劉玉倩，張立軍，高榮榮

(中國電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所，北京101601)

CAN總線在半導(dǎo)體設(shè)備中的應(yīng)用及抗干擾優(yōu)化設(shè)計(jì)

劉玉倩，張立軍，高榮榮

(中國電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所，北京101601)

針對半導(dǎo)體設(shè)備控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、模塊化、可靠性的需求，將CAN總線應(yīng)用于半導(dǎo)體設(shè)備控制系統(tǒng)中，達(dá)到提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)響應(yīng)能力、抗干擾、可靠性等目的。

CAN總線；控制系統(tǒng)；抗干擾

CAN[Control Area NetWork]是控制器局域網(wǎng)的簡稱，是一種有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。本文描述了CAN總線技術(shù)在全自動(dòng)硅片清洗設(shè)備上的應(yīng)用。硅片在進(jìn)入每道工藝之前表面必須是潔凈的，需經(jīng)過重復(fù)多次清洗步驟，去除硅片表面的顆粒、有機(jī)物、金屬及自然氧化層等類型的沾污。目前，濕法化學(xué)清洗技術(shù)是半導(dǎo)體工藝的主要清洗技術(shù)，單片腐蝕清洗是濕法清洗設(shè)備的一種。

1 設(shè)備整體結(jié)構(gòu)

該設(shè)備主要由3個(gè)清洗腔、自動(dòng)傳輸機(jī)械手、上下料臺及晶圓定中系統(tǒng)組成。如圖1所示。

2 電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)主要由PC機(jī)、機(jī)械手、安全檢測模塊、DI水及氮?dú)庠诰€加熱系統(tǒng)、電機(jī)控制器、傳感器等經(jīng)CAN卡組成局域網(wǎng)，如圖2所示。

圖1 全自動(dòng)單片清洗機(jī)結(jié)構(gòu)圖

圖2 CAN總線控制框圖

3 抗干擾設(shè)計(jì)

隨著全自動(dòng)單片清洗設(shè)備的工藝性能要求越來越高，其所配備的電氣控制系統(tǒng)和軟件邏輯控制也越來越復(fù)雜，在現(xiàn)代化的凈化廠房中，設(shè)備也越來越多，其電磁環(huán)境變得愈發(fā)惡劣，CAN總線正常通信也會(huì)受到電磁干擾影響。

3.1 電磁干擾的過程

在研究設(shè)備或系統(tǒng)的抗干擾性能，還得從設(shè)備或系統(tǒng)受電磁干擾的過程開始研究，一般分為3個(gè)部分，即干擾源，耦合路徑和敏感設(shè)備，這3個(gè)部分被稱為電磁干擾三要素。針對全自動(dòng)單片清洗設(shè)備電磁干擾如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)電磁干擾三要素

圖4 雙絞線截面結(jié)構(gòu)圖

3.2 硬件抗干擾設(shè)計(jì)

3.2.1 屏蔽雙絞線抑制電磁干擾

影響CAN總線抗干擾特性的因素有很多，其中Can總線的傳輸介質(zhì)是非常重要的一個(gè)因素，最為常用的是雙絞線介質(zhì)，它包括非屏蔽雙絞線和屏蔽雙絞線。其結(jié)構(gòu)如圖4所示。雙絞線因其本身絞扭結(jié)構(gòu)而具有抑制磁場干擾的作用，而屏蔽雙絞線比非屏蔽雙絞線又多了一層屏蔽層，通過將屏蔽層接地，使屏蔽雙絞線具有抑制電場和電磁場干擾的性能。

3.2.2 電氣控制系統(tǒng)優(yōu)化

在全自動(dòng)單片清洗設(shè)備中，有線傳導(dǎo)干擾源為大功率主軸伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器，敏感設(shè)備為擺臂步進(jìn)小功率驅(qū)動(dòng)板。將兩者的傳輸線路斷開，分別接到兩塊CAN卡COM口，有效地減少了主軸伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器對擺臂步進(jìn)小功率控制板的電磁干擾。如圖5所示。

圖5 控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.2.3 終端匹配電阻

按照ISO11898規(guī)范，為了增強(qiáng)CAN-bus通訊的可靠性，CAN-bus總線網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)端點(diǎn)通常要加入終端匹配電阻(120 Ω)。終端匹配電阻的大小由傳輸電纜的特性阻抗所決定，例如，雙絞線的特性阻抗為120 Ω，則總線上的兩個(gè)端點(diǎn)也應(yīng)配上120 Ω終端電阻。全自動(dòng)單片清洗設(shè)備總共有4個(gè)CAN總線回路，每個(gè)回路的兩端各接入一個(gè)電阻，共接入8個(gè)120 Ω終端電阻來保證通信的正常。圖6為擺臂步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)卡的CAN總線連接拓?fù)鋱D。

圖6 CAN總線連接拓?fù)鋱D

3.3 軟件抗干擾設(shè)計(jì)

CANopen協(xié)議是CAN總線的應(yīng)用層協(xié)議，采用了面向?qū)ο蟮囊恍┰O(shè)計(jì)思路，比如對象字典，過程數(shù)據(jù)對象 (PDO)，服務(wù)數(shù)據(jù)對象 (SDO)等。在CANopen協(xié)議中提出了3個(gè)概念用于軟件抗干擾。

3.3.1 復(fù)位節(jié)點(diǎn)

當(dāng)CAN總線設(shè)備遇到異常時(shí)，如從站斷線后重聯(lián)，主控會(huì)發(fā)出復(fù)位節(jié)點(diǎn)，從站設(shè)備恢復(fù)到出廠值。處理程序例程如下：

3.3.2 EMCY

緊急報(bào)文，從站如IO卡，在斷電后會(huì)發(fā)送一條緊急報(bào)文，告訴主控其狀態(tài)，一般斷電后，其電容電量能保證其發(fā)送該條報(bào)文。軟件程序例程處理如下：

3.3.3 心跳，節(jié)點(diǎn)保護(hù)

CAN總線上的節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)支持心跳和節(jié)點(diǎn)保護(hù)，心跳是優(yōu)先的。如果從站為電磁干擾從站設(shè)備，可將節(jié)點(diǎn)保護(hù)功能禁用，則主站在向從站發(fā)送指令時(shí)不再報(bào)出NodeGuard Error。軟件處理例程如下：

4 結(jié)束語

全自動(dòng)單片清洗設(shè)備，在采用本文所研究討論的CAN總線抗干擾措施以后，使干擾降到最低，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，得到用戶的一致認(rèn)可，這些抗干擾措施同樣也可以應(yīng)用到其它半導(dǎo)體設(shè)備的研發(fā)過程中。

[1] 劉松，王渝.基于CAN總線的數(shù)字式直流電機(jī)控制系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2003，19(4)：7-9.

[2] 王彥堂，李貽斌，宋銳.基于ARM Linux平臺的CAN設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序涉及與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2007，43(15)：79-82.

Application of CAN Bus in Semiconductor Equipment and Anti Interference Optimization Design

LIU Yuqian，ZHANG Lijun，GAO Rongrong
(The 45thResearch Institute of CETC，Beijing 101601，China)

In view of real-time，modularization and reliability of the semiconductor equipment control system，the CAN bus is applied in the control system of semiconductor equipment，achieve the goal of the improving the real-time response capability，anti-interference and reliability of the system.

CAN bus；Control system；Anti-interference

TP393.1

B

1004-4507(2017)05-0052-04

2017-07-30

劉玉倩(1984-)，女，山東陽谷人，高級工程師，從事半導(dǎo)體設(shè)備研發(fā)工作。