基于DSP的离焦信号同步采集与处理技术研究

论文摘要

激光直写机是制作衍射光学元件的关键设备,离焦检测技术是其中的重要单元技术之一。离焦检测系统为聚焦伺服系统提供聚焦误差信号,使写入光斑经过伺服控制后能够精确聚焦于光刻胶表面,从而保证刻蚀质量。本文基于差动像散法对激光直写系统中的离焦信号进行检测,针对原有采集系统存在的信号采集同步性差、实时性低的问题,提出了基于DSP的同步信号采集技术,由DSP控制CPLD同时触发四路AD采集信号,得到聚焦误差信号与离焦量的对应关系,实现离焦误差信号的多路同步、实时、高精度采集。本文基于TMS320LF2407A芯片实现了采集电路的软硬件设计。采集电路系统由DSP、CPLD、光电信号转换和放大、AD转换器、存储器和DA转换器等部分组成。重点介绍了采集电路的硬件设计和软件的实现,给出了相应的硬件原理图和软件流程图。在以上研究工作的基础上,搭建了光学实验平台并进行了实验测试,测试结果表明,该采集系统消除了激光光强不稳定等因素对聚焦误差信号的影响,提高了系统检测精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 离焦误差检测技术发展现状及分析
• 1.2.1 临界角法
• 1.2.2 傅科刀口法
• 1.2.3 针孔调焦法
• 1.2.4 像散法
• 1.2.5 各种离焦检测方法的比较
• 1.3 多路同步数据采集技术发展现状
• 1.4 课题的主要研究内容
• 第2章 离焦检测原理与采集系统总体设计
• 2.1 引言
• 2.2 激光直写机离焦检测原理及设计
• 2.3 离焦检测光路设计与仿真
• 2.3.1 聚焦物镜焦距对系统测量的影响
• 2.3.2 柱面镜焦距对系统测量的影响
• 2.3.3 物镜与柱面镜之间距离变化的影响
• 2.3.4 柱面镜与探测器之间距离变化的影响
• 2.3.5 光学系统参数选择
• 2.4 离焦检测光电转换电路设计
• 2.5 同步数据采集处理模块设计
• 2.5.1 同步采集的必要性分析
• 2.5.2 硬件系统的设计思想
• 2.5.3 多通道数据采集系统硬件结构
• 2.6 本章小结
• 第3章 数据采集系统硬件设计
• 3.1 引言
• 3.2 DSP系统设计
• 3.2.1 DSP电路构成
• 3.2.2 复位和时钟电路
• 3.2.3 JTAG接口
• 3.2.4 扩展程序存储器
• 3.2.5 电平转换电路
• 3.2.6 信号调理电路
• 3.2.7 二阶有源滤波电路
• 3.3 CPLD硬件电路设计
• 3.4 AD转换电路
• 3.5 数模转换电路设计
• 3.6 SCI接口电路
• 3.7 硬件抗干扰处理
• 3.7.1 电源处理
• 3.7.2 接地处理
• 3.7.3 布线处理
• 3.8 系统的可靠性设计
• 3.9 本章小结
• 第4章 DSP数据采集系统软件设计
• 4.1 引言
• 4.2 DSP软件设计
• 4.2.1 DSP软件实现的功能
• 4.2.2 DSP软件的初始化设置
• 4.2.3 数据采集的实现过程
• 4.2.4 数据处理任务及实现
• 4.2.5 数据传输串口通信的实现
• 4.3 CPLD程序设计
• 4.3.1 CPLD主要完成的任务
• 4.3.2 CPLD控制逻辑
• 4.4 数字滤波器软件设计
• 4.4.1 常用的数字滤波算法比较
• 4.4.2 IIR低通滤波器设计实现
• 4.5 软件的可靠性设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 实验及误差分析
• 5.1 引言
• 5.2 离焦检测系统灵敏度标定实验
• 5.3 离焦检测系统特性实验
• 5.3.1 线性度实验
• 5.3.2 同步采集与非同步采集系统稳定性对比实验
• 5.3.3 重复性实验
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