用於高頻電壓和電流測量的同步欠採樣的製作方法

2023-06-06 05:05:21 1

專利名稱：用於高頻電壓和電流測量的同步欠採樣的製作方法
用於高頻電壓和電流測量的同步欠採樣
背景技術：
在許多應用中，需要可靠和準確地測量高頻電壓和電流。這些應
用可以包括例如RF等離子發生和RF等離子蝕刻。典型RF等離子 發生器可以包括大功率RF源，其產生給定頻率(例如，13.56MHz) 的RF信號。RF信號可以提供給等離子室。由於在RF功率源和等離 子室之間可能存在相當大的阻抗失配，因而可以在RF功率源和等離 子室間使用阻抗匹配網絡。可以提供VI (電壓-電流)傳感器或探測 器用於檢測RF信號進入等離子室時的電壓和電流，並生成代表檢測 到的電壓和電流的傳感器信號。
需要準確且可重複地獲得這些高頻電壓和電流測量的幅度和相 位。用於從傳感器信號中提取幅度和相位信息的數字處理(例如混頻 和濾波)通常使用過採樣技術實現，例如根據奈奎斯特標準，以等於 或高於所關注的最高頻率兩倍的頻率採樣。
然而，過採樣技術可能無法準確重建測量的傳感器信號，傳感器 信號可能包括多個基頻的諧波以及幅度和相位噪聲。同時，由於為了 滿足奈奎斯特標準，在微波頻率採樣頻率必須至少為4.8Gsps左右， 在微波頻率，例如2.4GHz，可能無法實現過採樣技術。目前，可使 用的高速A/D(模數)轉換器的採樣頻率範圍大約為105到400Msps。
當採樣來自VI傳感器的模擬信號時，可以使用固定採樣頻率進 行過採樣或欠採樣。這些固定採樣頻率可以與時變RF頻率異步。然 而，由於為了可控制的調整阻抗和控制傳送到等離子室的能量而調整 這些信號，來自RF源的RF信號(以及傳感器信號)可以具有時變 頻率。
如果以固定頻率採樣其頻率隨時間變化的信號，即異步採樣，信 號測量可能由於抖動或諧振而變差。如果在高速閉環控制中使用受抖 動或諧振影響的測量，該系統性能可能大幅度惡化。

發明內容
一種裝置，可以包括當由驅動信號驅動時用來產生信號的功率 源。該裝置可以進一步包括用來測量由功率源產生的信號的電壓和電 流，並產生代表測量電壓和電流的傳感器信號的傳感器。該裝置可以 進一步包括用來與驅動信號同步欠採樣傳感器信號的採樣器，所述驅 動信號驅動功率源。
一種裝置，可以包括用來當由驅動信號驅動時產生信號的功率 源。該裝置可以進一步包括用來測量功率源信號的電壓和電流以及產 生代表測量電壓和電流的傳感器信號的傳感器。採樣器可以用來過採 樣與驅動信號同步的傳感器信號。
一種裝置，可以包括響應驅動信號產生信號的裝置。該裝置可以 進一步包括感應裝置，所述感應裝置用來測量由響應驅動信號產生的 信號提供的電壓和電流，並產生代表該測量電壓和電流的感應信號。 該裝置可以進一步包括用來欠採樣與驅動信號同步的感應信號的採 樣裝置。
一種方法，可以包括測量在驅動信號驅動下由功率源信號提供的 電壓和電流，並產生代表該測量電壓和電流的感應信號。該方法可以 進一步包括
與驅動功率源的驅動信號同步欠採樣傳感器信號。


圖1是實現同步採樣技術來測量傳感器信號的電壓和電流的裝 置的一個具體實施例的示意性框圖。
圖2A、 2B、 2C、 2D、和2E示出VI傳感器的電壓信號過採樣。 圖3A、 3B、 3C、 3D、和3E示出以基頻整數倍的採樣頻率過採
樣VI傳感器電壓信號的另一個例子。
圖4A、 4B、 4C、 4D、禾tl 4E示出同步欠採樣VI傳感器的電壓信號。
圖5A、 5B、 5C、 5D、 5E、 5F、 5G、和5H示出存在幅度和相位
噪聲和諧波的情況下，同步欠採樣RF電壓和電流傳感器信號的時間 響應。
圖6A、 6B、和6C示出存在顯著邊頻的同步欠採樣RF電壓和電 流信號的頻率響應。
