CAN總線在半導體設備中的應用及抗干擾優化設計

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中，達到提高系統實時響應能力、抗干擾、可靠性等目的。

CAN總線；控制系統；抗干擾

CAN[Control Area NetWork]是控制器局域網的簡稱，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組成。如圖1所示。

2 電氣控制系統

電氣控制系統主要由PC機、機械手、安全檢測模塊、DI水及氮氣在線加熱系統、電機控制器、傳感器等經CAN卡組成局域網，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和軟件邏輯控制也越來越復雜，在現代化的凈化廠房中，設備也越來越多，其電磁環境變得愈發惡劣，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

在研究設備或系統的抗干擾性能，還得從設備或系統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總線的傳輸介質是非常重要的一個因素，最為常用的是雙絞線介質，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 電氣控制系統優化

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動器，敏感設備為擺臂步進小功率驅動板。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 控制系統的優化設計

3.2.3 終端匹配電阻

按照ISO11898規范，為了增強CAN-bus通訊的可靠性，CAN-bus總線網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協議是CAN總線的應用層協議，采用了面向對象的一些設計思路，比如對象字典，過程數據對象 (PDO)，服務數據對象 (SDO)等。在CANopen協議中提出了3個概念用于軟件抗干擾。

3.3.1 復位節點

當CAN總線設備遇到異常時，如從站斷線后重聯，主控會發出復位節點，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，在斷電后會發送一條緊急報文，告訴主控其狀態，一般斷電后，其電容電量能保證其發送該條報文。軟件程序例程處理如下：

3.3.3 心跳，節點保護

CAN總線上的節點可以同時支持心跳和節點保護，心跳是優先的。如果從站為電磁干擾從站設備，可將節點保護功能禁用，則主站在向從站發送指令時不再報出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過程中。

[1] 劉松，王渝.基于CAN總線的數字式直流電機控制系統[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設備驅動程序涉及與實現[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工作。