专利名称：一种自动增益系统信号与增益同步采集装置与方法
技术领域：
本发明涉及一种模拟信号采集及处理技术领域，尤其涉及一种自动增益系统信号与增益同步采集装置与方法。
背景技术：
模拟信号处理和采集系统中，经常用到自动增益环节。自动增益环节的原理如下 判断自动增益环节输出信号的有效值，如果有效值小于设定值，采用反馈控制，通过提高增益，使得信号输出接近于有效值；如果信号输出有效值大于设置值，采用反馈控制，通过减小增益，使得信号输出接近于有效值；当信号的有效值输出与设定值的误差小于一定的范围时，将增益锁定，实现信号自动增益控制。通过自动增益处理的信号可通过采集环节采集，采集数据供系统使用。自动增益环节如果应用到对信号精度要求比较高的场合，自动增益控制的增益变化就会影响到信号的输出质量，进而影响系统误差。所以需要对自动增益系统的输出信号和增益进行采集，并通过增益来对信号进行修正，消除这种由于增益波动引入的信号偏差。 如果信号采集与增益的采集不同步，就会导致对信号的错误修正，使得测得的结果准确性变差。现有技术中通常采用直接对输出信号和增益进行采集的方法，但是这种方法并不能保证输出信号和增益的同步采集。如图1中所示，图1是现有技术中所使用的自动增益系统信号与增益直接采集装置。在图1中，自动增益环节21输入信号进入可调增益放大器22。信号自可调增益放大器 22出来后进入信号处理环节23。信号处理环节23的信号分为两路，一路进入信号模数转换环节M后再进入信号增益采集控制器30，另一路进入为有效值检测及增益控制输出环节26。增益设定环节27出来的信号进入增益控制输出环节沈后分为两路，一路经增益控制输出调理环节观后进入增益模数转换环节四后再进入信号增益采集控制器30，另一路进入增益控制调理环节25后进入可调增益放大器22。因此该装置不能确定信号与增益的关系，不能准确对信号进行校准。因此需要提供一种机制用以克服现有技术中存在的缺陷，实现自动增益系统信号与增益同步采集方法，消除由于增益波动对信号的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动增益系统信号与增益同步采集装置与方法，实现自动增益系统信号与增益同步采集，消除由于增益波动对信号的影响。为实现上述发明目的，本发明公开一种自动增益系统信号与增益同步采集装置， 包括自动增益系统信号采集模块、增益同步采集模块和信号增益采集控制器，自动增益环节输入信号进入所述自动增益系统信号采集模块后分为两路，一路进入所述信号增益采集控制器，另一路进入所述增益同步采集模块；增益设定环节输入信号进入所述增益同步采集模块后分为两路，一路进入所述信号增益采集控制器，另一路进入所述自动增益系统信号采集模块；其特征在于，所述自动增益环节输入信号包括正常工作模式信号和测量工作模式信号，所述增益设定环节输入信号包括正常工作模式的增益设定输入信号和测量工作模式的增益设定输入信号。更进一步地，该自动增益系统信号采集模块按信号输出依次包括可调增益放大器、信号处理环节和信号模数转换环节。更进一步地，该增益同步采集模块按信号输出依次包括有效值检测及增益控制输出环节、增益控制调理环节、增益控制输出调理环节和增益模数转换环节。更进一步地，该自动增益系统信号与增益同步采集装置还包括两个切换开关，用于切换正常工作模式信号和测量工作模式信号，及正常工作模式的增益设定输入信号和测量工作模式的增益设定输入信号。更进一步地，该自动增益系统信号与增益同步采集装置还包括同步控制器，用于存储和识别来自所述自动增益系统信号采集模块和所述增益同步采集模块的输入及输出 fn "^fn 息 °更进一步地，同步控制器用于控制信号模数转换环节、增益模数转换环节、正常工作模式与测量工作模式切换。更进一步地，同步控制器用于控制增益调整输入端信号特征。本发明同时公开一种采用上述自动增益系统信号与增益同步采集装置的光刻设备。