專利名稱：一種基于pga的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路光刻生產(chǎn)領(lǐng)域，特別涉及一種基于PGA的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置及控制方法。
背景技術(shù)：
在光刻機(jī)工作過(guò)程中使用了光學(xué)技術(shù)，即將設(shè)備本身某些信息融入到光信號(hào)中。同一設(shè)備上光的強(qiáng)弱受多種條件的影響，這使得光刻機(jī)在工作中光的強(qiáng)弱在不同的時(shí)間段上表現(xiàn)出不等。同一型號(hào)的不同設(shè)備，光的強(qiáng)弱也表現(xiàn)為不等。為了能在不同情況下，準(zhǔn)確的將設(shè)備本身的這些信息提取出來(lái)，以便實(shí)時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行情況，控制設(shè)備正確的工作，需要提供一種高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置和有效的模數(shù)轉(zhuǎn)換控制方法，以使得對(duì)光信號(hào)轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換控制。
現(xiàn)有的對(duì)光信號(hào)采集技術(shù)，一般由光電轉(zhuǎn)換、普通放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字控制器組成。這種技術(shù)為了將不同情況下的光信號(hào)準(zhǔn)確采集進(jìn)來(lái)，必須使用分別率比較高的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，這在電路實(shí)現(xiàn)上有很大的難度，成本也很高，當(dāng)光信號(hào)的比較小時(shí)，將不能充分利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿量程，這對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器資源的一種嚴(yán)重的浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所需要解決的技術(shù)問(wèn)題之一在于提供一種基于PGA的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)必須使用高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器的缺點(diǎn)。
上述技術(shù)方案如下
包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)；數(shù)字控制器，控制可編程增益放大器(PGA)的增益值，控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作邏輯和時(shí)序，獲取模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)，可對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理或傳輸給其它的數(shù)字信號(hào)處理器；其特征在于，還包括可編程增益放大器(PGA)，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大，通過(guò)其提供的數(shù)字接口，由數(shù)字控制器來(lái)控制；和濾波器，濾除無(wú)用頻率段內(nèi)的信號(hào)和噪聲；可編程增益放大器、濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字控制器順次連接，數(shù)字控制器的控制輸出信號(hào)再分別接至模數(shù)轉(zhuǎn)換器和可編程增益放大器。
所述可編程增益放大器的放大倍數(shù)即增益值。
濾波器保留有用頻率段內(nèi)的信號(hào)，作為對(duì)本發(fā)明的改進(jìn)，可采用低通濾波或帶通濾波等多種形式。
本發(fā)明需要解決的另一技術(shù)問(wèn)題在于提供基于PGA的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換控制方法，其特征在于包括以下步驟1)數(shù)字控制器設(shè)定好可編程增益放大器的初始增益值；2)輸入的電信號(hào)經(jīng)過(guò)可編程增益放大器進(jìn)行放大；3)放大后的信號(hào)進(jìn)入濾波器進(jìn)行濾波處理；4)濾波后的信號(hào)送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)字控制器控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器工作的邏輯和時(shí)序及模數(shù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程，并獲取模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)；5)系統(tǒng)根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)，判斷增益值設(shè)置是否合適，如果測(cè)得的結(jié)果表示模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)已經(jīng)超出了本身的量程，數(shù)字控制器會(huì)控制可編程增益放大器，將其增益值調(diào)小，否則執(zhí)行下一步；6)如果測(cè)得的結(jié)果表示模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)還沒有充分使用其量程范圍，數(shù)字控制器會(huì)控制可編程增益放大器，將其增益值調(diào)大，最終調(diào)到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)與其量程匹配充分，達(dá)到最優(yōu)的設(shè)置。
上述方法的基本原理為在其它條件不變的情況下，在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的量程范圍內(nèi)，其轉(zhuǎn)換后的值是與增益值成正比的。根據(jù)后面獲得的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的值大小可以判斷增益初始值是否合適，如果不合適就在原初始值的基礎(chǔ)上進(jìn)行增加或減小，最終調(diào)到合適值。
