專利名稱：圖形發(fā)生器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及到電子束、離子束等一切帶電粒子的曝光機的控制設備，具體來說，本實用新型屬于曝光機的圖形發(fā)生器的硬件，尤其是電子束曝光機所用的圖形發(fā)生器。
目前國內使用的圖形發(fā)生器一般采用中小規(guī)模集成電路，存在圖形運算速度慢，體積大，耗電大，效率低，工作極不穩(wěn)定，故障多，曝光圓環(huán)靠軟件彌補，加上采用模擬校正技術更加難以調整，校正精度差，干擾大，難于維護等缺點。
國外的曝光機用的圖形發(fā)生器大多采用大規(guī)模集成電路及數字校正技術，例如


圖1所示的美國專利5909658公開了一種圖形發(fā)生器，該設備采用70GB的SCSI磁盤陣列存放曝光圖形數據，用一個16GB的RAID接收和存放曝光圖形數據和臨時數據，一個IBM RS/6000系列微控制器負責將SCSI磁盤中的數據讀入RAID中；工作站負責將RAID中的數據讀入存儲器和FPGA單元中，由FPGA單元根據圖形參數完成圖形的處理工作。該設備存在以下不足首先控制器采用了傳統的小型計算機，數據存儲量有限，而且處理速度慢；采用了大容量的存儲設備，導致設備成本很高；該設備在接口方面非常復雜，涉及到SCSI接口、VSB接口和VME接口等接口方式；圖形處理主要通過FPGA單元實現，在處理速度和擴展性能方面存在缺陷；該專利中沒有說明如何實現曝光掃描和標記對準功能。
本實用新型不僅可以滿足目前以三角形，矩形和梯形為基本曝光單元圖形的曝光格式，而且增加了圓及圓環(huán)為基本曝光單元圖形，成功地解決了目前集成光柵器件加工在速度和精度上存在的諸多缺陷。
本實用新型如圖2所示由接口電路1、雙端口存儲電路2、數字信號處理電路3、數模轉換電路4、曝光/標記檢測控制電路5、標記檢測電路6、最終曝光數據寄存器單元7和束閘控制電路8構成。接口電路1分別與雙端口存儲電路2、曝光/標記檢測控制電路5連接，數字信號處理電路3分別與雙端口存儲電路2、曝光/標記檢測控制電路5、標記檢測電路6、最終曝光數據寄存器單元7和束閘控制電路8連接；最終曝光數據寄存器單元7連接數模轉換電路4。
如圖2所示所述的接口電路1由通用串行總線接口電路11、微控制器12和掛起/恢復電路13組成；其中，所述的通用串行總線接口電路12用于實現曝光機與上位機之間的通訊，接收曝光數據，所述的微控制器12用于控制通用串行總線接口芯片電路11和雙端口存儲器電路2之間的通訊，同時微控制器12還控制曝光/標記檢測控制電路5和標記檢測電路6。
如圖2所示所述的雙端口存儲器電路2由雙端口存儲器電路21和邏輯電路22組成；所述的雙端口存儲器電路21的數據/地址總線分別與微控制器12和數字信號微處理器31的數據/地址總線相接，用于實現接口電路1和數字信號處理電路3之間的數據通訊；所述的邏輯電路22分別接微控制器12和數字信號微處理器31，用于控制雙端口存儲器電路21的讀寫操作。
如圖2所示所述的數字信號處理電路3接雙端口存儲器電路2、曝光/標記檢測控制電路5、標記檢測電路6、最終曝光數據寄存器單元7和束閘控制電路8。數字信號處理電路3可采用下述設計方案。它包括數字信號微處理器31、最終曝光圖形格式轉換程序存儲器32、標記檢測程序存儲器33以及數據存儲器34。所述的數字信號微處理器31分別接最終曝光圖形格式轉換程序存儲器32、標記檢測程序存儲器33、數據存儲器34和雙端口存儲器電路2、曝光/標記檢測控制電路5、標記檢測電路6、最終曝光數據寄存器單元7和束閘控制電路8，用于將上位機發(fā)送的基本圖形數據格式經過運算，生成最終曝光圖形格式的數據，并將這些數據存放在最終曝光數據寄存器單元7中相應的存儲單元中，同時在進行標記檢測過程中用于記錄和處理檢測結果，并將這些結果通過接口電路1發(fā)送給上位機；最終曝光圖形數據轉換程序存儲器34用于存放將基本曝光圖形數據格式轉換為最終曝光圖形格式的程序；標記檢測程序存儲器33用于存放標記檢測程序。