本发明还公开一种自动增益系统信号与增益同步采集的方法，包括正常工作模式和测量工作模式，测量工作模式用于确定所述正常工作模式下的自动增益系统信号与增益的同步关系，其特征在于，所述测量工作模式下，在自动增益环节的信号输入端增加恒定输入信号，及在增益调整输入端增加一增益信号，采集自动增益系统信号与增益后，通过相位差测量以获得自动增益系统信号与增益的同步关系。更进一步地，该正常工作模式包括步骤一、设置自动增益系统正常工作模式，即根据信号输出的有效值，采用闭环反馈控制以调整增益；步骤二、自动增益调整；步骤三、 增益锁定；步骤四、信号采集与增益采集；步骤五、信号存储与增益存储。更进一步地，该测量工作模式具体包括步骤六、设置自动增益环节为测量工作模式，测量工作模式为增益开环控制；步骤七、在自动增益环节输入端加入恒值输入，消除输入信号对于同步关系测量的影响；步骤八、对步骤五中存储的增益进行特征识别；步骤九、 在增益调整输入端加入增益信号，该增益信号与存储的增益特征一致；步骤十、信号采集与增益采集；步骤十一、测量模式下信号采集与增益采集的时间相位；步骤十二、根据用步骤十一测量出的时间相位差对正常工作模式下的信号与增益数据同步校准；步骤十三、获取信号与增益同步数据，实现信号与增益的同步。更进一步地，该测量工作模式中还包括增加一增益特征与时间相位差特征存储专家库，用于存储记忆在测量工作模式下测过的增益特征和时间相位差。本发明提供的技术方案的有益效果为由于在正常工作模式下，信号采集及增益采集无法完成同步采集，但通过在测量工作模式下，采用本方法，可确定信号采集和增益采集的相位差，利用测量的相位差去补偿正常工作模式下信号采集和增益采集，可实现信号采集与增益采集的同步。本发明提供的技术方案的测量工作模式下增益特征与正常工作模CN 102545811 A
式下增益特征相同，使得测量工作模式下的相位差与正常工作模式下信号与增益的相位差一致。利用本发明提供的技术方案，进一步保证增益采集与信号采集的一一对应关系，保证增益对信号进行修正的正确性，消除由于增益波动对信号的影响，在一定程度上提高了信号采集的精度，提高系统精度。
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。图1是现有技术中使用的自动增益系统信号与增益直接采集装置的结构示意图；图2是本发明所涉及的自动增益系统信号与增益直接采集装置的结构示意图；图3是本发明所涉及的自动增益系统信号与增益直接采集方法的第一实施方式的流程图；图4是本发明所涉及的自动增益系统信号与增益直接采集方法的第二实施方式的流程图；图5是本发明在正常工作模式下增益采集与信号采集波形图；图6是本发明在测量工作模式下增益采集与信号采集波形图；图7是本发明在测量工作模式下增益采集及信号采集同步关系的波形图；图8是本发明在测量工作模式下施加正弦增益信号的波形图；图9是使用本发明的光刻设备的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。本发明的目的在于提供一种自动增益系统信号与增益同步采集装置与方法，实现自动增益系统信号与增益同步采集，消除由于增益波动对信号的影响。本发明的发明构思如下将自动增益环节设为两种工作模式，正常工作模式和测量工作模式。在正常工作模式下，可对信号和增益同时进行采集，对增益进行存储，对增益特征进行识别。在测量工作模式下，在自动增益环节的信号输入端加入恒定输入信号，在自动增益环节的增益调整端加入一定特征(与正常工作模式下增益特征相同)的增益信号，自动增益环节进行开环控制，获取输出信号与增益。通过两组数据对比可以测量自动增益环节输出信号和增益的相位差。使用测量模式下的测得的相位差去补偿自动增益环节正常工作模式下的输出信号采集和增益采集，以此确定正常工作模式下，信号采集和增益采集的一一对应关系，实现同步采集。参见图2，图2是本发明所涉及的自动增益系统信号与增益直接采集装置的结构示意图。该装置包括自动增益系统信号采集模块、增益同步采集模块和信号增益采集控制器，自动增益环节输入信号进入所述自动增益系统信号采集模块后分为两路，一路进入所述信号增益采集控制器，另一路进入所述增益同步采集模块；增益设定环节输入信号进入所述增益同步采集模块后分为两路，一路进入所述信号增益采集控制器，另一路进入所述自动增益系统信号采集模块；其特征在于，所述自动增益环节输入信号包括正常工作模式信号和测量工作模式，所述增益设定环节输入信号包括正常工作模式的增益设定输入信号和测量工作模式的增益设定输入信号。