本發(fā)明的有益效果是，在采用同樣精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的情況下，這種基于PGA的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置和控制方法，與原有技術(shù)相比，輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍增大了30dB以上，從而提高了信噪比，提高了轉(zhuǎn)換精度。


圖1是本發(fā)明的裝置電路結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明的方法流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。
如圖1，本發(fā)明所述的裝置可編程增益放大器(PGA)、濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字控制器，PGA、濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字控制器順次連接，數(shù)字控制器的控制輸出信號(hào)分別接至模數(shù)轉(zhuǎn)換器和可編程增益放大器，以控制PGA的增益值，控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作邏輯和時(shí)序，獲取模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)，可對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理或傳輸給其它的數(shù)字信號(hào)處理器。
以下說(shuō)明本發(fā)明所述控制方法在光刻機(jī)同軸對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中的應(yīng)用。
光刻機(jī)的同軸對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中需要獲取兩類數(shù)據(jù)信息，一類是工件臺(tái)的位置信息，另一類是光強(qiáng)信息，并且位置信息與光強(qiáng)信息是一一對(duì)應(yīng)的。當(dāng)工件臺(tái)完成一次掃描運(yùn)動(dòng)后，將取得位置信息和與位置信息一一對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)信息，通過(guò)對(duì)這兩類信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和擬合運(yùn)算，可以計(jì)算出光強(qiáng)最大時(shí)，所對(duì)應(yīng)的位置信息，即找到了對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)，完成同軸對(duì)準(zhǔn)過(guò)程。其中光強(qiáng)信息的獲得是通過(guò)前面所提出的基于PGA的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置及控制方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于光強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)弱受多種條件的影響，所以不同的設(shè)備或同一設(shè)備的不同型號(hào)其光強(qiáng)表現(xiàn)也不同，為了保證在不同的條件下，都能準(zhǔn)確獲得光強(qiáng)信息，保證進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電信號(hào)具有一定的信噪比，并且不超出模數(shù)轉(zhuǎn)換器的量程，通過(guò)對(duì)PGA的控制，來(lái)達(dá)到最優(yōu)的效果。
當(dāng)激光的光強(qiáng)經(jīng)光電傳感器后直接轉(zhuǎn)化成了電信號(hào)后，首先該電信號(hào)先經(jīng)過(guò)(PGA)進(jìn)行放大，放大后的信號(hào)進(jìn)入濾波器進(jìn)行濾波處理，而濾波后的信號(hào)將直接送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)字控制器控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器工作的邏輯和時(shí)序及模數(shù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程，并獲取模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)。系統(tǒng)根據(jù)測(cè)得的一系列的數(shù)據(jù)，判斷增益值設(shè)置是否合適，可編程增益放大器的增益值范圍為0dB-35dB，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)的量程為0V-2V，使用型號(hào)為L(zhǎng)TC1864。如果測(cè)得的結(jié)果表示模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)已經(jīng)超出了本身的量程，數(shù)字控制器會(huì)控制PGA，將其增益值調(diào)小，如果測(cè)得的結(jié)果表示模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)還沒有充分使用其量程范圍，數(shù)字控制器會(huì)控制PGA，將其增益值調(diào)大，最終調(diào)到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)與其量程匹配充分，達(dá)到最優(yōu)的設(shè)置。例如，光電轉(zhuǎn)換后的輸入信號(hào)范圍為0-1.95V，可編程增益放大器的增益值范圍為0dB-35dB(分貝)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)的量程為0V-2V，對(duì)應(yīng)的16位輸出數(shù)字信號(hào)為0000-FFFF(16進(jìn)制)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器使用型號(hào)為L(zhǎng)TC1864。