如圖2所示所述的數模轉換電路4由光電隔離器41、X主場高精度16位數模轉換電路42、X子場高速高精度12位數模轉換電路43、Y主場高精度16位數模轉換電路44和Y子場高速高精度12位數模轉換電路45組成。X主場高精度數模轉換電路42用于接收由X主場寄存器電路35發(fā)送的數字量，將該數字量轉換為模擬量，并輸出給X方向的磁場線圈；X子場高速高精度數模轉換電路43用于接收由X子場寄存器電路36發(fā)送的數字量，將該數字量轉換為模擬量，并輸出給X方向的磁場線圈；Y主場高精度數模轉換電路44用于接收由Y主場寄存器電路37發(fā)送的數字量，將該數字量轉換為模擬量，并輸出給Y方向的磁場線圈；Y子場高速高精度數模轉換電路45用于接收由Y子場寄存器電路38發(fā)送的數字量，將該數字量轉換為模擬量，并輸出給Y方向的磁場線圈；如圖3所示所述的曝光/標記檢測控制電路5由復位計數器80、標記檢測程序加載計數器81和曝光程序加載計數器82組成。復位計數器80、標記檢測程序加載計數器81和曝光程序加載計數器82分別接微控制器12輸出信號51、52、53和數字信號微處理器31的輸入信號54、55、56，并且在數字信號微處理器31輸出頻率57下工作。
如圖2所示最終曝光數據寄存器單元7由X主場寄存器電路35、X子場寄存器電路36、Y主場寄存器電路37和Y子場寄存器電路38組成，用于存放經過數字信號微處理器3 1運算的最終曝光數據，并在以曝光掃描基準時鐘74下將數據輸出給相應的數模轉換電路。X/Y主場寄存器電路35/37用于存放經過數字信號微處理器31運算后的最終曝光數據格式的主場X/Y坐標值，所述的X/Y子場寄存器電路36/38用來存放經過數字信號微處理器31運算后的最終曝光數據格式的子場X/Y坐標值。
如圖2、圖5所示的X主場寄存器電路35、Y主場寄存器電路37，均由16位的掃描起始坐標寄存器、16位的掃描步距寄存器、16位的掃描步距計數器、16位的掃描步數計數器、16位加法器、鎖存器、掃描基準時鐘電路74和時鐘調整器76組成；16位掃描起始坐標寄存器用于存放最終曝光數據格式中主場的X/Y坐標的起始值，同時在掃描過程中存放當前的坐標值；16位掃描步距寄存器用于存放最終曝光數據格式中掃描步距的數值；16位掃描步距計數器用于根據存放的掃描步距參數進行計數，為掃描步數寄存器提供時鐘信號；16位掃描步數計數器用于在以16位掃描步距計數器輸出信號為計數脈沖信號，根據存放的掃描步數的數值進行計數，并為16位加法器提供使能信號；16位加法器接掃描步距寄存器、掃描起始坐標寄存器和和掃描步數寄存器，用于在16位掃描步數計數器輸出信號的控制下，將16位掃描起始坐標寄存器中的數值與16位掃描步距寄存器中的數值相加的結果發(fā)送給相應的數模轉換電路，同時該結果也經過鎖存存入16位掃描起始坐標計數器，作為計算下一個曝光點的初始坐標值；掃描基準時鐘電路74用于為整個掃描電路提供最小單位的掃描頻率；時鐘調整器76接掃描基準時鐘電路74和16位掃描步距計數器，用于根據掃描的具體參數，將基準時鐘轉換為相應的曝光時鐘，并將曝光時鐘作為16位掃描步距計數器的計數脈沖信號。
如圖2、圖5所示的X子場寄存器電路36、Y子場寄存器電路38，均由12位的掃描起始坐標寄存器、12位的掃描步距寄存器、12位的掃描步距計數器、12位的掃描步數計數器、12位加法器、鎖存器、掃描基準時鐘電路74和時鐘調整器76組成；掃描起始坐標寄存器用于存放最終曝光數據格式中子場的X/Y坐標的起始值，同時在掃描過程中存放當前的坐標值；12位掃描步距寄存器用于存放最終曝光數據格式中掃描步距的數值；12位掃描步距計數器用于根據存放的掃描步距參數進行計數，為掃描步數寄存器提供時鐘信號；12位掃描步數計數器用于在以掃描步距計數器輸出信號為計數脈沖信號，根據存放的掃描步數的數值進行計數，并為加法器提供使能信號；12位加法器接掃描步距寄存器、掃描起始坐標寄存器和和掃描步數寄存器，用于在數字信號微處理器31的控制下，經過將初始值置為掃描步數寄存器中的值；掃描基準時鐘電路用于為整個掃描電路提供最小單位的掃描頻率；時鐘調整器76接掃描基準時鐘電路74和12位掃描步距計數器，用于根據掃描的具體參數，將基準時鐘轉換為相應的曝光時鐘，并將曝光時鐘作為12位掃描步距計數器的計數脈沖信號。