圖7A、 7B、 7C、 7D、 7E、 7F、 7G、和7H示出存在幅度和相位 噪聲和諧波的情況下，同步欠採樣微波頻率電壓和電流信號。
圖8A、 8B、 8C、 8D、 8E、 8F、 8G、和8H示出存在噪聲和諧波 的情況下，驗證同步欠採樣技術的準確性的實驗數據。
圖9示出同步欠採樣的例子。
圖IO示出同步過採樣的例子。
具體實施例方式
介紹用於同步欠採樣高頻電壓和電流測量的裝置和方法。 圖1是實現同步採樣技術來測量傳感器信號的電壓和電流的裝 置100的一個具體實施例的示意性框圖。總的來講，裝置100可以包 括RF (射頻)功率源110、傳感器120、採樣器130、控制器140、 和DDS (直接數字合成器)150。
RF功率源110可以在控制器140設置的頻率上響應由DDS 150 產生的驅動信號而產生RF信號，所述控制器可以是DSP (數位訊號 處理器)。傳感器120可以檢測RF信號的電壓和電流，並可以產生 代表測量的電壓和電流的模擬傳感器信號。傳感器120的輸出可以饋 入到採樣器130，其可以與驅動RF功率源110的驅動信號同步(以 頻率f;)欠採樣傳感器信號，。具體的，如下文更詳細的解釋那樣，同
步欠採樣頻率f;可以是傳感器信號基頻的純量倍數。雖然圖i示出
DDS用於產生驅動信號，可以在裝置的其他具體實施例中使用其他 類型的驅動信號發生器。
在示出的具體實施例中，裝置IOO可以是RF發生裝置，並且可 以是將RF信號傳輸到等離子室(未示出)的RF等離子系統的一部 分，等離子室例如為用於等離子蝕刻的等離子室。阻抗匹配網絡200 可以插入到RF發生裝置100和等離子室之間，以匹配RF發生裝置
和等離子室之間的阻抗，在它們之間可能存在相當大的阻抗失配。
雖然圖1示出RF等離子系統情況下RF信號的產生和採樣，然 而，應該理解，下面介紹的同步欠採樣技術可以用於需要準確和可靠 測量高頻電壓和電流的其他應用中。另外，雖然圖1示出RF信號產 生和採樣，在其他具體實施例中，也可以使用下面介紹的技術產生和 欠採樣微波頻率信號。
RF功率源100可以是用來在所調整的頻率產生RF信號的可調 功率源。RF功率源100可以包括直流電源112和RF功率放大器114。 在示出的具體實施例中，傳感器120可以是VI (電壓-電流)傳感器 或探測器。如圖1所示，傳感器輸出122和124可以分別代表RF線 電壓和RF線電流。傳感器120可以設置在等離子室的功率輸入端， 以檢測RF信號進入等離子室時RF信號的電壓和電流。可能需要在 距離等離子室儘可能近處準確測量電壓和電流，以更好指示該等離子 質量，並因而更好控制例如被蝕刻部件(如晶片)的等離子蝕刻特徵。
採樣器130可以包括A/D (模數)轉換器132和採樣時鐘134。 A/D轉換器可以接收模擬電壓信號122和模擬電流信號124，並通過 以採樣頻率f;採樣模擬信號來數位化信號122和124。通過以時鐘頻 率向A/D轉換器提供採樣脈衝，採樣時鐘134可以為A/D轉換器提 供定時參考。換而言之，A/D轉換器可以根據採樣時鐘134提供的定 時參考控制採樣的定時。將A/D轉換器132的輸出示為數字電壓(V) 信號123和數字電流信號(I) 125。
採樣器130可以執行同步欠採樣，其中，與驅動信號152同步採 樣傳感器120的輸出，該驅動信號(由DDS 150產生)驅動RF功率 源110。驅動信號152控制RF功率放大器114的開關頻率。採樣時 鍾134的時鐘頻率可以是控制RF功率放大器114的開關頻率的信號 頻率的純量倍數，即，驅動信號152的頻率的純量倍數。在圖1中示 出的具體實施例中，DDS也可以產生信號154，其將採樣時鐘頻率設 置為
其中，W,p表示在iV一,.個周期獲得的採樣數目，AU和A^都是整數。