設(shè)光電轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)為Vi，PGA增益值為G(倍數(shù))，對(duì)于進(jìn)入濾波器的有用的信號(hào)，濾波器不對(duì)其進(jìn)行衰減和放大，1倍通過(guò)。設(shè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)為Vo，則Vo＝G*Vi。當(dāng)設(shè)定PGA增益為35dB時(shí)，即對(duì)應(yīng)的G值為56.234倍，為了保證Vo不超出2V的范圍，Vi的最大值必須小于0.035V(Vi＝Vo/G)，由于光電轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)含有一定的噪聲，其各種噪聲可以控制在0.05V以下，當(dāng)光電轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)小于0.05V時(shí)，信號(hào)和噪聲混在了一起，這時(shí)的輸入信號(hào)沒有意義。設(shè)置的35dB的增益值也沒有意義。如果PGA增益值設(shè)定為30dB時(shí)，G值約為31.623倍，這時(shí)為了保證Vo不超出2V的范圍，Vi的最大值要小于0.063V(Vi＝Vo/G)，Vi的最大值大于噪聲電壓0.05V，系統(tǒng)可以將Vi的最大值與噪聲電壓分辨出來(lái)，所以這種條件下的增益值和輸入信號(hào)是有意義的。具體的PGA設(shè)置的步驟如下首先數(shù)字控制器設(shè)置PGA初始增益值為30dB，然后數(shù)字控制器獲取一組能代表設(shè)備正常工作運(yùn)行條件下產(chǎn)生的模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)的值，這組數(shù)字信號(hào)的值范圍應(yīng)為0000-FFFF(16進(jìn)制)，在所測(cè)得的一系列值中如果測(cè)得的數(shù)字信號(hào)最大值小于FFFF，表示這時(shí)的PGA增益值是最優(yōu)的，如果所測(cè)得的一系列數(shù)字信號(hào)值中最大值等于FFFF，表示模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)已經(jīng)達(dá)到了滿量程，如2V或超出了2V，這也表示PGA增益值設(shè)置過(guò)大，數(shù)字控制器會(huì)控制PGA的增益值以一定步長(zhǎng)遞減，如5dB，將其設(shè)置為25dB，在PGA增益設(shè)置為25dB時(shí)，再由數(shù)字控制器獲取模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)的值，在所測(cè)得的一系列值中如果測(cè)得的數(shù)字信號(hào)最大值小于FFFF，表示這時(shí)的PGA增益值是最優(yōu)的，如果所測(cè)得的一系列數(shù)字信號(hào)值中最大值等于FFFF，表示模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)已經(jīng)達(dá)到了2V或超出了2V的量程，數(shù)字控制器會(huì)繼續(xù)控制PGA的增益值以5dB的步長(zhǎng)遞減，以此類推，一定能在0dB和30dB的范圍內(nèi)找到最優(yōu)的增益值設(shè)置。
當(dāng)PGA的值設(shè)定好后，就可以用前面所提出的基于PGA的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置及控制方法完成同軸對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中對(duì)光強(qiáng)信息的采樣，通過(guò)對(duì)光強(qiáng)信息與位置信息的數(shù)據(jù)處理與計(jì)算，找到對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)。完成對(duì)準(zhǔn)掃描過(guò)程。
采用這種基于PGA的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置及控制方法比在未使用PGA前其輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍增大了30dB以上，提高了信噪比，提高了模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度，有利于計(jì)算對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)精度的提高。
雖然已公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，在不背離權(quán)利要求書中公開的本發(fā)明的范圍的情況下，任何各種修改、添加和替換均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于PGA的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)；數(shù)字控制器，控制可編程增益放大器(PGA)的增益值，控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作邏輯和時(shí)序，獲取模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)，可對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理或傳輸給其它的數(shù)字信號(hào)處理器；其特征在于還包括可編程增益放大器(PGA)，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大，通過(guò)其提供的數(shù)字接口，由數(shù)字控制器來(lái)控制；和濾波器，濾除無(wú)用頻率段內(nèi)的信號(hào)和噪聲；可編程增益放大器、濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字控制器順次連接，數(shù)字控制器的控制輸出信號(hào)再分別接至模數(shù)轉(zhuǎn)換器和可編程增益放大器。
2.如權(quán)利要求1所述的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述濾波器可采用低通濾波或帶通濾波的形式。