如圖6所示所述的標記檢測電路6由放大器61、TTL電平轉換電路62、脈寬調整電路63和標記寄存器64組成，并由放大器61連接電平轉換電路62，及脈寬調整電路63、數字信號微處理器31至標記寄存器64依次串聯，用于對標記檢測信號進行波形調整，并由數字信號微處理器電路3 1接收，經過標記檢測程序運算，然后將相應的數據存放在標記寄存器64中。
如圖3所示所述的曝光/標記檢測控制電路5由復位計數器80、標記檢測程序加載計數器81和曝光程序加載計數器82組成。復位計數器80、標記檢測程序加載計數器81和曝光程序加載計數器82分別接微控制器12輸出信號51、52、53和數字信號微處理器31的輸入信號54、55、56，并且在數字信號微處理器31輸出頻率57下工作。復位計數器電路80用于在數字信號微處理器31的輸出時鐘頻率下，將微控制器12的控制信號51轉換為有效時間t1為數字信號微處理器31輸出時鐘周期13倍的低電平信號54，并將信號54發(fā)送給數字信號微處理器31的RESET管腳；標記檢測程序加載計數器電路81或曝光程序加載計數器電路82用于在數字信號微處理器3 1的輸出時鐘頻率下，將微控制器的控制信號52或53轉換為有效時間t2為數字信號微處理器31輸出時鐘周期15倍的低電平信號55或56，并發(fā)送給數字信號微處理器31INT0管腳或INT1管腳，且標記檢測程序加載計數器電路81和曝光程序加載計數器電路82不會同時觸發(fā)。
如圖2所示的數模轉換電路4，由光電隔離電路41、X主場高精度16位數模轉換電路42、X子場高速高精度12位數模轉換電路43、Y主場高精度16位數模轉換電路44和Y子場高速高精度12位數模轉換電路45組成；X主場高精度數模轉換電路42用于接收由X主場寄存器電路35發(fā)送的數字量，將該數字量轉換為模擬量，并輸出給X方向的磁場線圈；X子場高速高精度數模轉換電路43用于接收由X子場寄存器電路36發(fā)送的數字量，將該數字量轉換為模擬量，并輸出給X方向的磁場線圈；Y主場高精度數模轉換電路44用于接收由Y主場寄存器電路37發(fā)送的數字量，將該數字量轉換為模擬量，并輸出給Y方向的磁場線圈；Y子場高速高精度數模轉換電路45用于接收由Y子場寄存器電路38發(fā)送的數字量，將該數字量轉換為模擬量，并輸出給Y方向的磁場線圈；如圖7所示的束閘控制電路8，由等待計數器71、曝光時間計數器72、時鐘調整電路76和數模轉換電路73組成；曝光時間計數器72分別連接數字信號微處理器31、數模轉換電路73、等待計數器71和時鐘調整器76，用于在時鐘調整電路76輸出的掃描頻率下進行計數，初始值為每次掃描束閘打開的時間；等待計數器71連接數字信號微處理器31、曝光時間計數器72和時鐘調整電路76，用以存放等待曝光時間；數模轉換電路73接曝光時間計數器72，用于接收曝光時間計數器72發(fā)送的控制信號，根據曝光的要求控制束閘的開關。
下面進一步對本發(fā)明的工作過程進行描述本實用新型的數據流是雙向的，即圖形發(fā)生器接收上位機發(fā)送的曝光和控制數據，同時也可以在上位機的控制下向上位機發(fā)送標記檢測結果數值等。從數據流類型來分類，可將圖形發(fā)生器的數據流分為曝光文件格式數據流、控制數據流、標記檢測數據流三種。
下面先就本實用新型的曝光文件格式數據流進行描述。
