[发明专利]高效率射频电源的相位同步电路

说明书

技术领域

 本发明涉及射频电源技术领域，特别涉及一种高效率射频电源的相位同步电路。

背景技术

等离子体技术是半导体制造领域必不可少的工艺手段，它渗透了半导体工艺的各个环节，包括沉积、刻蚀和清洗等等。业界最常用的等离子体产生方法是射频放电法，即由射频电源产生一定功率的射频能量，通过阻抗匹配器传送给等离子体产生装置产生等离子体。

射频电源将供电电能转换为射频电能，存在有限的转换效率。在实际的射频电源中，一部分供电电能被有效的转换为射频电能，而另一部分通过发热的方式耗散掉。如果效率较低，发热就会严重，会导致以下后果：影响射频电源和微电子工艺设备中其它部件工作性能的稳定，降低微电子产品质量和成品率；在散热能力有限的情况下，射频电源的输出功率难以做高；浪费电能资源。

使用E类功率放大电路和F类功率放大电路是提高射频电源效率的有效方案。这几类放大电路通过谐振的方法错开功率器件上电压和电流出现的时间，降低功率器件的能量耗散，从而将更多的供电电能转换为射频电能，提高效率。E类和F类放大电路具有高效率优点的同时，也具有工作频率范围窄的特点。如果工作频率发生变化，它们会偏离谐振点，导致射频输出的特性发生变化，同时效率迅速降低，严重影响微电子工艺的质量。

射频电源所产生的射频频率可由其内部的石英晶体振荡器(晶振)产生；而如果工艺中需要多个射频电源协同工作，或需要对多个射频电源的输出功率进行合成，射频电源需要使用外部输入的时钟源，保证几个射频电源之间的相位同步。因此，在射频电源中应有一个相位同步电路。几个射频电源的相位可能要求有一定的相位差，所以需要对同步信号进行相位调整。

如图1，传统的相位同步电路通过带通滤波处理整形后的外部时钟信号，然后进行检波，用门限比较的方法检测检波后的信号是否达到一定电平，从而判断出外部是否输入了符合频率条件的时钟信号；如果检测到外部输入了时钟信号，则选择外部时钟作为时钟源，否则选择内部时钟作为时钟源。这种方法存在两个问题：1. 带通滤波和检波器的检测方法捕捉的频率范围较宽，也就是说，它认为符合条件的频率可能已经一定程度的偏离射频电源标称工作频率。如果使用E类或F类射频功率放大电路，在频率偏离的情况下性能就会大幅度下降，甚至容易烧毁功率器件。2. 随着温度变化和长期使用，带通滤波电路的通带频率等参数会发生变化，导致频率判断失误，即使外部输入了符合条件的频率也不能有效的切换至外部时钟。

传统的调整同步信号相位方法是：在同步信号源和射频电源之间加一定长度的射频同轴电缆，通过延迟的方法调节同步信号的相位。这种做法的问题是，如果相位需要调节，需要截短或加长射频电缆，其操作复杂，浪费电缆材料，并且不能在设备工作中实现调节。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够精确判断外部时钟是否符合工作频率，并能够方便的对外部时钟的相位进行调整的高效率射频电源的相位同步电路。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高效率射频电源的相位同步电路包括外部时钟整形电路、锁相环反馈电路、相位调节电路、门限比较电路、时钟选择电路、第二分频电路及内部时钟产生电路；

所述外部时钟整形电路和所述相位调节电路分别与所述锁相环反馈电路连接；所述锁相环反馈电路分别与所述门限比较电路、时钟选择电路连接，所述门限比较电路与所述时钟选择电路连接，所述内部时钟产生电路的输出端通过第二分频电路与所述时钟选择电路的输入端连接。

进一步地，所述锁相环反馈电路包括鉴相电路、低通滤波电路、加法电路、压控晶振电路及第一分频电路；所述鉴相电路依次通过低通滤波电路、加法电路、压控晶振电路与所述第一分频电路的输入端连接，所述第一分频电路的输出端分别与所述鉴相电路、所述时钟选择电路的输入端连接；所述鉴相电路的出入端与所述外部时钟整形电路的输出端连接；所述相位调节电路的输出端与所述加法电路的输入端连接，所述加法电路的输出端还通过所述门限比较电路与所述时钟选择电路的输入端连接。

进一步地，所述外部时钟整形电路采用施密特触发器。

进一步地，所述压控晶振电路采用2倍工作频率的压控石英晶体振荡器。

进一步地，所述第一分频电路和第一分频电路采用÷2分频电路。

进一步地，所述低通滤波电路包括电阻R1和电容C1；所述电阻R1和电容C1并联，所述电容C1接地；所述电阻R1与所述鉴相器连接。