一种高速增益自动可调的双频激光干涉信号接收器制造技术

本实用新型专利技术提供的一种高速增益自动可调的双频激光干涉信号接收器，产生三个增益调整控制信号驱动模拟开关，通过模拟开关的闭合与开启，改变信号放大电路的闭环增益，使得电压信号的幅值稳定在＋５Ｖ～＋１０Ｖ的范围内；弱信号抑制控制电路，控制正弦－方波转换电路的输出波形；采用高速光电二极管，对干涉信号的响应频率可达１ＧＨｚ；采用高速高带宽的运算放大器，因此整个电路具有较高的响应速度和带宽；增益自动调节放大电路，确保信号在处理过程中不会因饱和产生失真；弱信号抑制电路在入射光强度低于一定幅度时关断信号输出，避免出现误差过大的输出信号。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及高测速双频激光干涉仪测量系统中的 一种双频激光干涉信 号接收器，涉及双频激光干涉信号的光电转换、信号调理、波形变换等过程。
技术介绍
双频激光干涉仪具有大测量范围、高分辨率、高测量精度和高速度等优点， 是高精度步进扫描投影光刻机工件台定位不可缺少的测量工具。双频激光干涉 仪主要用于精密工件台的位置测量系统上，特别是用在步进扫描投影光刻机的 工件台的精密定位系统。双频激光干涉仪测量系统的结构如图1所示，激光头2'发出两列具有不同 频率(&垂直于纸面；f2平行于纸面)的线偏振光。经过分光镜3，，将光分成强 度分别33%和66%两束。强度为33%的光束经过干涉镜4，将光束按照偏振方向将&分离。设两 束光的波动方程为A = & cos 2;r/jf 五2 =五W2 cos 2"平行于纸面的偏振光f2透过干涉镜4'后，被工作台上的测量反射镜5'反射 回干涉镜4，，通过镜头6'接收后进入接收器1，。当测量反射镜5，移动时，产生 多普勒效应，返回光束频率变为f2±Af。 Af为多普勒偏移量。它包含测量工作 台的位移信息。&经过干涉镜4，后，最终与光束f2±Af汇合。汇合后光束的光 强函数为& = * (g + ￡22) + cos 2;r(/2 — /j ifl /)/接收器l，将频率为士Af的光信号，转换为电信号，电信号也包括一 个直流量和一个交流量。信号调理后，去除直流量，将交流量转换为一组频率为f广f2士Af的脉沖信号。从激光头中输出频率为的脉冲信号，为后续电路处理的基准信号。 测试板卡采用减法器通过对两列信号的相减，得到由于工件台的位移引起的变化频率Af 。工作台的位移L与Af的关系可表示为丄=|〖口/& 义为激光的波长。从以上的分析可以看出只要测得脉冲信号的频率变化Af，就可以计算出 工件台的位移。脉沖信号是后续测量板卡的输入信号，这就需要将携带位移信 息的光交流信号，准确转换成相同频率的电压脉冲信号。目前商品化的激光干涉仪接收器的原理如图2所示。该接收器主要由光电 探测器与一级放大电路l、手动衰减调节电路2、 二叙j故大4、信号强度^r测电 路6、波形转换电路7、信号驱动电路组成。光电探测器和一级放大电路1将双频激光信号转换为电压信号并放大，衰 减调节电路2控制一级放大电路1的放大倍数。二级放大电路4将电压信号进 一步放大。波形转换电路7将正弦电压信号转换为方波信号。信号强度^r测电 路6检测电压信号的强度并输出。当信号强度比较弱时强度检测电路6控制开 关使输出高电平，方波信号经过驱动电路IO转换为差分信号。不仅自由空间的光可能会对光电探测电路造成干扰，电路本身也会产生一 定的噪声。虽然这些干扰强度很弱，但是探测器感受到的测试信号强度也不高。 经过放大后，这些噪声会影响测试的精度。商品化的接收器，虽然可以手动调 节第一级放大电路的增益。但实际测试过程中，手动调节并不方便，甚至可能 导致放大电路的输出饱和。
技术实现思路
本技术的目的就是解决以上问题，设计增益自动可调的接收器，将微 弱的光信号转换为幅值可控的差分电压信号，保证测量系统测试精度。