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基于DSP的离焦信号同步采集与处理技术研究

作　者: 王延超
导　师: 谭久彬
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 激光直写 离焦检测 同步采集 聚焦误差信号
分类号: TH741
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


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。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-15
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  8
  1.2 离焦误差检测技术发展现状及分析  8-12
    1.2.1 临界角法  9
    1.2.2 傅科刀口法  9-10
    1.2.3 针孔调焦法  10-11
    1.2.4 像散法  11-12
    1.2.5 各种离焦检测方法的比较  12
  1.3 多路同步数据采集技术发展现状  12-13
  1.4 课题的主要研究内容  13-15
第2章 离焦检测原理与采集系统总体设计  15-26
  2.1 引言  15
  2.2 激光直写机离焦检测原理及设计  15-16
  2.3 离焦检测光路设计与仿真  16-20
    2.3.1 聚焦物镜焦距对系统测量的影响  17
    2.3.2 柱面镜焦距对系统测量的影响  17-18
    2.3.3 物镜与柱面镜之间距离变化的影响  18-19
    2.3.4 柱面镜与探测器之间距离变化的影响  19
    2.3.5 光学系统参数选择  19-20
  2.4 离焦检测光电转换电路设计  20-22
  2.5 同步数据采集处理模块设计  22-24
    2.5.1 同步采集的必要性分析  22-23
    2.5.2 硬件系统的设计思想  23-24
    2.5.3 多通道数据采集系统硬件结构  24
  2.6 本章小结  24-26
第3章 数据采集系统硬件设计  26-39
  3.1 引言  26
  3.2 DSP系统设计  26-32
    3.2.1 DSP电路构成  26-28
    3.2.2 复位和时钟电路  28-29
    3.2.3 JTAG接口  29
    3.2.4 扩展程序存储器  29-30
    3.2.5 电平转换电路  30-31
    3.2.6 信号调理电路  31-32
    3.2.7 二阶有源滤波电路  32
  3.3 CPLD硬件电路设计  32-33
  3.4 AD转换电路  33-34
  3.5 数模转换电路设计  34-35
  3.6 SCI接口电路  35-36
  3.7 硬件抗干扰处理  36-37
    3.7.1 电源处理  36
    3.7.2 接地处理  36
    3.7.3 布线处理  36-37
  3.8 系统的可靠性设计  37-38
  3.9 本章小结  38-39
第4章 DSP数据采集系统软件设计  39-52
  4.1 引言  39
  4.2 DSP软件设计  39-42
    4.2.1 DSP软件实现的功能  39
    4.2.2 DSP软件的初始化设置  39-40
    4.2.3 数据采集的实现过程  40-41
    4.2.4 数据处理任务及实现  41
    4.2.5 数据传输串口通信的实现  41-42
  4.3 CPLD程序设计  42-44
    4.3.1 CPLD主要完成的任务  42
    4.3.2 CPLD控制逻辑  42-44
  4.4 数字滤波器软件设计  44-50
    4.4.1 常用的数字滤波算法比较  45-47
    4.4.2 IIR低通滤波器设计实现  47-50
  4.5 软件的可靠性设计  50-51
  4.6 本章小结  51-52
第5章 实验及误差分析  52-58
  5.1 引言  52
  5.2 离焦检测系统灵敏度标定实验  52-54
  5.3 离焦检测系统特性实验  54-57
    5.3.1 线性度实验  54-55
    5.3.2 同步采集与非同步采集系统稳定性对比实验  55-57
    5.3.3 重复性实验  57
  5.4 本章小结  57-58
结论  58-59
参考文献  59-63
致谢  63

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 光学仪器 > 光学计量仪器
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