半导体设备数据控制系统的设计及实现

摘要

本文在研究半导体设备数据控制系统整体功能的基础上,制定了系统采用的硬件电路设计、软件设计及可靠性设计方案,设计了控制系统原理图和PCB电路版图,完成了硬件电路制作和系统软件编写,进行了软硬件联调和系统整体运行测试,达到了系统各项功能需求和数据精度要求,实现了半导体封装设备过程控制的目标。
　　 系统按五个功能模块进行电路设计,具体分为控制器模块、电源及基准电压模块、温度信号调理模块、A／D转换模块、D／A转换及压力控制模块,并对各个模块的主要器件进行了分析和选择。通过对系统软件功能的研究,设计了模拟输入通道处理、串口中断处理和定时器中断处理软件三大模块。在软硬件设计过程中,采取了滤波技术、数模分割、光电隔离等措施来提高系统可靠性和抗干扰能力。探讨了微控制芯片XC167CI的体系结构、系统管理及SPI总线通信,并对PCB布局、布线、PCB阻抗及信号完整性进行了详细的阐述。在设计实现的半导体设备数据控制系统电路板上,完成了电源及基准电压模块、微控制器及JTAG接口、串口通信、A／D转换及模拟输入通道模块、D／A转换及压力控制模块的调试,最后进行了软件调试、系统联调和可靠性的测试。
　　 通过各项调试测试证明,该系统是稳定可靠的。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题研究的来源及目标要求

1.2 研究的主要内容及章节安排

第二章 半导体设备数据控制系统

2.1 系统整体功能

2.2 控制器模块

2.3 电源及基准电压模块

2.4 温度信号调理模块

2.5 A/D转换模块

2.6 D/A转换及压力控制模块

2.7 系统可靠性分析

第三章 Infineon-XC167CI单片机

3.1 XC167CI单片机

3.2 体系结构

3.2.1 存储器组织

3.2.2 中央处理器

3.2.3 系统中断

3.2.4 并行I/O口

3.3 系统管理

3.3.1 系统控制单元

3.3.2 外部启动模式下的硬件配置

3.3.3 调试系统

3.4 SPI总线通信

第四章 系统硬件方案设计

4.1 微控制器及相应电路

4.1.1 微控制器XC167CI

4.1.2 微控制器电路

4.2 电源及基准电压模块电路设计

4.2.1 电源模块电路设计

4.2.2 基准电压模块电路设计

4.3 温度信号调理模块电路设计

4.3.1 热电偶测温原理

4.3.2 多路模拟开关

4.3.3 热电偶放大器

4.3.4 电压跟随器

4.4 A/D转换模块电路设计

4.5 D/A转换及压力控制模块设计

4.6 系统硬件可靠性设计

第五章 系统印刷电路板设计

5.1 印刷电路板设计

5.1.1 PCB布局

5.1.2 电源和地线的选择

5.1.3 PCB布线

5.1.4 PCB检查

5.2 PCB阻抗

5.2.1 阻抗控制

5.2.2 阻抗匹配

5.2.3 共模特性阻抗和差模特性阻抗

5.3 信号完整性分析

5.3.1 布线前SI分析

5.3.2 布线后SI分析

第六章 系统硬件调试方案设计

6.1 电路板检查及确定调试方案

6.1.1 电路板检查

6.1.2 确定测试调试方案

6.2 电源及基准电压模块测试

6.3 微控制器及JTAG接口测试

6.4 串口通信测试

6.5 A/D转换及模拟输入通道模块测试

6.6 D/A转换及压力控制模块测试

6.7 本章小结

第七章 系统软件设计及软硬件联调

7.1 系统软件的整体功能

7.2 模拟输入通道处理

7.3 串口中断处理

7.4 定时器中断处理

7.5 系统软件可靠性设计

7.5.1 提高软件设计的正确性

7.5.2 采用数字滤波技术

7.5.3 软硬件相结合的系统检测方案

7.6 系统软硬件联调

第八章 结束语

致谢

参考文献

研究成果

附录 A 系统板布局布线图

附录 B 系统板实物图