高精度多通道温度测量技术研究

摘要

高精度温度控制在集成电路设备、精细化工、生物医药、精密光学、精密仪器测量等领域有着广泛的应用，温度控制的性能直接影响设备的性能、测量的结果、生物化学反应的效果，而温度控制的基础是温度测量，由于需要对控制对象的温度场进行监测和控制，多点温度测量成为必需，因此，研究高精度多通道温度测量技术具有很好的应用前景。
　　 本文的研究主要面向集成电路关键设备—高分辨率投影光刻机，以解决高精度多点温度、湿度、压力、流量等测量的技术问题，并通过VME总线反馈给主控制系统测量结果。正是上述特殊的需求，通常数据采集系统主要采用PCI总线或其他通讯方式，单个测量板能对流体参数的几个测量点进行测量，但需要多个这样的测量板才能满足设备对流体参数十个以上测量点同时测量的需求，无法满足设备控制结构和尺寸空间限制的要求。本文通过对高精度恒流源影响因素的仿真与实验分析，建立了电路标准电阻值受温度波动与输出电流波动之间的关系，采用单运算放大器电路实现了高精度恒流源，降低了恒流源性能对标准电阻的要求，能在较大范围的温度条件下满足测量性能的要求。研究了影响测量精度的因素，如调理电路、通道切换电路等由于存在泄漏电压和非线性温漂带来的系统误差。本文采用FPGA控制总线通讯、ADC转换、通道选择的硬件设计方案，控制结构简洁，成本低、可靠性好。
　　 所研制的16通道VME总线温度测量板卡与超级测温仪1590的实验对比分析表明，测量精度达到0.003%，已经成功应用到国家重大专项100nm分辨率投影光刻机中，能分别对光刻机内部空气温度、湿度、压力和流量的16测量点进行数据采集，运行稳定可靠。