如圖2所示，11為通用串行總線接口電路，12為微控制器，所述的通用串行總線接口電路可采用全速或高速通用串行總線接口芯片，微控制器可采用MSC51系列的8位微控制器。通用串行接口總線芯片電路11在微控制器12的控制下，接收上位機(如PC機)發(fā)送的數據。該數據可分為曝光文件格式數據和控制數據，上位機在發(fā)送曝光文件格式數據時將這部分數據分割為固定字節(jié)的數據包，同時每種基本圖形的數據包和不同的控制信號的數據包前都有相應的標識位。微控制器12對這些數據進行實時的處理，將曝光文件格式數據存入雙端口存儲器21相應的存儲單元中，并根據控制數據類型，在相應管腳輸出電平信號控制功能選擇電路5和標記檢測電路6。所述的雙端口存儲電路21可選用8K×8bit的靜態(tài)雙端口存儲器芯片，雙端口邏輯電路22可采用CPLD芯片MAX7128S實現。
數字信號微處理器31每隔一定時間就讀取雙端口存儲器21的狀態(tài)位，檢查是否有新數據讀入。所述的數字信號微處理器31可采用TI公司的通用數字信號微處理器芯片TMS320C3X系列，其外掛的最終曝光圖形格式轉換程序存儲器32和檢測程序存儲器33可分別選用1片1M×8bit的閃存存儲器(flashRAM)，數據存儲器34可選用2片16M×16bit的高速靜態(tài)存儲器組成。數字信號微處理器31當得知有新的數據讀入后，首先向雙端口存儲器邏輯電路22發(fā)送讀寫請求，在獲得相應的雙端口存儲單元的控制權后，將該存儲單元的數據讀入，讀取完成后通知雙端口邏輯電路22并放棄對該段存儲單元的控制權。數字信號微處理器31對讀入的數據進行判斷，如果發(fā)現讀入的數據是一個完整的數據包后，就開始根據利用存放在最終圖形格式轉換程序存儲器33中的程序對該數據包進行處理，包括識別該數據包標識位代表的基本圖形，然后調用程序中相應的圖形處理程序，將曝光文件格式的數據轉換為最終曝光圖形格式數據，即包括起始坐標、步距，步長及相關的曝光參數格式，然后通過數字信號微處理器31發(fā)送給最終曝光數據寄存器單元7中相應的寄存器。
最終曝光數據寄存器單元7由X主場寄存器電路35、X子場寄存器電路36、Y主場寄存器電路37和Y子場寄存器電路38構成。其中X主場寄存器電路35、Y主場寄存器電路37硬件結構相同；X子場寄存器電路36、Y子場寄存器電路38硬件結構相同。在圖5中，每個鎖存器可采用2片74F244并聯組成，時鐘調整電路采用2片74LS161集成電路，分頻后通過一個由數字信號微處理器31控制的8選1電路將分頻后的時鐘信號作為輸出掃描時鐘輸出，掃描步距寄存器和掃描起始坐標寄存器可選用數字信號微處理器31外掛的數據存儲器34某一存儲單元，掃描步距計數器和掃描步數計數器可分別選用4片74LS697集成電路，加法器可選用4片74LS283并聯組成。經過數字信號微處理器31將最終曝光圖形格式的數據發(fā)送給各個寄存器電路相應的存儲單元并鎖存，同時根據相應的曝光參數，選擇對基準時鐘進行分頻的時鐘調整電路的一個輸出作為掃描時鐘，其中掃描步距計數器和掃描步距寄存器存放的數據相同。在完成鎖存后，掃描步距計數器以掃描時鐘作為計數脈沖、以掃描步距寄存器數值為初始值作循環(huán)減法計數，每當計數器計數到零時，就輸出一個脈沖信號。掃描步數計數器以該脈沖信號作為計數脈沖信號開始進行減法計數，每進行一次減法運算輸出一個脈沖信號，該信號接加法器的使能管腳，這時加法器將掃描步距寄存器和掃描起始坐標寄存器中的數值相加的結果發(fā)送給相應的數模轉換電路42、43、44、45相應的功能塊中，同時該數值也被存入掃描起始坐標寄存器中，在下一個使能信號到來時與掃描步距寄存器中的數值進行加法運算；當掃描步數計數器計數到零時，就向數字信號微處理器31發(fā)出一個電平信號，表示已經完成一次掃描，數字信號微處理器31在收到該信號后，開始根據下一個掃描的需要，向相應的寄存器和計數器發(fā)送數據。在對平行X軸或Y軸的某一線段進行曝光的過程中，X主場寄存器電路35、X子場寄存器電路36、Y主場寄存器電路37、Y子場寄存器電路38中僅有一個電路的計數器在工作；在對某一段斜線進行曝光的過程中，X主場寄存器電路35、X子場寄存器電路36、Y主場寄存器電路37、Y子場寄存器電路38中，子場寄存器電路36、38的計數器或者主場寄存器電路35、37的計數器的其中一對在工作。