如图2中所示，在该装置中包含两种工作模式下信号输入接口，正常工作模式下信号输入接口 1与测量工作模式下恒值信号输入接口 2。切换开关3，用于正常工作模式下和测量工作模式下，对信号输入的切换，受同步控制器14控制。4为可调增益放大器。5为信号处理环节。6为信号模数(AD)转换环节，受同步控制器14的控制。7为增益控制调理环节。8为有效值检测及增益控制输出环节。9为切换开关，用于正常工作模式下和测量工作模式下，增益调整输入端施加信号的切换。10为正常工作模式下，增益设定值。11为测量工作模式下，增益输入信号。12为增益控制输出调理环节。13为增益模数转换环节。14 为同步控制器，其功能为控制信号模数转换，增益模数转换，信号和增益存储和记忆，增益特征的识别，增益特征及相位差的存储记忆，正常工作模式与测量工作模式切换，控制增益调整输入端信号特征。自动增益系统信号与增益同步采集装置，有两种工作模式，正常工作模式和测量工作模式。在自动工作模式下，可对信号和增益进行采集，对增益进行存储，对增益特征进行识别，但该模式下，采集的信号和增益的同步关系需要在测量工作模式下确定。在测量工作模式下，在自动增益环节的信号输入端加入恒定输入信号，在自动增益环节的增益调整输入端加入一定特征(与正常工作模式下增益特征相同)的增益信号，自动增益环节进行开环控制，获取输出信号与增益。通过两组数据对比可以测量自动增益环节输出信号和增益的相位差。使用测量模式下的相位差去补偿自动增益环节正常工作模式下的信号采集和增益采集，以此确定正常工作模式下，信号采集和增益采集的一一对应关系，实现同步采集。本发明还提供一种自动增益系统信号与增益同步采集方法。参见图3，图3是本发明所涉及的自动增益系统信号与增益直接采集方法的第一实施方式的流程图。该自动增益系统信号与增益同步采集方法的步骤如下SOl-为设置自动增益系统正常工作模式，即根据信号输出的有效值，采用闭环反馈控制，调整增益。S02-为自动增益调整。S03-增益锁定，在增益调整好后，将增益锁定。S04为信号采集与增益采集，此时采集的信号和增益同步关系不能确定。S05-信号存储与增益存储。S06-为设置自动增益环节为测量工作模式，测量工作模式为增益开环控制。S08-为在自动增益环节输入端加入恒值输入，消除输入信号对于同步关系测量的影响。S07-为对存储的增益进行特征识别。S09-为在增益调整输入端加入增益信号，该增益信号与存储的增益特征一致。SlO-为信号采集与增益采集，由于信号输入端加入的为恒值信号，所以信号采集与增益采集大致特征一致，只是时间相位上不同。Sll-测量模式下信号采集与增益采集的时间相位可以精确测定。S12-用步骤Sll测量出的时间相位差对正常工作模式下的信号与增益数据同步校准。S13获取信号与增益同步数据，实现了信号与增益的同步。
本发明同时还提供该自动增益系统信号与增益同步采集方法的另一种实施方式。 如图4中所示SlOl-为设置自动增益系统正常工作模式，即根据信号输出的有效值，采用闭环反馈控制，调整增益。S102-为自动增益调整。S103-增益锁定，在增益调整好后，将增益锁定。S104-为信号采集与增益采集，此时采集的信号和增益同步关系不能确定。S105-信号存储与增益存储。S106-为增益特征识别。S107-为增益特征与时间相位差特征存储专家库，可以存储记忆在测量工作模式下测过的增益特征和时间相位差，其作为专家库，将步骤S106中的增益特征与专家库的增益特征进行比较，如果专家库中有与之匹配的，则直接输出与增益特征对应的时间相位差数值，如果专家库中没有与之匹配的，可以转入测量模式，进行该特征增益和信号采集相位差测定。S108-用步骤S107的时间相位差对正常工作模式下的信号与增益数据同步校准。S109-获取信号与增益同步数据，实现了信号与增益的同步。