3.如權(quán)利要求1所述的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述可編程增益放大器的增益值范圍為0dB-35dB。
4.如權(quán)利要求1所述的控制轉(zhuǎn)換方法，其特征在于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)的量程為0V-2V。
5.如權(quán)利要求1所述的控制轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器型號(hào)為L(zhǎng)TC1864。
6.一種基于PGA的高精度模數(shù)控制轉(zhuǎn)換方法，其特征在于包括以下步驟1)數(shù)字控制器設(shè)定好可編程增益放大器的初始增益值；2)輸入的電信號(hào)經(jīng)過(guò)可編程增益放大器進(jìn)行放大；3)放大后的信號(hào)進(jìn)入濾波器進(jìn)行濾波處理；4)濾波后的信號(hào)送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)字控制器控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器工作的邏輯和時(shí)序及模數(shù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程，并獲取模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)；5)系統(tǒng)根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)，判斷增益值設(shè)置是否合適，如果測(cè)得的結(jié)果表示模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)已經(jīng)超出了本身的量程，數(shù)字控制器會(huì)控制可編程增益放大器，將其增益值調(diào)??；如果測(cè)得的結(jié)果表示模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)還沒有充分使用其量程范圍，數(shù)字控制器會(huì)控制可編程增益放大器，將其增益值調(diào)大，最終調(diào)到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)與其量程匹配充分，達(dá)到最優(yōu)的設(shè)置。
7.如權(quán)利要求6所述的控制轉(zhuǎn)換方法，其特征在于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)的量程為0V-2V，所對(duì)應(yīng)的16位輸出數(shù)字信號(hào)值范圍應(yīng)為0000-FFFF，所述數(shù)字控制器控制所獲取的模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)是一組代表設(shè)備正常工作運(yùn)行條件下產(chǎn)生的值。
8.如權(quán)利要求6所述的控制轉(zhuǎn)換方法，其特征在于第5)步具體包括如果所測(cè)得的一系列數(shù)字信號(hào)值中最大值等于FFFF，表示模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)已經(jīng)達(dá)到了滿量程，即PGA增益值設(shè)置過(guò)大，數(shù)字控制器將控制PGA的增益值以一定步長(zhǎng)遞減，直到數(shù)字控制器獲取的一組模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)值均小于FFFF為止，此時(shí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)與其量程充分匹配，達(dá)到最優(yōu)設(shè)置。
9.如權(quán)利要求8所述的控制轉(zhuǎn)換方法，其特征在于所述步長(zhǎng)可為5dB。
10.如權(quán)利要求6所述的控制轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，所述可編程增益放大器的增益值范圍為0dB-35dB。
11.如權(quán)利要求6所述的控制轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，所述濾波器可采用低通濾波或帶通濾波的形式。
12.如權(quán)利要求6所述的控制轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器為L(zhǎng)TC1864。
13.如權(quán)利要求6所述的控制轉(zhuǎn)換方法，其特征在于所述輸入電信號(hào)范圍為0-1.95V。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于PGA的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置及其控制方法，其特征在于還包括可編程增益放大器和濾波器，輸入的電信號(hào)經(jīng)過(guò)PGA放大；再進(jìn)入濾波器進(jìn)行處理；濾波后的信號(hào)送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)字控制器控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器工作并獲取模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)；系統(tǒng)根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)，判斷增益值設(shè)置是否合適，調(diào)節(jié)增益值。有益效果是，與原有技術(shù)相比，輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍增大了30dB以上，提高了信噪比和轉(zhuǎn)換精度。
文檔編號(hào)H03M1/00GK1808285SQ20061002368
公開日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2006年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月26日
發(fā)明者王海江 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司