束閘控制電路8由等待計數器71、曝光時間計數器72、數模轉換電路73和時鐘調整電路76組成。所述的等待計數器71的初始值根據數模轉換電路4中的各個數模轉換器的響應時間通過數字信號微處理器31設定。所述的曝光時間計數器72中存放的是與每次曝光相關的時間參數，在每次曝光前由數字信號微處理器31設定。在進行曝光前，首先通過數字信號微處理器31使等待計數器進行計數，同時使數模轉換電路73打開束閘，在等待計數器到零時，輸出一個電平觸發(fā)曝光時間計數器72開始計數，在曝光時間計數器72計數到零時，輸出一個電平信號使數模轉換電路73關閉束閘，這樣就完成一次曝光。
下面就本實用新型的圖形發(fā)生器的控制數據流進行描述。本實用新型的圖形發(fā)生器完全通過上位機(如PC機)進行控制，其控制信號可分為功能控制和數據控制兩種。功能控制主要指通過上位機實現圖形發(fā)生器的曝光操作和標記檢測操作的選擇，而數據控制則指得是上位機實時的從圖形發(fā)生器中獲取某些曝光的實時數據以便進行檢測。
本實用新型的功能控制方案可采用下述方法實現。在通過上位機控制軟件將控制數據打包發(fā)送給通用串行接口電路11，微處理器電路12識別出為控制信號后，在其相應的管腳產生預定時間的電平信號，從而實現控制功能。數字信號微處理器31具有boot1oader功能，即在數字信號微處理器31復位(reset)后，通過查詢中斷寄存器中的中斷標志(interrupt flag)狀態(tài)來確定裝載程序的起始地址。在圖3中復位計數器81用來將微控制器12的復位控制信號51轉換為數字信號微處理器31的復位信號54，標記檢測計數器81用來將微控制器12的掃描控制信號52轉換為數字信號微處理器的中斷信號55，曝光程序計數器83用來將微控制器的曝光控制信號53轉換為數字信號微處理器的中斷信號56。
當上位機發(fā)送的控制信號是要求圖形發(fā)生器執(zhí)行標記檢測功能時，微控制器12同時將復位控制信號51和標記檢測控制信號52置為低電平，在數字信號微處理器輸出時鐘57的第一個上升沿將復位信號54和數字信號微處理器31的中斷信號55置為低電平，同時將微控制器12的復位控制信號51和標記檢測控制信號52置為高電平，此時復位計數器80和標記檢測程序計數器81開始計數，在13個數字信號微控制器輸出時鐘57周期后將復位信號54置為高電平，在15個數字信號微控制器輸出時鐘57周期后將中斷信號55置為高電平，這時標記檢測程序存儲器33中的程序開始被載入數據存儲器34中高速運行。當上位機發(fā)送的控制信號時要求圖形發(fā)生器執(zhí)行曝光功能時，微控制器12同時將復位控制信號51和曝光控制信號53置為低電平，在數字信號微處理器輸出時鐘57的第一個上升沿將復位信號54和數字信號微處理器31的中斷信號56置為低電平，同時將微控制器12的復位控制信號51和曝光控制信號53置為高電平，此時復位計數器80開始計數和曝光程序計數器82，在13個數字信號微控制器輸出時鐘57周期后將復位信號54置為高電平，在15個數字信號微控制器輸出時鐘57周期后將中斷信號56置為高電平，這時標記檢測程序存儲器33中的程序開始被載入數據存儲器34中高速運行。上述控制信號和數字信號微處理器31的復位信號51和中斷信號52、53波形如圖4所示。上述操作始終保證標記檢測控制信號52和曝光控制信號53在同一時間不會同時有效。
下面就本實用新型的數據控制方式進行描述。圖形發(fā)生器的數據控制主要分為兩個部分，即標記檢測數據和最終曝光格式數據。