控制器140可以接收欠採樣傳感器信號，並輸出跟蹤RF功率源 產生的RF信號的調整頻率的一個或多個控制信號。控制器140可以 產生並發送頻率指令信號142到DDS，作為響應，DDS可以產生頻 率指令信號指定的頻率的驅動信號154。頻率指令信號142可以是數 字指令，例如f=13.56MHz，其告知DDS 150 RF放大器114的開關 頻率應該是13.56MHz。
控制器140也可以產生電容值指令信號146，並將電容值指令信 號146發送到阻抗匹配網絡200，因而調整匹配網絡200中的並聯電 容。這樣，控制器140可以實現頻率調節以改進阻抗匹配。控制器 140也可以產生指定功率電平的功率指令信號144。控制器140可以 將功率指令信號144發送到功率源112，因而控制RF功率源110產 生的RF信號傳送的功率。
裝置100可以進一步包括FPGA (現場可編程門陣列)160，其 將A/D轉換器132的採樣速率減小到DSP控制器140可控制的速率， 從而可以從來自採樣器130的欠釆樣信號中提取幅度和相位信息。如 圖1所示，可以將來自採樣器130的數字電壓(V)和電流(I )信 號輸出連接到FPGA 160， FPGA160可以包括實現數字混合的數字混 頻器162和實現濾波和抽取的CIC(級聯積分梳狀)濾波器164。FPGA 160可以進一步包括門驅動166，其以驅動信號確定的頻率驅動 FPGA，該驅動信號由DDS響應來自控制器140的頻率指令信號而產 生。
來自採樣器130的欠採樣信號可以饋入數字混頻器162，該混頻 器將採樣信號與DDS 150產生的數字混頻信號相巻積。如圖1所示， 採樣信號可以和負正弦信號和餘弦信號相巻積。巻積信號隨後可以饋 入到CIC濾波器164，以提取欠採樣信號的幅度和相位。可以由CIC 濾波器實現抽取，即可以由CIC濾波器將採樣速率減小到採樣速率 除以抽取因數所給出的數據速率。隨著抽取因數增加，數據速率可以 成比例減小。在示出的具體實施例中，抽取因數可以為128，雖然其 他具體實施例可以使用不同的抽取因數。CIC濾波器164可以分別產生下面的輸出信號同相電壓(VI)
信號126、異相電壓(VQ)信號127、同相電流(II)信號128、和 異相電流(IQ)信號129。換句話說，CIC濾波器164的輸出示為每 個數字電壓(V)信號123和數字電流(I)信號125的同相(I)和 異相正交(Q)信號，如圖1所示，數字電壓(V)信號123和數字 電流(I)信號125來自A/D轉換器132並輸入到FPGA160。
控制數字混合器162和CIC濾波器164的時鐘也與傳感器信號 的基頻同步控制A/D轉換器採樣。這樣，獲得同步欠釆樣。當控制 器140改變功率源IIO產生的RP信號的頻率時，例如以控制匹配網
絡200的阻抗，與傳感器信號的基頻同步，採樣頻率f;同時改變。如
前面解釋的，控制器140通過頻率指令信號142控制RF信號頻率， 該指令信號從控制器140輸入到DDS 150，其進而產生控制RF放大 器114的開關頻率的驅動信號154。
通過欠採樣通常可能包括多個諧波以及幅度和相位噪聲的傳感 器信號，可以準確重建VI傳感器信號的形狀。另一方面，如圖2A-2E 和圖3A-3E所示，過採樣技術不能準區重建帶有諧波的測量信號。
圖2A、 2B、 2C、 2D、禾卩2E示出VI傳感器的電壓信號的過採 樣，其中傳感器信號的基頻f為，13.56MHz,採樣頻率fs是f^65。 圖2A-2E示出以65MHz的採樣速率異步採樣。圖2A示出具有 f=13.56MHz的基頻分量以及二次和三次諧波的傳感器信號。圖2B示 出13.65MHz信號的放大圖，而圖2C提供實際相位角度的放大圖。