SllO-为设置自动增益环节为测量工作模式，测量工作模式为增益开环控制。Slll-为在自动增益环节输入端加入恒值输入，消除输入信号对于同步关系测量的影响。S112-为在增益调整输入端加入特征增益信号，该特征增益可以提前定义某一特征规律的增益，并将这一特征存储到专家库中，也可以为专家库指定的某一增益特征。S113-为测量工作模式下输出信号采集与增益采集，由于信号输入端加入的为恒值信号，所以信号采集与增益采集大致特征一致，只是时间相位上不同。S114-测量模式下信号采集与增益采集的时间相位可以精确测定，测量结果在增益特征与相位差专家库中存储。图5是本发明在正常工作模式下增益采集与信号采集波形图。如图5中所示， input为自动增益装置原始信号输入，gl为采集到的增益信号，si经过自动增益调整锁定后，采集到的输出信号。从图5中，可以明显看出，难以确定gl和si的时间相位差。图6是本发明在测量工作模式下增益采集与信号采集波形图。如图6中所示， input为恒值信号输入，gl为施加正常工作模式下采集的增益后，采集到的增益信号，si为施加正常工作模式下采集的增益后采集到的输出信号。由于在信号输入端施加的为恒值输入，所以gl和si的特征除了存在时间相位差外，其它特征一致，所以可以从两信号确定时间相位差，图中Δ t为gl和si的时间相位差。图7是本发明在测量工作模式下增益采集及信号采集同步关系的波形图。图7利用图6的时间相位差At，确定图5中gl和si的时间相位关系，从而确定图5中gl和si 的同步关系。利用这种关系，可使用相应的增益对相应的信号校准。校准后的信号可提供信号的准确性。图8是本发明在测量工作模式下施加正弦增益信号的波形图。其中在测量工作模式施加正弦增益信号，input为恒值信号输入，gl为施加该特征增益情况下，增益采集波形，Sl为施加该特征增益情况下，输出信号采集波形。根据Sl和gl，可确定该特征的正弦增益对应的时间相位差At。该增益特征和时间相位差可存储在专家库中。为进一步详细说明本发明所提供的自动增益系统信号与增益同步采集如何使用于对信号精度要求比较高的场合，特提供一应用该装置的光刻设备加以说明。详细内容请参照图9，图9是光刻设备硅片对准系统中对准信号与增益同步采集应用的结构示意图。曝光光源31提供曝光光束，该曝光光束照射掩模后经投影物镜34将掩模上所携带的图像信息投射于硅片35上。掩模台32用于为掩模提供多个自由度的移动，硅片台35用于为硅片 35提供多个自由度的移动。硅片台35上包含有硅片对准标记。36为硅片台位置测量系统。 37为硅片对准光源。38为成像模块，其接收硅片对准光源发出的光，将光照射到硅片台的硅片对准标记上，并接收打到硅片标记的衍射光，输出光信号。39为硅片对准控制器，其实现成像模块输出光信号的接收、处理和采集，接收掩模台位置测量系统和硅片台位置测量系统的位置数据。计算硅片标记的位置，实现硅片对准。硅片对准控制器采用了本发明的自动增益系统的信号与增益同步采集装置401、402、40n。硅片对准控制器可根据成像模块输出的信号通道数，可配置相应数量的自动增益系统的信号与增益同步采集装置。利用本发明所提供的自动增益系统的信号与增益同步采集装置可以保证增益采集与信号采集的一一对应关系，保证增益对信号进行修正的正确性，消除由于增益波动对信号的影响，提高信号采集的精度，提高系统精度。本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。
权利要求
1.一种自动增益系统信号与增益同步采集装置，包括自动增益系统信号采集模块、 增益同步采集模块和信号增益采集控制器，自动增益环节输入信号进入所述自动增益系统信号采集模块后分为两路，一路进入所述信号增益采集控制器，另一路进入所述增益同步采集模块；增益设定环节输入信号进入所述增益同步采集模块后分为两路，一路进入所述信号增益采集控制器，另一路进入所述自动增益系统信号采集模块；其特征在于，所述自动增益环节输入信号包括正常工作模式信号和测量工作模式信号，所述增益设定环节输入信号包括正常工作模式的增益设定输入信号和测量工作模式的增益设定输入信号。
