性价比。
在本发明的实施例中，上位机5为个人计算机PC或工控计算机。
在本发明的实施例中，控制器3采用单片机或微控制器3MCU。
根据本发明实施例的可调宽频的射频电源，具有以下有益效果：
(1)采用区别于传统定频的射频电源的宽带DDS信号源产生电路，可以连续高精度改变电源输出频率，频率范围10KHz～200MHz，有效提高电源设备的通用性和竞争力，适应更多应用场合。
(2)具备完善的阻抗匹配拓扑，采用大功率MOSFET精细投切终端电阻网络以实现对负载阻抗的匹配，避免高频反射造成的输出效率降低问题，满足不同频率不同负载条件下的工作需求。
(3)采用CAN数字总线接口在线接收控制指令并传回电源状态数据，具有传输距离，传输速率块的特点，CAN总线的数据传输信号稳定，损耗小，不易受外界干扰，并且可方便扩充节点数。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。

Claims (7)

1.一种可调宽频的射频电源，其特征在于，包括：宽带DDS信号源产生电路、阻抗匹配拓扑装置、控制器和CAN数字总线接口，其中，所述宽带DDS信号源产生电路与所述阻抗匹配拓扑装置和控制器连接，所述控制器进一步与所述CAN数字总线接口连接，所述宽带DDS信号源产生电路采用内置14bitDAC的直接数字频率合成器，所述阻抗匹配拓扑装置包括：采用大功率MOSFET精细投切终端电阻网络，所述CAN数字总线接口的输出端与外部的上位机连接，用于在线接收控制指令并向所述上位机传回电源状态数据。
2.如权利要求1所述的可调宽频的射频电源，其特征在于，所述宽带DDS信号源产生电路采用型号为AD9910的直接数字频率合成器DDS。
3.如权利要求1或2所述的可调宽频的射频电源，其特征在于，所述宽带DDS信号源产生电路产生0.23Hz-400MHz的信号。
4.如权利要求1所述的可调宽频的射频电源，其特征在于，所述阻抗匹配拓扑装置的大功率MOSFET精细投切终端电阻网络，采用T型电阻网络。
5.如权利要求1所述的可调宽频的射频电源，其特征在于，所述控制器采用单片机或微控制器MCU。
6.如权利要求1所述的可调宽频的射频电源，其特征在于，所述CAN数字总线接口采用型号为82C250的CAN收发器接口芯片。
7.如权利要求1所述的可调宽频的射频电源，其特征在于，所述上位机为个人计算机PC或工控计算机。
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