本发明公开了一种基于PGA的高精度模数转换装置及其控制方法，其特征在于：还包括可编程增益放大器和滤波器，输入的电信号经过PGA放大；再进入滤波器进行处理；滤波后的信号送到模数转换器，数字控制器控制模数转换器工作并获取模数转换后的数字信号；系统根据测得的数据，判断增益值设置是否合适，调节增益值。有益效果是，与原有技术相比，输入信号的动态范围增大了30dB以上，提高了信噪比和转换精度。
1.一种用于光刻机同轴对准的基于可编程增益放大器的高精度模数转换装置，包括模数转换器，将模拟信号转化成数字信号；
数字控制器，控制可编程增益放大器的增益值，控制模数转换器的工作逻辑和时序，获取模数转换后的数字信号，可对数字信号进行处理或传输给其它的数字信号处理器；
其特征在于：还包括可编程增益放大器，对输入信号进行放大，通过其提供的数字接口，由数字控制器来控制；和滤波器，滤除无用频率段内的信号和噪声；
可编程增益放大器、滤波器、模数转换器和数字控制器顺次连接，数字控制器的控制输出信号再分别接至模数转换器和可编程增益放大器。
2.如权利要求1所述的高精度模数转换装置，其特征在于所述滤波器可采用低通滤波或带通滤波的形式。
3.如权利要求1所述的高精度模数转换装置，其特征在于所述可编程增益放大器的增益值范围为0dB-35dB。
4.如权利要求1所述的高精度模数转换装置，其特征在于所述模数转换器的输入信号的量程为0V-2V。
5.如权利要求1所述的高精度模数转换装置，其特征在于，所述模数转换器型号为LTC1864。
6.一种用于光刻机同轴对准的基于可编程增益放大器的高精度模数控制转换方法，其特征在于包括以下步骤：
1)数字控制器设定好可编程增益放大器的初始增益值；
4)滤波后的信号送到模数转换器，数字控制器控制模数转换器工作的逻辑和时序及模数转换的过程，并获取模数转换后的数字信号；
5)系统根据测得的数据，判断增益值设置是否合适，如果测得的结果表示模数转换器的输入信号已经超出了本身的量程，数字控制器会控制可编程增益放大器，将其增益值调小；如果测得的结果表示模数转换器的输入信号还没有充分使用其量程范围，数字控制器会控制可编程增益放大器，将其增益值调大，最终调到模数转换器的输入信号与其量程匹配充分，达到最优的设置。
7.如权利要求6所述的控制转换方法，其特征在于：所述模数转换器的输入信号的量程为0V-2V，所对应的16位输出数字信号值范围应为0000-FFFF，所述数字控制器控制所获取的模数转换后的数字信号是一组代表设备正常工作运行条件下产生的值。
8.如权利要求6所述的控制转换方法，其特征在于：第5)步具体包括：如果所测得的一系列数字信号值中最大值等于FFFF，表示模数转换器的输入信号已经达到了满量程，即可编程增益放大器的增益值设置过大，数字控制器将控制可编程增益放大器的增益值以一定步长递减，直到数字控制器获取的一组模数转换后的数字信号值均小于FFFF为止，此时模数转换器的输入信号与其量程充分匹配，达到最优设置。
9.如权利要求8所述的控制转换方法，其特征在于：所述步长可为5dB。
10.如权利要求6所述的控制转换方法，其特征在于，所述可编程增益放大器的增益值范围为0dB-35dB。
11.如权利要求6所述的控制转换方法，其特征在于，所述滤波器可采用低通滤波或带通滤波的形式。
12.如权利要求6所述的控制转换方法，其特征在于，所述模数转换器为LTC1864。
13.如权利要求6所述的控制转换方法，其特征在于所述输入电信号范围为0-1.95V。
一种用于光刻机同轴对准的基于PGA的高精度模数转换装
置及其控制方法
技术领域
[0001] 本发明属于半导体集成电路光刻生产领域，特别涉及一种用于光刻机同轴对准的基于PGA的高精度模数转换装置及控制方法。
[0002] 背景技术
[0003] 在光刻机工作过程中使用了光学技术，即将设备本身某些信息融入到光信号中。同一设备上光的强弱受多种条件的影响，这使得光刻机在工作中光的强弱在不同的时间段上表现出不等。同一型号的不同设备，光的强弱也表现为不等。为了能在不同情况下，准确的将设备本身的这些信息提取出来，以便实时掌握设备运行情况，控制设备正确的工作，需要提供一种高精度模数转换装置和有效的模数转换控制方法，以使得对光信号转换后的电信号进行模数转换控制。