圖2D示出以65MHz的採樣頻率異步採樣的13.56MHz信號。圖 2D示出，在每個周期內，採樣不以固定相位偏移重複，並且沒有檢 測到諧波。僅在0.185ps和0.554ps檢測到負波峰，僅在0ps和0.369(is 檢測到正波峰。圖2E示出過採樣相位角度。比較圖2E同圖2C，可 以看到當使用過採樣時，瞬時相位是不準確的。
圖3A、 3B、 3C、 3D、禾Q 3E示出來自VI傳感器的電壓信號的 異步過採樣的特殊例子，其中採樣頻率是感興趣頻率的整數倍，艮口
/，="/V" = 1,2,3.…
在示出的具體實施例中，/ramp=65Mspsif=13MHz，即n=5。如
圖2A-2C，圖3A示出具有&13MHZ的基頻分量以及二次和三次諧波 的傳感器電壓信號。圖3B提供13MHz信號的放大圖，而圖3C提供 實際相位角度的放大圖。
在示出的例子中，如果第一次採樣發生在任意的《=(20，則隨 後的採樣將在《+2兀/5,《+4;r/5,《+6 r/5，《+8"/5,和(9,十2;r處重複。具 體而言，如果《=0，則無法檢測到—13MHz信號的峰值，因為峰值 將發生在每個周期丌/4和3丌/4處，而在0、 2;r/5、 4W5、 6W5、 8;r/5、 和2;r處採樣信號。如從圖3D所見，其中示出以65MHz的採樣頻率 過採樣的13MHz信號，雖然在每個周期中檢測到正峰值，當以感興 趣頻率的整數倍過採樣信號時，無法檢測到負峰值。不像圖2D，在 每個周期內以固定偏移重複採樣。如圖2D中，沒有檢測到諧波。圖 3E示出過採樣相位角。同樣的，如和圖3C比較可見，瞬時相位是不 準確的。
如前面解釋的，過採樣技術在微波頻率f=2.4GHz(=2400MHz;^ 可能無法實現，因為，為了滿足基於奈奎斯特標準的過採樣，採樣頻 率應為至少4.8Gsps(=4800Msps)。然而，目前可用高速模-數轉換器 的採樣頻率範圍是105 (AD6645: 14比特t)到400Msps (AD1240: 12比特)。
當使用固定採樣頻率時，如圖2A-2E和3A-3E，如圖1中示出的 裝置IOO中使用的採樣頻率與時變RF頻率異步。當以固定頻率採樣 頻率隨時間改變的信號時，由於抖動或諧振，信號測量可能變差。如 果將受抖動或諧振影響的測量用於高速閉環控制，系統性能可能變差 很多。
如前面解釋的，圖1中示出的裝置100實現傳感器信號的同步欠 採樣，即，與RF信號產生頻率同步調整採樣頻率。使用同步採樣確 保即使RF信號產生頻率被改變，採樣器130仍在相同點選取採樣， 並且DSP 140的輸入基本上獨立於頻率。同步採樣避免了由異步採樣 導致的不穩定性和不準確性，例如，當遇到多極點時。
通過舉例，當RF功率源110的RF信號和採樣時鐘134間的差 頻混入ADC 132的輸出帶寬時，測量將失真，其進而將嚴重影響閉
環控制性能。如果帶內差頻隨時間變化，這個問題將更加嚴重，如同
RF信號頻率隨時間變化並且採樣頻率固定時將發生的一樣。同步確 保採樣時鐘和控制RF開關的信號隨時間同步變化。這可以減小吋變 差頻和伴隨的失真。
在一個具體實施例中，可以將採樣頻率f;選擇為基頻f的純量倍 數。具體而言，可將同步欠採樣頻率選擇為與傳感器信號的頻率成正 例，但是與連續採樣同相滑動以確保獲取諧波。通過確保下面式子可
以獲得滑動效果
並且在圖1示出的具體實施例中，通過確保 # < o
具體而言，在圖1中示出的具體實施例中，採樣頻率選擇為 /、, =(^，/^-,)x/等式(1)
且
其中，f是VI傳感器的基頻，yv，表示^—個周期內獲得的採樣數 量，乂，和^,, .都是整數。採樣頻率/;，可以小於65Msps，這是最快 的商用模數轉換器之一。
