CAN總線在半導體設備中的應用及抗干擾優(yōu)化設計

劉玉倩，張立軍，高榮榮

(中國電子科技集團公司第四十五研究所，北京101601)

CAN總線在半導體設備中的應用及抗干擾優(yōu)化設計

劉玉倩，張立軍，高榮榮

(中國電子科技集團公司第四十五研究所，北京101601)

針對半導體設備控制系統(tǒng)的實時性、模塊化、可靠性的需求，將CAN總線應用于半導體設備控制系統(tǒng)中，達到提高系統(tǒng)實時響應能力、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時控制的串行通信網(wǎng)絡。本文描述了CAN總線技術在全自動硅片清洗設備上的應用。硅片在進入每道工藝之前表面必須是潔凈的，需經(jīng)過重復多次清洗步驟，去除硅片表面的顆粒、有機物、金屬及自然氧化層等類型的沾污。目前，濕法化學清洗技術是半導體工藝的主要清洗技術，單片腐蝕清洗是濕法清洗設備的一種。

1 設備整體結構

該設備主要由3個清洗腔、自動傳輸機械手、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、機械手、安全檢測模塊、DI水及氮氣在線加熱系統(tǒng)、電機控制器、傳感器等經(jīng)CAN卡組成局域網(wǎng)，如圖2所示。

圖1 全自動單片清洗機結構圖

圖2 CAN總線控制框圖

3 抗干擾設計

隨著全自動單片清洗設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雜，在現(xiàn)代化的凈化廠房中，設備也越來越多，其電磁環(huán)境變得愈發(fā)惡劣，CAN總線正常通信也會受到電磁干擾影響。

3.1 電磁干擾的過程

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

圖3 系統(tǒng)電磁干擾三要素

圖4 雙絞線截面結構圖

3.2 硬件抗干擾設計

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。其結構如圖4所示。雙絞線因其本身絞扭結構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

在全自動單片清洗設備中，有線傳導干擾源為大功率主軸伺服電機及驅(qū)動器，敏感設備為擺臂步進小功率驅(qū)動板。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及驅(qū)動器對擺臂步進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)化設計

3.2.3 終端匹配電阻

按照ISO11898規(guī)范，為了增強CAN-bus通訊的可靠性，CAN-bus總線網(wǎng)絡的兩個端點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，則總線上的兩個端點也應配上120 Ω終端電阻。全自動單片清洗設備總共有4個CAN總線回路，每個回路的兩端各接入一個電阻，共接入8個120 Ω終端電阻來保證通信的正常。圖6為擺臂步進電機驅(qū)動卡的CAN總線連接拓撲圖。

圖6 CAN總線連接拓撲圖

3.3 軟件抗干擾設計

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

3.3.1 復位節(jié)點

當CAN總線設備遇到異常時，如從站斷線后重聯(lián)，主控會發(fā)出復位節(jié)點，從站設備恢復到出廠值。處理程序例程如下：

3.3.2 EMCY

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

3.3.3 心跳，節(jié)點保護

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

4 結束語

全自動單片清洗設備，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，提高了設備的穩(wěn)定性和可靠性，得到用戶的一致認可，這些抗干擾措施同樣也可以應用到其它半導體設備的研發(fā)過程中。

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

[2] 王彥堂，李貽斌，宋銳.基于ARM Linux平臺的CAN設備驅(qū)動程序涉及與實現(xiàn)[J].計算機工程與應用，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，從事半導體設備研發(fā)工作。