[0004] 现有的对光信号采集技术，一般由光电转换、普通放大器、模数转换器和数字控制器组成。这种技术为了将不同情况下的光信号准确采集进来，必须使用分别率比较高的模数转换器，这在电路实现上有很大的难度，成本也很高，当光信号的比较小时，将不能充分利用模数转换器的满量程，这对模数转换器资源的一种严重的浪费。
[0005] 发明内容
[0006] 本发明所需要解决的技术问题之一在于提供一种用于光刻机同轴对准的基于PGA的高精度模数转换装置，以克服现有技术必须使用高分辨率模数转换器的缺点。
[0007] 上述技术方案如下：
[0008] 包括模数转换器，将模拟信号转化成数字信号；
[0009] 数字控制器，控制可编程增益放大器(PGA)的增益值，控制模数转换器的工作逻辑和时序，获取模数转换后的数字信号，可对数字信号进行处理或传输给其它的数字信号处理器；
[0010] 其特征在于，还包括可编程增益放大器(PGA)，对输入信号进行放大，通过其提供的数字接口，由数字控制器来控制；
[0011] 和滤波器，滤除无用频率段内的信号和噪声；
[0012] 可编程增益放大器、滤波器、模数转换器和数字控制器顺次连接，数字控制器的控制输出信号再分别接至模数转换器和可编程增益放大器。
[0013] 所述可编程增益放大器的放大倍数即增益值。
[0014] 滤波器保留有用频率段内的信号，作为对本发明的改进，可采用低通滤波或带通滤波等多种形式。
[0015] 本发明需要解决的另一技术问题在于提供一种用于光刻机同轴对准的基于PGA的高精度模数转换控制方法，其特征在于包括以下步骤：
[0016] 1)数字控制器设定好可编程增益放大器的初始增益值；
[0017] 2)输入的电信号经过可编程增益放大器进行放大；
[0018] 3)放大后的信号进入滤波器进行滤波处理；
[0019] 4)滤波后的信号送到模数转换器，数字控制器控制模数转换器工作的逻辑和时序及模数转换的过程，并获取模数转换后的数字信号；
[0020] 5)系统根据测量得到的数据，判断增益值设置是否合适，如果测得的结果表示模数转换器的输入信号已经超出了本身的量程，数字控制器会控制可编程增益放大器，将其增益值调小，否则执行下一步；
[0021] 6)如果测得的结果表示模数转换器的输入信号还没有充分使用其量程范围，数字控制器会控制可编程增益放大器，将其增益值调大，最终调到模数转换器的输入信号与其量程匹配充分，达到最优的设置。
[0022] 上述方法的基本原理为：在其它条件不变的情况下，在模数转换器的量程范围内，其转换后的值是与增益值成正比的。根据后面获得的模数转换器的值大小可以判断增益初始值是否合适，如果不合适就在原初始值的基础上进行增加或减小，最终调到合适值。
[0023] 本发明的有益效果是，在采用同样精度的模数转换器的情况下，这种基于PGA的高精度模数转换装置和控制方法，与原有技术相比，输入信号的动态范围增大了30dB以上，从而提高了信噪比，提高了转换精度。
附图说明
[0024] 图1是本发明的装置电路结构图；
[0025] 图2是本发明的方法流程图。
具体实施方式
[0026] 以下结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
[0027] 如图1，本发明所述的装置可编程增益放大器(PGA)、滤波器、模数转换器和数字控制器，PGA、滤波器、模数转换器和数字控制器顺次连接，数字控制器的控制输出信号分别接至模数转换器和可编程增益放大器，以控制PGA的增益值，控制模数转换器的工作逻辑和时序，获取模数转换后的数字信号，可对数字信号进行处理或传输给其它的数字信号处理器。
[0028] 以下说明本发明所述控制方法在光刻机同轴对准过程中的应用。
