摘 要摘 要双频激光干涉仪采用外差干涉测量原理，具有噪声小、抗环境干扰、允许光源多通道复用等诸多优点。尤其在纳米分辨率超精密动态位移测量中，双频激光干涉仪发挥着重要作用，是实现运动平台超精密运动精度核心反馈传感器。本文根据《毕业设计任务书》针对一款基于VPX背板总线的双频干涉仪信号处理卡及其基于PCIX总线的HSSL光纤与EtherCat高速传输验证卡，开展有关设计规划工作。本文为双频激光干涉仪的研发项目设计项目功能需求说明书。此说明书主要供项目设计人员和软件开发人员使用，规划了双频激光干涉仪软硬件功能要求、性能指标如量程范围、采样周期等。此说明书为后续项目开发的各项步骤如系统的硬件设计，软将程序编写等提供依据，为系统功能和性能上的审核提供标准。本文为双频激光干涉仪的研发项目规划高速传输协议。通讯传输协议均以帧为单位。串口通讯协议包括两种帧命令帧(CmdFM)，响应帧(ResFM)。协议可对计数卡做出读取、更改、保存设置等命令并依据协议对命令做出响应。光纤传输通讯协议包括三种帧触发帧（TTC-FM）,应答帧（ATC-FM）,数据帧（DatFM）。数据帧传输测量数据；应答帧在接收到数据后向发送方发出接收应答，并反馈当前状态信息；触发帧用于向应用层提供实时的触发信号。EtherCat传输协议帧主要依据以太帧为原型对其简化，大致功能与串口通讯帧相同，包括两种帧命令帧(CmdFM)，响应帧(ResFM)。帧内包含对应设备的地址、数据长度等信息。本文为双频激光干涉仪的研发项目规划硬件工作框图，主要依据项目的工作原理并根据硬件主要模块的功能需求，对项目的光路部分和电路部分的整体工作做出了大致的流程框架图。关键词双频激光干涉仪；高速传输协议；功能需求；HSSL光纤传输；EtherCat
目 录
第一章 绪论1
1.1 国内外研究背景1
1.2 国内发展问题2
第二章 项目原理4
2.1 双频激光干涉仪工作原理4
2.2 双频激光干涉仪测量原理5
第三章 功能需求说明书7
3.1 性能指标需求7
3.2 测量程序功能需求8
3.2.1 小数相位测量模块功能需求8
3.2.2
 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: &351916072& 
整数周期计数模块功能需求10
3.2.3 整体测量模块功能需求11
3.3 部分测时程序编写12
第四章 高速传输协议规划15
4.1 串口通讯协议规划15
4.2 HSSL光纤传输协议规划21
4.3 EtherCat传输协议29
第五章 板卡工作框图及说明35
5.1 光路部分工作框图及说明35
5.2 电路部分工作框图及说明35
5.3 板卡实物图37
总结及展望43
致谢44
参考文献45
附录47第一章 绪论
1 国内外研究背景
集成电路(IC)是电子信息产业的核心，是推动经济和社会信息化最主要的高新技术之一。其制造装备是IC产业发展的支柱，已经成为集成电路产业的驱动力和重要的组成部分。集成电路技术的进步是由光刻技术的不断发展支持的。在复杂的集成电路制造过程中，最为关键的技术是决定集成电路特征尺寸的光刻技术，最为关键的设备是负责光刻工艺的光刻机。在光刻机这个复杂的高精尖技术合成体中，从机电角度讲，由硅片台和掩模台组成的超精密工件台系统是最为关键的模块，它直接决定着光刻机所能实现的特征线宽、套刻精度以及生产效率。
超精密工件台系统的技术提升离不开双频激光干涉仪高精度、高测速、高测距的测量技术的发展。由文献[1]可知，国内外干涉产品大多为双频激光干涉仪，激光生成方法大多为利用塞曼效应（zeeman effect）和声光调制。塞曼效应产生的双频频差较小，一般不超过4MHz。声光调制放大得到的频差虽然较大，一些产品能够达到20MHz以上，并且频率稳定，但是缺点也很明显，光学结构复杂，成本高。目前各发达国家重视对激光干涉仪的发展，开发出各种性优良的商品化激光干涉仪。目前国外生产激光干涉仪的公司有美国的Agielnt(前身为HP)、ZYGO、英国的Renishaw等公司，其产品各具特点，占有大部分市场。
Agielnt公司的干涉仪利用自己研发的塞曼双频激光器为光源，能够多路通道复用。并且将各个功能模块分离，在每路通道上均安置光电接收器，以满足各路通道测量的要求。Renishaw公司的主打产品以ML10gold为例，其实是单频激光干涉仪，利用双纵模稳频，然后去掉一个纵模，通过高精度测相和高速 A/D 转换技术 , 实现高速和高分辨率测量 。因为是单频，所以不能多路分光使用，同时对多轴测量就需要多个激光头，增加成本。ZYGO公司部分产品是利用声光调制法得到双频信号，频差可达到20MHz，用于高速测量。其公司产品也可用于多通道测量，一个系统最多可供4路分光使用。该公司的干涉镜装有光纤耦合器，将各路测量光耦合入光纤，传递到数据处理电路各个通道分别接受转换。

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