Pulse Pattern Controller

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1 PPC-1 and PPC-2 Ansteuerung von Hochstrom Puls-Generatoren programmierbares Pulsmuster schnelle Aufzeichnung von Pulsspannung und Pulsstrom Einbindung zusätzlicher Messsensoren flexibler Einsatz durch modulare Bauweise Integration von bis zu 2 CCD-Spektrometern (nur PPC2) für optische Emissionsspektroskopie

2 1 ÜBERSICHT HARDWAREKOMPONENTEN Der PPC-1 enthält in der maximalen Ausbaustufe folgende Hardwarekomponenten: RISC Prozessorkern 400MHz FPGA mit schneller Ankopplung an Prozessorbus 2x ADC 14bit 20MHz, Messdaten über FPGA in RAM Messdatenspeicher schneller RAM Messdatenspeicher digitaler frei programmierbarer Pulsgenerator (6 digitale Kanäle) 4 analoge Eingänge 0-10V 16 Bit, 100kHz 3 Signalumformer von 3.3V Logikpegel auf +/-5V an 50Ω zur Ansteuerung von Pulsgeneratoren 230V~ Netzteil 19 Einschubgehäuse 2 HE Schnittstellen LAN 100Base, RS232 bis 115kbaud, USB 2.0 für Implementierung einer virtuellen COM Schnittstelle bis 921.6kbaud Der RISC Prozessorkern verfügt neben einer soliden Ausstattung mit Programm- und Arbeitsspeicher über ein zu LINUX kompatibles Betriebssystem und unterstützt die Ausführung von Scripten und kompilierten Programmen. Die Wandlerergebnisse aller ADC Kanäle stehen innerhalb der FPGA sofort zur weiteren Verarbeitung bzw. weiteren Verwendung, z.b. zur Einflussnahme auf das Pulsmuster, zur Verfügung. Sie können darüber hinaus durch den Prozessor ausgelesen und an den übergeordneten Anlagen-Rechner übertragen werden. Seite 2 von 5

3 2 KOPPLUNG MIT DER PLASMAQUELLE Abb. 1: Einbindung des PPC in eine Anlage zur Pulsplasmaerzeugung Zur Kontrolle / Steuerung des Plasmapuls-Prozesses wird der Ausgang des Pulsgenerators (PPG pulse pattern generator) an den Steuereingang des Plasma Pulsers verbunden. Die elektrische Leistung für das Plasma wird durch ein DC Netzteil bereitgestellt. Das vom Pulsgenerator erzeugte Pulsmuster wird durch den Plasma Pulser auf die Plasmaquelle, z.b. auf eine Magnetronquelle, in der Prozesskammer durchgeschaltet. Die entsprechende Spannung und der Pulsstrom können mittels Strom/ bzw. Spannungswandler in entsprechende Messsignale gewandelt werden, die auf den Messeingang des PPC zurückgeführt werden können. Dort erfolgt bei Bedarf eine Aufnahme der Strom- und Spannungssignale und eine entsprechende Bewertung bzw. Übertragung an den Host-PC. Eine Prozessregelung kann erreicht werden, wenn der Anwender einen Prozess-Sensor, z.b. eine Sauerstoff-Partialdruck-Sonde, verwendet. Das analoge Messsignal dieses Prozess-Sensors kann auf einen der weiteren ADC Messeingänge des PPC geführt werden. Durch Setzen der Pulsparameter wird eine rasche Beeinflussung des Zustandes im Plasma bzw. eine Prozessregelung erreicht. Dabei kann die Regelung sowohl durch den übergeordneten Anlagen-Rechner als auch bei Vorgabe entsprechender Parameter durch den PPC selbst übernommen werden. Für die Regelung sind alle Pulslängen und alle Pausenlängen einzeln einstellbar. Der PPC ist aufgrund seiner Hardwareausstattung in der Lage, Pulsstrom und Pulsspannung während der Erfassung der Messdaten zu bewerten, sowie eine Einflussnahme auf das Pulsmuster innerhalb von <1µs zu bewirken. Seite 3 von 5

4 3 OPTISCHE PROZESSKONTROLLE (NUR PPC-2) Im PPC-2 kann mit Hilfe zweier integrierter CCD-Spektrometer eine optische Prozesskontrolle realisiert werden: Spektralbereich nm Pixelzahl 3648 Spektrale Auflösung 1.2nm Zeitauflösung 1ms... 1s Abb. 2: Software zur optischen Prozesscontroller (PPC-2) Seite 4 von 5

5 4 TECHNISCHE SPEZIFIKATION 4.1 Allgemeine Daten Stromversorgung V~, 50-60Hz, Leistungsbedarf 20W Betriebstemperatur C (Dauerbetrieb), C(Lagerung) Luftfeuchte max. 95% rel. Luftfeuchte, nicht kondensierend Schutzgrad IP 52 Abmessungen Breite 19, Tiefe 280mm, Höhe 2HE, Rack-Einschub 4.2 Pulsgenerator Steckverbinder Ausgangspegel Flankensteilheit Anzahl Pulse Frequenzstabilität Pulslänge Pulspause Periodendauer Anzahl Kanäle Synchronisation BNC Gehäusebuchse +/-5V an 50Ω ca. 60ns (von kleiner 1.25V auf größer 3.75V) je Periode 100ppm 1µs.. 10s in 0.1µs Schritten 1µs.. 10s in 0.1µs Schritten Summe aller Pulslängen und Pulspausen max. 6 (interne digitale Signale), max. 3 (externe +/-5V Signale) internes Synchronsignal zum Beginn der high-speed Datenaufzeichnung 4.3 ADC für Prozessgrößen: für Strom- & Spannungsüberwachung Steckverbinder BNC Gehäusebuchse BNC Gehäusebuchse Eingangspegel V an 10kΩ, Rauschpegel <0.5mV rms +/-1V an 50Ω, Rauschpegel <0.5mV rms Datentiefe 16 bit, 14 bit Wandlerfrequenz max. 100kHz 20 MHz Betriebsmodus kontinuierlich Burst, max 10ms Burstlänge - max. 10 ms 4.4 RISC Prozessorkern Taktfrequenz Bitbreite Arbeitsspeicher Programmspeicher Betriebssystem 396 MHz 32 bit 128 MByte DDR RAM 16 MByte EEPROM LINUX - kompatibel 4.5 Schnittstellen RS 232 USB 2.0 LAN Steckverbinder Sub-D 9 pol. USB B RJ45 8-pol. Datenrate kbaud USB 2.0 kompatibel, kbaud 100 MBaud Betriebssystem Win 2k, NT4.0, XP Treiber virtuelle COM Schnittstelle Protokoll TCP/IP, FTP Seite 5 von 5