[0029] 光刻机的同轴对准过程中需要获取两类数据信息，一类是工件台的位置信息，另一类是光强信息，并且位置信息与光强信息是一一对应的。当工件台完成一次扫描运动后，将取得位置信息和与位置信息一一对应的光强信息，通过对这两类信息进行数据处理和拟合运算，可以计算出光强最大时，所对应的位置信息，即找到了对准点，完成同轴对准过程。其中光强信息的获得是通过前面所提出的基于PGA的高精度模数转换装置及控制方法来实现的。由于光强信号强弱受多种条件的影响，所以不同的设备或同一设备的不同型号其光强表现也不同，为了保证在不同的条件下，都能准确获得光强信息，保证进入模数转换器的电信号具有一定的信噪比，并且不超出模数转换器的量程，通过对PGA的控制，来达到最优的效果。
[0030] 当激光的光强经光电传感器后直接转化成了电信号后，首先该电信号先经过(PGA)进行放大，放大后的信号进入滤波器进行滤波处理，而滤波后的信号将直接送到模数转换器，数字控制器控制模数转换器工作的逻辑和时序及模数转换的过程，并获取模数转换后的数字信号。系统根据测得的一系列的数据，判断增益值设置是否合适，可编程增益放大器的增益值范围为0dB-35dB，模数转换器的输入信号的量程为0V-2V，使用型号为LTC1864。如果测得的结果表示模数转换器的输入信号已经超出了本身的量程，数字控制器会控制PGA，将其增益值调小，如果测得的结果表示模数转换器的输入信号还没有充分使用其量程范围，数字控制器会控制PGA，将其增益值调大，最终调到模数转换器的输入信号与其量程匹配充分，达到最优的设置。例如，光电转换后的输入信号范围为0-1.95V，可编程增益放大器的增益值范围为0dB-35dB(分贝)，模数转换器的输入信号的量程为0V-2V，对应的16位输出数字信号为0000-FFFF(16进制)，模数转换器使用型号为LTC1864。设光电转换后的电信号为Vi，PGA增益值为G(倍数)，对于进入滤波器的有用的信号，滤波器不对其进行衰减和放大，1倍通过。设模数转换器的输入信号为Vo，则Vo＝G*Vi。当设定PGA增益为35dB时，即对应的G值为56.234倍，为了保证Vo不超出2V的范围，Vi的最大值必须小于0.035V(Vi＝Vo/G)，由于光电转换后的电信号含有一定的噪声，其各种噪声可以控制在0.05V以下，当光电转换后的电信号小于0.05V时，信号和噪声混在了一起，这时的输入信号没有意义。设置的35dB的增益值也没有意义。如果PGA增益值设定为30dB时，G值约为31.623倍，这时为了保证Vo不超出2V的范围，Vi的最大值要小于0.063V(Vi＝Vo/G)，Vi的最大值大于噪声电压0.05V，系统可以将Vi的最大值与噪声电压分辨出来，所以这种条件下的增益值和输入信号是有意义的。具体的PGA设置的步骤如下：首先数字控制器设置PGA初始增益值为30dB，然后数字控制器获取一组能代表设备正常工作运行条件下产生的模数转换后的数字信号的值，这组数字信号的值范围应为0000-FFFF(16进制)，在所测得的一系列值中如果测得的数字信号最大值小于FFFF，表示这时的PGA增益值是最优的，如果所测得的一系列数字信号值中最大值等于FFFF，表示模数转换器的输入信号已经达到了满量程，如2V或超出了2V，这也表示PGA增益值设置过大，数字控制器会控制PGA的增益值以一定步长递减，如5dB，将其设置为25dB，在PGA增益设置为25dB时，再由数字控制器获取模数转换后的数字信号的值，在所测得的一系列值中如果测得的数字信号最大值小于FFFF，表示这时的PGA增益值是最优的，如果所测得的一系列数字信号值中最大值等于FFFF，表示模数转换器的输入信号已经达到了2V或超出了2V的量程，数字控制器会继续控制PGA的增益值以5dB的步长递减，以此类推，一定能在0dB和30dB的范围内找到最优的增益值设置。
[0031] 当PGA的值设定好后，就可以用前面所提出的基于PGA的高精度模数转换装置及控制方法完成同轴对准过程中对光强信息的采样，通过对光强信息与位置信息的数据处理与计算，找到对准点。完成对准扫描过程。
[0032] 采用这种基于PGA的高精度模数转换装置及控制方法比在未使用PGA前其输入信号的动态范围增大了30dB以上，提高了信噪比，提高了模数转换的精度，有利于计算对准点精度的提高。
[0033] 虽然已公开了本发明的优选实施例，但本领域技术人员将会意识到，在不背离权利要求书中公开的本发明的范围的情况下，任何各种修改、添加和替换均属于本发明的保护范围。
