皮米分辨力激光外差干涉測量中信號處理的關鍵技術研究.pdf

1、下一代微電子制造、精密計量以及物理前沿探索等領域將要求提供亞納米甚至皮米量級超精密位移測量技術設備作為基礎支撐和關鍵手段。經(jīng)典的外差激光干涉測量技術設備已被廣泛應用于超精密測量相關領域，但其位移分辨力一般難以突破0.1nm，因此亞納米至皮米級外差干涉信號細分處理技術特別是動態(tài)細分處理技術已成為新一代激光干涉測量技術研究的核心內(nèi)容之一。
　　目前限制外差干涉測量信號處理性能的因素主要集中在了兩個方面，一方面是為如何設計兼顧高速高精度

2、信號采集需求的高速外差信號采集與處理平臺，另一方面是在平臺資源有限的條件下如何設計更加精簡高效的雙鎖相正交放大式相位測量算法。針對上述問題，本文將研究高速外差信號采集與處理平臺和雙正交鎖相放大測相資源優(yōu)化算法的設計和實現(xiàn)方法。
　　建立了雙鎖相放大式相位測量的整體誤差模型。在闡述現(xiàn)有誤差分析模型的基礎上，特別補充分析了AD采樣量化、數(shù)字運算、FIR數(shù)字濾波器以及Cordic算法等環(huán)節(jié)的有效字長效應引入的相位測量誤差，并討論了遏制有

3、限字長效應相關誤差所需的字長設計特征；最終建立了位移測量分辨力與輸入信號實際有效位數(shù)之間的數(shù)學關系并進行了數(shù)值仿真分析，為后續(xù)設計提供指導。
　　可兼顧高速高精度信號采集特征的高速外差信號采集與處理平臺設計方法研究。針對外差信號高速、高精度、采集與處理需求，從原理實現(xiàn)、模塊功能等方面進行了詳細分析和優(yōu)化設計：模擬電路設計以決定最終性能的噪聲分析為主線，通過各模擬部分關鍵節(jié)點的綜合考慮，特別重點分析并優(yōu)化了模擬電路中的信號功能器件和

4、平臺地層/電源噪聲；數(shù)字電路重點考慮數(shù)字LVDS信號線和信號鏈的設計。
　　在分析相位測量算法過程的基礎上，研究了雙正交鎖相放大測相算法資源優(yōu)化技術?，F(xiàn)有算法模型在FPGA中實現(xiàn)時需要占用過多的乘法器等資源、導致需占用更多的FPGA邏輯空間并降低運算速度。為此，本文將現(xiàn)有經(jīng)典數(shù)字相敏算法中的“輸入信號×檢波信號=乘法結果×數(shù)字濾波器(在線乘法)”流程結構精簡為“輸入信號×檢波信號與數(shù)字濾波器離線積卷值”流程結構，可將相位測量算法中