基于阻抗匹配器的二极管幅-相检测电路设计
电子技术应用
姚龙，李晓峰，马聪伟，郭徽
（季华实验室， 广东 佛山 528000）
摘要： 半导体芯片领域的竞争很大程度上取决于半导体装备以及核心零部件的竞争，如射频电源、阻抗匹配器等。设备的抗干扰能力以及稳定性等特性是衡量设备优劣的重要标准。对于阻抗匹配器而言，控制回路的精准、稳定以及快速响应是决定阻抗匹配器这款产品性能好坏的重要指标。因此，基于电容分压采样、电流互感器采样以及运放电路等相关原理，设计了一款纯硬件电路的阻抗幅值、相位检测回路，并用仿真软件ADS2021进行模拟仿真实验，得到表征射频电源和负载之间阻抗匹配程度的模拟量Urms。通过实验测试表明，Urms越大表征射频源与负载之间失配越严重，功率传输效率越低；Urms越小表征射频源和负载之间的匹配程度越好，功率传输效率越高。同时，通过改变母线信号的输入功率，得到Urms与输入功率具有较高的线性相关性，因此该检测回路具有很好的稳定性，能够适用于宽范围匹配器阻抗的幅值、相位检测。
关键词：阻抗匹配,Urms,幅值-相位信号,线性相关
中圖分類號：TN407
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223543
中文引用格式： 姚龍，李曉峰，馬聰偉，等. 基于阻抗匹配器的二極管幅-相檢測電路設計[J]. 電子技術應用，2023，49(7)：120-125.
英文引用格式： Yao Long，Li Xiaofeng，Ma Congwei，et al. Design of amplitude-phase detection circuit for impedance match[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(7)：120-125.
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223543
中文引用格式： 姚龍，李曉峰，馬聰偉，等. 基于阻抗匹配器的二極管幅-相檢測電路設計[J]. 電子技術應用，2023，49(7)：120-125.
英文引用格式： Yao Long，Li Xiaofeng，Ma Congwei，et al. Design of amplitude-phase detection circuit for impedance match[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(7)：120-125.
Design of amplitude-phase detection circuit for impedance match
Yao Long，Li Xiaofeng，Ma Congwei，Guo Hui
(Jihua Laboratory， Foshan 528000， China)
Abstract： Nowadays, the competition in the field of domestic semiconductor largely depends on the competition of semiconductor equipment and core components, such as RF power supply, impedance match, etc. The anti-interference ability and stability of the equipment are important criteria for judging the quality of equipment. For the impedance match equipment, the accuracy, stability and fast response of the control loop are important indicators that determine the performance of this product. Therefore, this paper designs a hardware circuit about amplitude-phase signal detection loop based on the related principles of capacitor voltage sampling, current transformer sampling and op amp circuit, and uses the ADS2021 to obtain the analog quantity Urms representing the impedance matching degree between RF power supply and load. The simulation experimental results show that a larger Urms value indicates a greater mismatch between the RF power supply and load, and a smaller Urms value indicates a better match between the RF power supply and load. At the same time, by changing the input power of the bus signal, it is obtained that the Urms has a high linear correlation with input power, so the detection loop has good stability and can be applied to the detection of impedance match.
Key words : impedance match；Urms；amplitude-phase signal；linear correlation
0 引言
低溫等離子體技術如今向多元化發展，如射頻磁控濺射、等離子體刻蝕、反應等離子體腐蝕、等離子體沉積等，與等離子體設備相配套的阻抗匹配器也在為了滿足更多工藝要求不斷進行技術升級，來實現多元化的工藝要求[1-3]。自動阻抗匹配器實現阻抗匹配自動化，優化工藝，極大地整合了半導體工藝中自動化過程，實現了無接觸式匹配過程[4-6]。
傳統匹配箱的匹配阻抗拓撲都是倒L型或者π型，如圖1所示，因為匹配拓撲固定，功率檢測精度決定后續匹配程度的準確性[7-8]。傳統阻抗匹配器利用定向耦合器等方式，采集信號的入射電壓和反射電壓的幅值，利用反射系數的幅值作為阻抗匹配網絡調節的目標量，因為缺少相位信息，導致匹配時間長，精度低，并且無法避免在阻抗失配時雙定耦檢測測試結果誤差偏大的問題[9-10]。
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作者信息：
姚龍，李曉峰，馬聰偉，郭徽
（季華實驗室， 廣東 佛山 528000）
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