多功能曝光機上電后默認的執(zhí)行標記檢測功能。圖形發(fā)生器在執(zhí)行標記檢測操作時，標記檢測程序按照預定的設置進行標記檢測，通過數模轉換器控制束斑偏轉，當束斑進入標記區(qū)時，背反射裝置檢測到反射電子強度發(fā)生變化，輸出一個脈沖電平即標記檢測信號給標記檢測電路6。標記檢測電路由放大器61、TTL電平轉換62、脈寬調整63和標記檢測寄存器64組成。標記檢測信號在經過放大、電平轉換、脈寬調整后接數字信號微處理器31的中斷管腳，觸發(fā)一次中斷。標記檢測程序查詢到的標記檢測中斷被觸發(fā)后，將當前束斑所在的坐標存入標記檢測寄存器64，然后重置中斷標識，繼續(xù)進行標記檢測，知道獲得足夠的檢測數據。在標記檢測完成后，數字信號微處理器31將存儲在標記檢測寄存器64中的數據存放在雙端口存儲器21中，當微控制器接收到上位機發(fā)送的上傳標記檢測數據的控制信號后，首先確認標記檢測寄存器64中的數據已經完全發(fā)送到雙端口存儲器21，然后將這些數據通過通用串行總線接口電路11發(fā)送給上位機。
本實用新型的圖形發(fā)生器在執(zhí)行曝光操作過程中，上位機定時向圖形發(fā)生器發(fā)送信號，要求圖形發(fā)生器將要求的最終曝光圖形格式數據上傳給上位機。首先上位機軟件根據設定向通用串行總線接口電路11發(fā)送控制信號，經過微控制器12識別后，將這些控制信號存放到指定的雙端口存儲器21的存儲單元，并將相應的狀態(tài)位置為使能。數字信號微處理器3 1定時查詢該狀態(tài)位，當發(fā)現該狀態(tài)位被置位后，首先清除該狀態(tài)位，然后保存當前正在執(zhí)行的程序，將指定的最終曝光格式數據存放到指定的雙端口存儲器21的存儲單元中，恢復保存的程序現場。
本實用新型的圖形發(fā)生器與現有的圖形發(fā)生器相比有如下的積極效果1.結構簡單、電路可靠、易于制作；2.功能多?；酒毓鈭D形單元不僅有矩形、梯形、三角形，而且包括圓和圓環(huán)以及邊界曲線任意可用函數式表達的圖形；3.將圓和圓環(huán)作為基本曝光圖形單元，提高了圓和圓環(huán)的圖形精度；4.將數字信號處理技術應用于圖形發(fā)生器，充分發(fā)揮了其運算速度快、精度高、功耗低、集成度高等特點；5.采用通用串行總線接口，即插即用；6.具有良好的擴展性。
本實用新型的圖形發(fā)生器可用于電子束、離子束曝光機。掃描電子顯微鏡若配置該圖形發(fā)生器可作為電子束曝光機使用，該設備還可以作原子力顯微鏡的控制用。
權利要求1.一種圖形發(fā)生器，由接口電路[1]、雙端口存儲電路[2]、數字信號處理電路[3]、數模轉換電路[4]、曝光/標記檢測控制電路[5]、標記檢測電路[6]、最終曝光數據寄存器單元[7]和束閘控制電路[8]構成，其特征在于，接口電路[1]分別與雙端口存儲電路[2]、曝光/標記檢測控制電路[5]連接，數字信號處理電路[3]分別與雙端口存儲電路[2]、曝光/標記檢測控制電路[5]、標記檢測電路[6]、最終曝光數據寄存器單元[7]和束閘控制電路[8]連接，最終曝光數據寄存器單元[7]連接數模轉換電路[4]。
2.如權利要求1所述的圖形發(fā)生器，其特征在于接口電路[1]由通用串行總線接口電路[11]、微控制器[12]和掛起/恢復電路[13]組成，微控制器[12]控制通用串行總線接口電路[11]和雙端口存儲電路[2]之間的通訊，同時微控制器[12]還控制曝光/標記檢測控制電路[5]和標記檢測電路[6]。