採樣數目iV，和周期數目iV—,可以滿足下面的等式 ^"=2 (-,5=(20 +1等式(2) 其中，p和q是整數。對於RF頻率，p可以選為6，並且q可以選為 1。對於微波頻率，p可以選為6， q可以選為6。
在裝置100的一個具體實施例中，在其中產生並採樣RF信號， 下面一組值可選作參數f、 /"、 W,、和A^,J勺值f=13,56MHz; ^，=64;iV—=65和/、.，= 13.351。在另一個具體實施例中，下面一 組值可以選作參數f、 /，、 W，、和iV一,的值f=2400MHz; iV、" =64;iV一j4097和/、.。， =37.4908 。可以在其他具體實施例中使用 不同參數值。
號的具體例子中，可以使用/,， = (64/65) x 13.56M他的採樣時鐘來在 ^2d(65/64)對"
採樣VI傳感器信號。在這個例子中，可以在 第零周期即(k=0)在^-(T獲得第零個採樣點。可以在"365.625°獲 得第一採樣點，其發生在第一周期。可以在6 = 731.25。獲得第二採樣， 其發生在第二周期，等等。
由於信號是周期性的，所以用戶可以放心，在一個周期內取 2^/64採樣點等同於在65個周期上取一個採樣點/周期。換句話說， 用戶可以假定在"5.625。處的信號與"360 + 5.625。處的信號相同。欠 採樣方法可以等同於64xl3.56MHz的採樣速率，除了需要信號的65 周期建立對一個周期的代表。假定信號的形狀和幅度的變化在那些周 期上不會超出指定限制(65/13.56MHz^4.79戸)。
圖4A-4E， 5A-5E， 6A-6C和7A-7C示出上面描述的同步欠採樣 技術的魯棒性和準確性。在這些圖中，下面的電壓和電流用作輸入， 其帶有3個諧波，每個諧波具有不同相位偏移，並在基頻具有幅度噪 聲和相位噪聲
formula see original document page 16
等式(4)
在上面給出的電壓和電流信號中， r。=2 等式(5)
和
/。=1 等式(6) 噪聲分量的範圍表示為 e [-2,2]個採樣 K匿e[-0.167r。,0，167K。]和 / ,.ree[-0.167/0 ，0.167/0] 假定64個採樣點代表360。(一個整周期)，±2個採樣點的相位噪聲 對應+ 11.25°(= 2/64x360)。另外，基頻處的電壓和電流間的相位差是 45°。
圖4A、 4B、 4C、 4D、和4E示出來自VI傳感器的電壓信號的 同步欠採樣，基頻為一13.56MHz，採樣頻率為13.3514Msps。如圖 2A-2C中，圖4A示出具有f=13.56MHz的基頻分量以及二次和三次 諧波的傳感器信號。圖4B給出13.56MHz信號的放大圖，圖2C給出 實際相位角的放大圖。
圖4D示出以13.3514Msps的採樣頻率同步欠採樣的f=13.56MHz 信號。如圖4D所示，同步欠採樣能夠精確重建波形，並獲得基頻的 諧波。圖4E示出欠採樣相位角。如圖4E所示，當同步欠採樣傳感 器信號時，測量周期內的瞬時相位是準確的。圖4D和4E示出的曲 線是A/D轉換器132的輸出端顯示的波形。
圖5A、 5B、 5C、 5D、 5E、 5F、 5G、和5H示出存在幅度和相位 噪聲和諧波的情況下，同步欠採樣RF電壓和電流傳感器信號的時間 響應。圖5A示出原始RF電壓信號，其包括基頻的諧波、以及幅度 和相位噪聲。圖5B示出原始RF電流信號，其也包括基頻的諧波、 以及幅度和相位噪聲。圖5C和5D分別示出同步採樣的電壓和電流 信號。從圖5C和5D可見，使用同步欠採樣，正確重建電壓和電流 信號的形狀。