为了达到上述目的，本技术提供一种高速增益自动可调的双频激光干 涉信号接收器，包含；光电信号转换电路；该光电信号转换电路包含电路连接的光电二极管和电 流/电压转换模块；放大滤波电路，该;故大滤波电路的输入端电路连接所述光电信号转化电路 的丰餘出端；增益自动调节》文大电^各，该增益自动》文大电^各的输入端电^各连^妄所述》文大 滤波电路的输出端；波形转换电路，该波形转换电路的输入端电路连接所述增益自动调节放大 电路的输出端；差分驱动器，该差分驱动器的输入端电路连接所述波形转换电路的输出端； 本技术所述的接收器还包含控制信号产生电路，该控制信号产生电路的输入端电路连接所述放大滤波 电路的输出端，输出端分别电路连接所述增益自动调节放大电路的输入端和所 述波形转换电路的输入端；所述的增益控制信号产生电路包含全波整流放大电路；参考电压产生电路；增益控制信号产生电路，该增益控制信号产生电路的输入端电路连接所述 全波整流放大电路和参考电压产生电路的输出端，输出端电路连接所述增益自 动调节放大电路的输入端；弱信号抑制电路，该弱信号抑制电路的输入端电路连接所述全波整流放大电路和参考电压产生电路的输出端，输出端电路连接所述波形转换电路的输入二山，柳；本技术的工作原理如下接收器检测到光信号，经过光电转换电路中的光电二极管转换为电流信号, 然后经过电流/电压转换模块，得到正弦电压信号；放大滤波电路对光电转换电路输出的正弦电压信号进行放大滤波，得到滤 波后的信号；根据滤波后的信号的强度，控制信号产生电路产生控制信号:全波整流放 大电路首先对放大滤波电路输出的滤波后信号进行全波整流，将正弦信号转变 为直流电压信号，再将信号进行放大；参考电压产生电路通过电阻分压产生参 考电压REF1、 REF2、 REF3;增益控制信号产生电路将参考电压REF1、 REF2、REF3与直流电压信号进行滞回比较，当强度信号大于某一参考电压，则相应的 控制信号为高电平，否则控制信号为低电平，产生的增益控制信号CONl、CON2、 CON3控制模拟开关，从而改变增益自动调节放大电路的闭环增益；弱信号抑制 电路根据直流电压信号的强弱，控制波形转换电路的信号输出，若直流电压信 号幅值太小，也即整流后的直流电压信号接近参考电压，弱信号抑制控制信号 为高电平，则波形转换电路输出恒定的高电平，否则为低电平；增益调整后的正弦波，经过波形转换电路的比较器进行波形转换，当弱信 号抑制控制信号为高电平时，三极管开启，使得增益调整后的正弦波的比较电 压降低，由于增益调整后的正弦波信号的偏置电压大于比较电压，因此波形转 换电路比较器输出高电平，否则增益调整后的正弦波信号的比较电压等于偏置 电压，从而波形转换电路比较器将正弦信号转换为方波信号；方波信号经过差分驱动器，转换为差分数字信号。本技术提供的一种高速增益自动可调的双频激光干涉信号接收器，产 生三个增益调整控制信号驱动模拟开关，通过模拟开关的闭合与开启，改变信 号放大电路的闭环增益，使得电压信号的幅值稳定在+5V +10V的范围内；弱信 号抑制控制电路，控制正弦-方波转换电路的输出波形；采用高速光电二极管， 对干涉信号的响应频率可达lGHz;采用高速高带宽的运算放大器，因此整个电 路具有较高的响应速度和带宽；增益自动调节放大电路，确保信号在处理过程 中不会因饱和产生失真；弱信号抑制电路在入射光强度低于一定幅度时关断信 号输出，避免出现误差过大的输出信号。附图说明图l是
技术介绍
中的激光干涉仪工作原理图2是
技术介绍
中一商品化接收器的原理框图3是本技术的原理框图4是本技术的电路图5是本技术中控制信号产生电路的电路图6是本技术中参考电压产生电路的电路图7是光电转换电路输出的正弦电压信号VI的波形图；图8是放大滤波电路输出的信号V3的波形图9是增益自动调节放大电路输出的增益调整后的正弦波信号V4波形图； 图IO是接收器输出信号波形图。具体实施方式以下根据图3~图10具体说明本技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速增益自动可调的双频激光干涉信号接收器，其特征在于，包含：　　　　光电信号转换电路（１０１）；　　　　放大滤波电路（１０２），该放大滤波电路（１０２）的输入端电路连接所述光电信号转化电路（１０１）的输出端；　　　　增益自动调节放大电路（１０３），该增益自动放大电路（１０３）的输入端电路连接所述放大滤波电路（１０２）的输出端；　　　　波形转换电路（１０４），该波形转换电路（１０４）的输入端电路连接所述增益自动调节放大电路（１０３）的输出端；　　　　差分驱动器（１０５），该差分驱动器（１０５）的输入端电路连接所述波形转换电路（１０４）的输出端；　　　　还包含：　　　　控制信号产生电路，该控制信号产生电路的输入端电路连接所述放大滤波电路（１０２）的输出端，输出端分别电路连接所述增益自动调节放大电路（１０３）的输入端和所述波形转换电路（１０４）的输入端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高为宫，池峰，陈勇辉，吴仁玉，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]