3.如權利要求1所述的圖形發(fā)生器，其特征在于數字信號處理電路[3]，由數字信號微處理器[31]、最終曝光圖形格式轉換程序存儲器[32]、標記檢測程序存儲器[33]和數據存儲器[34]組成，數字信號微處理器[31]分別與最終曝光圖形格式轉換程序存儲器[32]、標記檢測程序存儲器[33]和數據存儲器[34]及雙端口存儲電路[2]、曝光/標記檢測控制電路[5]、標記檢測電路[6]、最終曝光數據寄存器單元[7]和束閘控制電路[8]連接，用于將上位機發(fā)送的基本圖形數據格式經過運算，生成最終曝光圖形格式的數據，并將這些數據存放在最終曝光數據寄存器單元[7]中相應的存儲單元中，同時在進行標記檢測過程中用于記錄和處理檢測結果，并將這些結果通過接口電路[1]發(fā)送給上位機；最終曝光圖形數據轉換程序存儲器[34]用于存放將基本曝光圖形數據格式轉換為最終曝光圖形格式的程序；標記檢測程序存儲器[33]用于存放標記檢測程序。
4.如權利要求1所述的圖形發(fā)生器，其特征在于最終曝光數據寄存器單元[7]，由X主場寄存器電路[35]、X子場寄存器電路[36]、Y主場寄存器電路[37]和Y子場寄存器電路[38]組成，X/Y主場寄存器電路[35]/[37]用于存放經過數字信號微處理器[31]運算后的最終曝光數據格式的主場X/Y坐標值，X/Y子場寄存器電路[36]/[38]用來存放經過數字信號微處理器[31]運算后的最終曝光數據格式的子場X/Y坐標值。
5.如權利要求4所述的圖形發(fā)生器，其特征在于X主場寄存器電路[35]、Y主場寄存器電路[37]，均由16位的掃描起始坐標寄存器、16位的掃描步距寄存器、16位的掃描步距計數器、16位的掃描步數計數器、16位加法器、鎖存器、掃描基準時鐘電路[74]和時鐘調整電路[76]組成；16位掃描起始坐標寄存器用于存放最終曝光數據格式中主場的X/Y坐標的起始值，同時在掃描過程中存放當前的坐標值；16位掃描步距寄存器用于存放最終曝光數據格式中掃描步距的數值；16位掃描步距計數器用于根據存放的掃描步距參數進行計數，為16位掃描步數寄存器提供時鐘信號；16位掃描步數計數器用于在以16位掃描步距計數器輸出信號為計數脈沖信號，根據存放的掃描步數的數值進行計數，并為16位加法器提供使能信號；16位加法器用于在16位掃描步數計數器輸出信號的控制下，將16位掃描起始坐標寄存器中的數值與16位掃描步距寄存器中的數值相加的結果發(fā)送給相應的數模轉換電路，同時該結果也經過鎖存存入16位掃描起始坐標計數器，作為計算下一個曝光點的初始坐標值；掃描基準時鐘電路[74]用于為整個掃描電路提供最小單位的掃描頻率；時鐘調整器[76]接掃描基準時鐘電路[74]和16位掃描步距計數器，用于根據掃描的具體參數，將基準時鐘轉換為相應的曝光時鐘，并將曝光時鐘作為16位掃描步距計數器的計數脈沖信號。
6.如權利要求4所述的圖形發(fā)生器，其特征在于X子場寄存器電路[36]、Y子場寄存器電路[38]，均由12位的掃描起始坐標寄存器、12位的掃描步距寄存器、12位的掃描步距計數器、12位的掃描步數計數器、12位加法器、鎖存器、掃描基準時鐘電路[74]和時鐘調整器[76]組成；12位掃描起始坐標寄存器用于存放最終曝光數據格式中子場的X/Y坐標的起始值，同時在掃描過程中存放當前的坐標值；12位掃描步距寄存器用于存放最終曝光數據格式中掃描步距的數值；12位掃描步距計數器用于根據存放的掃描步距參數進行計數，為12位掃描步數寄存器提供時鐘信號；12位掃描步數計數器用于在以12位掃描步距計數器輸出信號為計數脈沖信號，根據存放的掃描步數的數值進行計數，并為12位加法器提供使能信號；12位加法器用于在12位掃描步數計數器輸出信號的控制下，將12位掃描起始坐標寄存器中的數值與12位掃描步距寄存器中的數值相加的結果發(fā)送給相應的數模轉換電路，同時該結果也經過鎖存存入12位掃描起始坐標計數器，作為計算下一個曝光點的初始坐標值；掃描基準時鐘電路[74]用于為整個掃描電路提供最小單位的掃描頻率；時鐘調整器[76]接掃描基準時鐘電路[74]和12位掃描步距計數器，用于根據掃描的具體參數，將基準時鐘轉換為相應的曝光時鐘，并將曝光時鐘作為12位掃描步距計數器的計數脈沖信號。