圖5E和5F分別示出在數字混合器162將電壓信號和電流信號 與正弦和餘弦信號混頻之後,電壓信號和電流信號的實部和虛部。圖 5G示出欠採樣信號經過CIC濾波器之後，電壓和電流的抽取幅度。 從圖50中可以看到|1^| = ^=2和|/| = /。=1，其和上面的等式(5)和(6) 是一致的。圖5H示出欠採樣信號經過CIC濾波器之後的抽取相位差。 從圖5H中可以看到，相位差估計大約是45度，其和段落
中的 預測一致。從圖5E-5H中看到，上面等式(3)禾n (4)中給出的電 壓和電流信號的同步欠採樣準確估計電壓和電流的幅度和相位。
圖6A、 6B、和6C示出存在顯著邊頻時同步欠採樣RF電壓和電
流信號的頻率響應。圖6A-6C代表仿真結果，其中基頻fl3.56MHz 具有f士500k的諧波。圖6A示出以13.3514MHz的速率採樣的 13.56固z信號的頻率響應。圖6B示出同餘弦信號混頻之後的信號。 圖6C示出經過抽取因數為128的CIC濾波器之後的信號。如從圖 6A-6C可見的，同步欠採樣準確估計電壓和電流幅度和相位測量，其 示出存在重要邊頻時同步欠採樣技術的準確性。
圖6A-6C示出在上面的等式(2)中，可以正確選擇iV，和A^, 的值，以便可以濾除任何已知邊帶頻率。具體而言，圖6A-6C示出 如果基頻為f=13.56MHz的信號的邊帶出現在/±500/:他處，上面的 等式(2)中選擇？=6、 q=l可以確保濾除這些邊帶。
圖7A、 7B、 7C、 7D、 7E、 7F、 7G、和7H示出存在幅度和相位 噪聲和諧波的情況下，同步欠採樣微波頻率電壓和電流信號。圖7A 和7B分別示出微波頻率下原始微波電壓和電流信號。這些信號包括 諧波以及幅度噪聲和相位噪聲。圖7C和7D分別示出同步欠採樣電 壓和電流信號。在4097個周期內提取64個採樣。從圖7A和7B的 比較可見，同步欠採樣電壓和電流信號正確重建原始電壓和電流信號 的形狀。
圖7E和7F分別示出在數字混合器162將其與正弦和餘弦信號 混頻之後，電壓信號和電流信號的實部和虛部。圖7G示出欠採樣信號 經過CIC濾波器之後，電壓和電流的抽取幅度。圖7H示出在欠採樣 信號經歷CIC濾波器之後抽取相位差。圖7A-7H以4097個周期中的 64個採樣驗證了與上面圖5A-5H相同的結果。
圖8A、 8B、 8C、 8D、和8E示出實際實驗數據。圖8A和8B分 別示出原始電壓和電流信號的試驗數據，包括諧波以及幅度噪聲和相 位噪聲。圖8C和8D分別示出同步欠採樣電壓和電流信號的實驗數 據。在圖8C和8D中，在65周期中提取64個採樣。
圖8E和8F分別示出在數字混合器162將其與正弦和餘弦信號 混頻之後，電壓信號和電流信號的實部和虛部的實驗數據。圖8G示出 在欠採樣信號經歷CIC濾波器之後，電壓和電流的抽取幅度的實驗 數據。圖8H示出在欠採樣信號經歷CIC濾波器之後，抽取相位差的 實驗數據。從圖8A-8H可見，實驗數據驗證了存在噪聲和諧波時，
同步欠採樣技術的魯棒性和準確性。
圖9示出每個周期獲取1個採樣的同步欠採樣的例子。為了對比， 圖10示出每個周期獲取4個採樣的同步過採樣的例子。具體而言， 圖10示出滿足/， "5M，和/" =^/的同步過採樣。
總之，介紹了實現同步欠採樣(用於RF和微波頻率信號)和同 步過採樣(用於RF信號)高頻電壓和電流測量的方法和裝置。通過 欠採樣，可以準確重建VI傳感器信號。使用同步採樣，可以避免抖 動或諧振帶來的不穩定性和不準確性。可以從高頻電壓和電流測量中 準確和可反覆地獲得幅度和相位信息。甚至在諧波影響較大的情況下， 可以改善閉環控制性能。同步欠採樣也可以在較高頻率(例如微波頻 率)使用VI傳感器，並能夠通過調整時鐘頻率量化諧波和伴隨的失 真。
雖然介紹了實現用於高頻電壓和電流測量的同步採樣技術的方 法和裝置，可以理解這些具體實施例中說明的概念也可以用於其他具 體實施例。本申請的包括僅限於下面的權利要求。
