石英晶片研磨監(jiān)控系統(tǒng)原理分析及實現(xiàn)

1、摘 要本文闡 述了基于 D S P晶片頻率測控系統(tǒng)的設計。 對系統(tǒng)硬件結構設計和應用軟件設計作了詳細的論述。在硬件結構設計上首次采用數(shù)字信號處理器芯片T M S 3 2 0 F 2 4 0 D S P 代替低速單片機為 核心構成測控系統(tǒng)， 應用P L L鎖相環(huán)路技術產生晶片驅動信號。 D S P芯片主要完成控制邏輯信號的產生、外部脈沖信號的 采集、 晶片諧振頻率的 計算等工作; P L L 鎖相環(huán)路是本系統(tǒng)的關鍵電路， 它產生 穩(wěn)定的

2、 連續(xù)的 頻率掃描 信號。 作為 設 計本系統(tǒng)的 基礎知識， 第二 章對D S P 芯片、 鎖相環(huán)路技術、 可編程邏輯器件 〔 P L D ) 作了比較詳細的介紹。 第三章著重闡 述硬件設計過程和設計原理， 給出了 部分電 路原理圖。 在應用軟件中， 本文運用 了 模 塊 了 七 程 序設 計 思 想， 第 四 章 對 軟 件 模 塊 劃 分 及 各 模 塊 的 功能 作了 分 析， 并對軟件的 抗干擾措施的設計給出 詳細描述。 第5

3、章對影響系統(tǒng)測控精度的多 種因素進行了 分析， 并給出了 測試結果。 最后， 結合當 前新技術的發(fā)展和為 適應現(xiàn)代化管理的要求，提出了基于 C A N現(xiàn)場總線建立通信以及采用全數(shù)字鎖相環(huán)( D P I L ) ( 4 1 ] 代 替 部 分 數(shù) 字 環(huán) 的 改 進 方 案 。本文提出一 種在線檢測石英壓電晶 片在研磨過程中 頻率變化的新方法， 以 便自 動控制晶 片研磨厚度。 晶 片在某一頻率電 壓驅動下發(fā)生諧振， 實時捕獲諧振信號，

4、 經過信號處理， 測出晶片頻率。當頻率達到給定值時，自 動停止研磨過程?；诖朔椒ㄔO計的晶片頻率自 動測控裝置， 其運行結果表明， 可獲得滿意的測控效果， 并可實現(xiàn)石英壓電晶體研磨過程自 動化。關鍵詞: 壓電晶體; 諧振;P L L 鎖相環(huán); D S P ; 可編程邏輯器件P L D中i i i 人學l y t } : 學位論文第1 章 緒論1 . 1研究背景及意義自2 0 世紀2 0 年代初石英晶體問 世以 來， 石英晶體在電 子領域

5、獲得了 廣泛的應用。 山于石英品體具有較高的品 質因數(shù)， 因而其頻率穩(wěn)定度極高， 被廣泛用做時間頻率基準和為時序邏輯電 路提供同 步脈沖， 如衛(wèi)星通訊、 廣播電視系統(tǒng)及全球導航定位系統(tǒng)等， 均需采用各類晶 體及其器件作為頻率標準控制信號源。 又如近代物理實驗、 精密時頻計量、 精密頻率合成器等電子儀器， 都有賴十高穩(wěn)定性品 體提供精確的頻標和時基。 隨著數(shù)字技術、 通訊技術及其它相關領域的技術的發(fā)展，對石英晶體的數(shù)量和質量提出了更高的要

6、求。我國 石英晶體生產行業(yè)近年來發(fā)展十分迅速， 相應地， 對晶體生產過程中的加工設 備和高精度測控設備的需求量也不斷增加。而國內品體測量技術嚴重滯后， 用于晶體生產過程中的 測控設備基本上依賴于進口， 這大大制約了國內晶體制造業(yè)的發(fā)展。 因此， 業(yè)內人士要求發(fā)展國內晶體測量技術、 研制國產測量儀器代替昂貴的進口設備的呼聲頗高。在石英晶 體生產過程中， 確保晶片頻率的 研磨精度同時又有較高的生產效率和產品合格率往往是很難達到的。 我國 傳

7、統(tǒng)研磨工藝中， 為了 檢測晶體頻率是否達到目 標值， 必須要多次停機， 在一盤晶片中 隨機取樣測其頻率看它是否達到給定值。 這種方法既影響了 生產效率又很難保證研磨精度， 其自 動化程度很低。目前國際石英晶片產品正在向小型化及表面貼裝化 ( S M D ) 發(fā)展， 尤其是片狀條形晶 片的生產， 如果還仍然采用傳統(tǒng)工藝， 要想實現(xiàn)規(guī)模生產獲得較高的經濟效益將是很難的。 因此， 在晶片制造行業(yè)中， 離線人工測頻法己 越來越不能滿足規(guī)?；a

8、的要求。目 前，國內 許多晶片制造廠家采用國外的 頻率監(jiān)控儀 ( A L C ) 對晶片頻率進行在線測控。據(jù)美、日、 韓等國外晶體行業(yè)及國內 使用了 該類儀器的廠家統(tǒng)計， A L C 可使生產效率和產品 合格率提高3 0 % 左右， 對于提高產品質量更是不言 而喻。 自 動頻率 監(jiān)控儀用 于控制壓電 材 料的 研磨與 拋光， 這一過 程是通過監(jiān) 視研磨過程中 壓電 材料的諧振頻率來實現(xiàn)的。 它可在線顯示晶體頻率及其整盤頻差。日 前， 生