7.如權利要求1所述的圖形發(fā)生器，其特征在于標記信號檢測電路[6]，由放大器電路[61]、TTL電平轉換電路[62]、脈寬調整電路[63]和標記寄存器[64]組成，用于對標記檢測信號進行波形調整，并由數字信號微處理器電路[31]接收，經過標記檢測程序運算，然后將相應的數據存放在標記寄存器[64]中。
8.如權利要求1所述的圖形發(fā)生器，其特征在于曝光/標記檢測控制電路[5]，由復位計數器電路[80]、標記檢測程序加載計數器電路[81]和曝光程序加載計數器電路[82]組成；復位計數器電路[80]用于在數字信號微處理器[31]的輸出時鐘頻率下，將微控制器[12]的控制信號[51]轉換為有效時間t1為數字信號微處理器[31]輸出時鐘周期13倍的低電平信號[54]，并將信號[54]發(fā)送給數字信號微處理器[31]的RESET管腳；標記檢測程序加載計數器電路[81]或曝光程序加載計數器電路[82]用于在數字信號微處理器[31]的輸出時鐘頻率下，將微控制器的控制信號[52]或[53]轉換為有效時間t2為數字信號微處理器[31]輸出時鐘周期15倍的低電平信號[55]或[56]，并發(fā)送給數字信號微處理器[31]的INT0管腳或INT1管腳，且標記檢測程序加載計數器電路[81]和曝光程序加載計數器電路[82]不會同時觸發(fā)。
9.如權利要求1所述的圖形發(fā)生器，其特征在于數模轉換電路[4]，由光電隔離電路[41]、X主場高精度16位數模轉換電路[42]、X子場高速高精度12位數模轉換電路[43]、Y主場高精度16位數模轉換電路[44]和Y子場高速高精度12位數模轉換電路[45]組成；X主場高精度數模轉換電路[42]用于接收由X主場寄存器電路[35]發(fā)送的數字量，將該數字量轉換為模擬量，并輸出給X方向的磁場線圈；X子場高速高精度數模轉換電路[43]用于接收由X子場寄存器電路[36]發(fā)送的數字量，將該數字量轉換為模擬量，并輸出給X方向的磁場線圈；Y主場高精度數模轉換電路[44]用于接收由Y主場寄存器電路[37]發(fā)送的數字量，將該數字量轉換為模擬量，并輸出給Y方向的磁場線圈；Y子場高速高精度數模轉換電路[45]用于接收由Y子場寄存器電路[38]發(fā)送的數字量，將該數字量轉換為模擬量，并輸出給Y方向的磁場線圈；
10.如權利要求1所述的圖形發(fā)生器，其特征在于束閘控制電路[8]，由等待計數器[71]、曝光時間計數器[72]、時鐘調整電路[76]和數模轉換電路[73]組成；曝光時間計數器[72]分別連接數字信號微處理器[31]、數模轉換電路[73]、等待計數器[71]和時鐘調整器[76]，用于在時鐘調整電路[76]輸出的掃描頻率下進行計數，初始值為每次掃描束閘打開的時間；等待計數器[71]連接數字信號微處理器[31]、曝光時間計數器[72]和時鐘調整電路[76]，用以存放等待曝光時間；數模轉換電路[73]接曝光時間計數器[72]，用于接收曝光時間計數器[72]發(fā)送的控制信號，根據曝光的要求控制束閘的開關。
專利摘要一種圖形發(fā)生器，用于電子束、離子束等帶電粒子的曝光機，屬于曝光機的圖形發(fā)生器硬件。本實用新型提供一種運算速度快、接口簡單、功耗低、功能多樣的曝光機用的圖形發(fā)生器，它以高速數字信號處理器為核心，通過通用串行總線接口和上位機實現通訊，該圖形發(fā)生器不僅可以滿足以三角形，矩形和梯形為基本曝光單元圖形的曝光格式，而且增加了圓及圓環(huán)為基本曝光單元圖形，解決了集成光柵器件加工在速度和精度上存在的缺陷。本實用新型由接口電路、雙端口存儲器電路、數字信號處理器電路、數模轉換電路、曝光/標記檢測控制電路、標記檢測電路、最終曝光數據寄存器單元和束閘控制電路相互連接構成。
文檔編號G03F7/20GK2598023SQ0228978
公開日2004年1月7日 申請日期2002年12月16日 優(yōu)先權日2002年12月16日
發(fā)明者方光榮, 張鵬, 薛虹, 商濤, 林瀅 申請人:中國科學院電工研究所