在這些權利要求中，單數元件的不代表"一個和僅一個"，除非特 別這樣說明，而是"一個或更多"。這個說明書中介紹的不同具體實施 例的元件的所有結構和功能性等價物(本領域普通技術人員已知或以 後將知道的)在這裡通過引用清楚地合併，並包含在權利要求書中。 另外，這裡公開的任何事物都專指公眾，無論這樣的公開是否在權利 要求書中明顯描述過。不能依照35 U.S.C. § 112的第六段解釋權利要 求組件，除非使用詞"...的裝置"明顯描述該組件，或方法權利要求的 情況，使用詞"...的步驟"描述該組件。
權利要求
1、一種裝置，包括功率源，用來響應驅動信號產生信號；傳感器，用來測量由所述功率源產生的所述信號的電壓和電流，並產生代表所述測量的電壓和電流的傳感器信號；以及採樣器，用來與驅動所述功率源的所述驅動信號同步欠採樣所述傳感器信號。
2、 根據權利要求1的裝置，其中所述功率源包括RF (射頻)功 率源，並且其中來自所述功率源的所述信號包括RF信號。
3、 根據權利要求l的裝置，其中所述採樣器用來以採樣頻率f;欠採樣所述傳感器信號，其中每一個所述傳感器信號包括基頻為f的分量，以及 其中所述採樣頻率f;是基頻f的純量倍數。
4、 根據權利要求l的裝置，進一步包括控制器，用來接收所述欠採樣傳感器信號，並產生設定頻率的頻 率指令信號；以及驅動信號發生器，用來產生頻率指令信號設定頻率的所述驅動信號
5、 根據權利要求4的裝置，其中所述控制器包括DSP (數字信 號處理器)，並且其中所述驅動信號發生器包括DDS (直接數字合成 器)。
6、 根據權利要求5的裝置， 其中所述功率源包括電源和功率放大器；以及其中所述DDS產生的所述驅動信號控制所述功率放大器的開關 頻率。
7、根據權利要求6的裝置，其中所述控制器進一步用來產生設定功率電平的功率指令信號，並將所述功率指令信號發送到功率源， 從而調節所述功率源產生的所述信號傳送的功率。
8、根據權利要求5的裝置，其中所述採樣器包括A/D (模數)轉換器和採樣時鐘； 其中所述A/D轉換器用來根據所述採樣時鐘提供的定時參考控制採樣的定時;以及其中所述採樣時鐘的頻率是所述DDS產生的所述驅動信號的頻率的純量倍數。
9、根據權利要求8的裝置，進一步包括一個或多個數字混合器，用來將來自所述採樣器的欠採樣信號與 正弦波信號和餘弦波信號相巻積；以及一個或多個CIC (級聯積分梳狀)濾波器，用來抽取所述巻積的 欠採樣信號，從而從所述欠採樣信號中提取有關幅度和相位的信息。
10、根據權利要求9的裝置，其中每個所述CIC濾波器用來產生同相電壓信號、異相電壓信 號、同相電流信號、和異相電流信號之一。
11、根據權利要求10的裝置，其中所述數字混合器還用來響應於所述採樣時鐘提供的所述定 時參考控制所述巻積的定時；以及其中所述CIC濾波器還用來響應於所述採樣時鐘提供的所述定 時參考控制抽取的定時。
12、根據權利要求8的裝置，其中每個所述傳感器信號包括基頻為f的分量；以及 其中所述採樣時鐘與所述基頻f同步。
13、 根據權利要求1的裝置，其中所述傳感器信號包括一個或多個頻率隨時間變化的信號。
14、 根據權利要求3的裝置，其中至少一些所述傳感器信號進一步包括一個或多個所述基頻f 的諧波；其中所述採樣器用於在連續採樣點處採樣每一個所述傳感器信 號，以及其中選擇所述採樣頻率fs使相對一個或多個連續採樣點以一定 量同相延遲每一個採樣點，該量使得在採樣過程中所述採樣器提取至 少一些所述諧波。
15、 根據權利要求3的裝置， 其中所述採樣頻率fs與基頻f的關係由下式給出其中A^,是整數，表示由所述採樣器實施的採樣的周期數量， 其中乂.，是整數，表示在乂—個周期內獲得的採樣數量，以及 其中W，和AU,不同。