2.如权利要求1所述的自动增益系统信号与增益同步采集装置，其特征在于，所述自动增益系统信号采集模块按信号输出依次包括可调增益放大器、信号处理环节和信号模数转换环节。
3.—种如权利要求1所述的自动增益系统信号与增益同步采集装置，其特征在于，所述增益同步采集模块按信号输出依次包括有效值检测及增益控制输出环节、增益控制调理环节、增益控制输出调理环节和增益模数转换环节。
4.如权利要求1所述的自动增益系统信号与增益同步采集装置，其特征在于，所述自动增益系统信号与增益同步采集装置还包括两个切换开关，用于切换正常工作模式信号和测量工作模式信号，及正常工作模式的增益设定输入信号和测量工作模式的增益设定输入信号。
5.如权利要求1所述的自动增益系统信号与增益同步采集装置，其特征在于，所述自动增益系统信号与增益同步采集装置还包括同步控制器，用于存储和识别来自所述自动增益系统信号采集模块和所述增益同步采集模块的输入及输出信号信息。
6.如权利要求5所述的自动增益系统信号与增益同步采集装置，其特征在于，所述同步控制器用于控制信号模数转换环节、增益模数转换环节、正常工作模式与测量工作模式切换。
7.如权利要求5所述的自动增益系统信号与增益同步采集装置，其特征在于，所述同步控制器用于控制增益调整输入端信号特征。
8.采用如权利要求1至7任一项自动增益系统信号与增益同步采集装置的光刻设备。
9.一种自动增益系统信号与增益同步采集的方法，包括正常工作模式和测量工作模式，测量工作模式用于确定所述正常工作模式下的自动增益系统信号与增益的同步关系， 其特征在于，所述测量工作模式下，在自动增益环节的信号输入端增加恒定输入信号，及在增益调整输入端增加一增益信号，采集自动增益系统信号与增益后，通过相位差测量以获得自动增益系统信号与增益的同步关系。
10.如权利要求9所述的自动增益系统信号与增益同步采集的方法，其特征在于，所述正常工作模式包括步骤一、设置自动增益系统正常工作模式，即根据信号输出的有效值， 采用闭环反馈控制以调整增益；步骤二、自动增益调整；步骤三、增益锁定；步骤四、信号采集与增益采集；步骤五、信号存储与增益存储。
11.如权利要求10所述的自动增益系统信号与增益同步采集的方法，其特征在于，所述测量工作模式具体包括步骤六、设置自动增益环节为测量工作模式，测量工作模式为增益开环控制；步骤七、在自动增益环节输入端加入恒值输入，消除输入信号对于同步关系测量的影响；步骤八、对步骤五中存储的增益进行特征识别；步骤九、在增益调整输入端加入增益信号，该增益信号与存储的增益特征一致；步骤十、信号采集与增益采集；步骤十一、 测量模式下信号采集与增益采集的时间相位；步骤十二、根据用步骤十一测量出的时间相位差对正常工作模式下的信号与增益数据同步校准；步骤十三、获取信号与增益同步数据， 实现信号与增益的同步。
12.如权利要求11所述的自动增益系统信号与增益同步采集的方法，其特征在于，所述测量工作模式中还包括增加一增益特征与时间相位差特征存储专家库，用于存储记忆在测量工作模式下测过的增益特征和时间相位差。
全文摘要
本发明公开一种自动增益系统信号与增益同步采集装置及方法，该装置中包括自动增益系统信号采集模块、增益同步采集模块和信号增益采集控制器，自动增益环节输入信号进入所述自动增益系统信号采集模块后分为两路，一路进入所述信号增益采集控制器，另一路进入所述增益同步采集模块；增益设定环节输入信号进入所述增益同步采集模块后分为两路，一路进入所述信号增益采集控制器，另一路进入所述自动增益系统信号采集模块；所述自动增益环节输入信号包括正常工作模式信号和测量工作模式信号，所述增益设定环节输入信号包括正常工作模式的增益设定输入信号和测量工作模式的增益设定输入信号。
文档编号H03G3/20GK102545811SQ201010621219
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者唐文力, 宋海军, 曹佩, 李运锋, 王海江, 程鹏 申请人:上海微电子装备有限公司, 上海微高精密机械工程有限公司