16、 根據權利要求15的裝置，其中A^，與整數p的關係由下述公式表示以及，其中乂-,與所述整數p以及另一整數q的關係由下述公 式表不
17、 權利要求16的裝置， 其中由所述功率源產生的所述信號包括RF信號， 其中p-6，並且 其中q=l。
18、 根據權利要求16的裝置，其中由所述功率源產生的所述信號包括微波頻率信號， 其中？=6,並且 其中q=6。
19、 根據權利要求15的裝置，其中選擇所述乂，和乂^,的值使 得能夠從至少一些所述傳感器信號中濾除一個或多個邊帶頻率。
20、 根據權利要求1的裝置，其中所述功率源進一步用來在可調 頻率範圍內的調整頻率處產生信號。
21、 根據權利要求9的裝置，其中所述控制器進一步用來接收來自FPGA的巻積和抽取的信 號，並將所述信號發送到等離子室。
22、 根據權利要求21的裝置，其中所述控制器進一步用來產生電容值指令信號，並將所述電容 值指令信號發送到設置在所述裝置和等離子室之間的阻抗匹配網絡， 從而控制所述阻抗匹配網絡的阻抗。
23、 根據權利要求1的裝置，其中所述功率源包括微波頻率功率 源，並且其中來自所述功率源的所述信號包括微波信號。
24、 一種裝置，包括功率源，用來在由驅動信號驅動時產生信號；傳感器，用來測量來自所述功率源的所述信號提供的電壓和電流，並且產生代表所述測量的電壓和電流的傳感器信號；以及 採樣器，用來與所述驅動信號同步過採樣所述傳感器信號。
25、 根據權利要求24的裝置，其中所述功率源包括RF (射頻) 功率源，並且其中所述功率源產生的所述信號包括RF信號。
26、 一種裝置，包括 用來響應驅動信號產生信號的裝置；感應裝置，用來測量響應所述驅動信號產生的所述信號提供的電 壓和電流，並產生代表所述測量的電壓和電流的傳感器信號；以及 採樣裝置，用來與所述驅動信號同步欠採樣所述傳感器信號。
27、 一種方法，包括測量由驅動信號驅動的功率源產生的信號的電壓和電流； 產生代表所述測量的電壓和電流的傳感器信號；以及 與驅動所述信號發生器的所述驅動信號同步欠採樣所述傳感器 信號。
28、 根據權利要求27的方法， 其中所述傳感器信號包括基頻為f的分量；以及 其中欠採樣所述傳感器信號的動作包括以所述基頻f的純量倍數的採樣頻率f;欠採樣所述傳感器信號。
29、 根據權利要求28的方法，其中所述傳感器信號進一步包括所述基頻f的一個或多個諧波； 其中欠採樣所述傳感器信號的動作包括在連續採樣點處採樣所 述傳感器信號，選擇所述採樣點使在採樣期間拾取至少一些諧波。
30、 根據權利要求29的方法，其中所述採樣頻率fs與所述基頻f的關係由下面等式給出其中^-,是整數，表示由所述採樣器實施的採樣的周期數量， 其中V,，是整數，表示在乂一、個周期內獲得的採樣數量，以及 其中^，和7V—不同。
31、 一種方法，包括測量來自驅動信號驅動的功率源的信號的電壓和電流； 產生代表所述測量的電壓和電流的傳感器信號；以及 與驅動所述信號發生器的所述驅動信號同步過採樣所述傳感器 信號。
全文摘要
當被來自控制器的驅動信號驅動時，功率源可以產生信號。傳感器可以測量由功率源產生的信號的電壓和電流，並可以產生代表所測量的電壓和電流的傳感器信號。採樣器可以用來與驅動功率源的驅動信號同步欠採樣傳感器信號。在RF頻率，可以進行同步欠採樣或同步過採樣。在微波頻率，可以進行同步欠採樣。
文檔編號H01J37/32GK101176184SQ200680016745
公開日2008年5月7日 申請日期2006年5月15日 優先權日2005年5月19日
發明者S·P·納加爾卡蒂, T·卡爾瓦蒂斯 申請人:Mks儀器公司