刘玉倩，张立军，高荣荣

(中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京101601)

CAN总线在半导体设备中的应用及抗干扰优化设计

刘玉倩，张立军，高荣荣

(中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京101601)

针对半导体设备控制系统的实时性、模块化、可靠性的需求，将CAN总线应用于半导体设备控制系统中，达到提高系统实时响应能力、抗干扰、可靠性等目的。

CAN总线；控制系统；抗干扰

CAN[Control Area NetWork]是控制器局域网的简称，是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络。本文描述了CAN总线技术在全自动硅片清洗设备上的应用。硅片在进入每道工艺之前表面必须是洁净的，需经过重复多次清洗步骤，去除硅片表面的颗粒、有机物、金属及自然氧化层等类型的沾污。目前，湿法化学清洗技术是半导体工艺的主要清洗技术，单片腐蚀清洗是湿法清洗设备的一种。

1 设备整体结构

该设备主要由3个清洗腔、自动传输机械手、上下料台及晶圆定中系统组成。如图1所示。

2 电气控制系统

电气控制系统主要由PC机、机械手、安全检测模块、DI水及氮气在线加热系统、电机控制器、传感器等经CAN卡组成局域网，如图2所示。

图1 全自动单片清洗机结构图

图2 CAN总线控制框图

3 抗干扰设计

随着全自动单片清洗设备的工艺性能要求越来越高，其所配备的电气控制系统和软件逻辑控制也越来越复杂，在现代化的净化厂房中，设备也越来越多，其电磁环境变得愈发恶劣，CAN总线正常通信也会受到电磁干扰影响。

3.1 电磁干扰的过程

在研究设备或系统的抗干扰性能，还得从设备或系统受电磁干扰的过程开始研究，一般分为3个部分，即干扰源，耦合路径和敏感设备，这3个部分被称为电磁干扰三要素。针对全自动单片清洗设备电磁干扰如图3所示。

图3 系统电磁干扰三要素

图4 双绞线截面结构图

3.2 硬件抗干扰设计

3.2.1 屏蔽双绞线抑制电磁干扰

影响CAN总线抗干扰特性的因素有很多，其中Can总线的传输介质是非常重要的一个因素，最为常用的是双绞线介质，它包括非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线。其结构如图4所示。双绞线因其本身绞扭结构而具有抑制磁场干扰的作用，而屏蔽双绞线比非屏蔽双绞线又多了一层屏蔽层，通过将屏蔽层接地，使屏蔽双绞线具有抑制电场和电磁场干扰的性能。

3.2.2 电气控制系统优化

在全自动单片清洗设备中，有线传导干扰源为大功率主轴伺服电机及驱动器，敏感设备为摆臂步进小功率驱动板。将两者的传输线路断开，分别接到两块CAN卡COM口，有效地减少了主轴伺服电机及驱动器对摆臂步进小功率控制板的电磁干扰。如图5所示。

图5 控制系统的优化设计

3.2.3 终端匹配电阻

按照ISO11898规范，为了增强CAN-bus通讯的可靠性，CAN-bus总线网络的两个端点通常要加入终端匹配电阻(120 Ω)。终端匹配电阻的大小由传输电缆的特性阻抗所决定，例如，双绞线的特性阻抗为120 Ω，则总线上的两个端点也应配上120 Ω终端电阻。全自动单片清洗设备总共有4个CAN总线回路，每个回路的两端各接入一个电阻，共接入8个120 Ω终端电阻来保证通信的正常。图6为摆臂步进电机驱动卡的CAN总线连接拓扑图。

图6 CAN总线连接拓扑图

3.3 软件抗干扰设计

CANopen协议是CAN总线的应用层协议，采用了面向对象的一些设计思路，比如对象字典，过程数据对象 (PDO)，服务数据对象 (SDO)等。在CANopen协议中提出了3个概念用于软件抗干扰。

3.3.1 复位节点

当CAN总线设备遇到异常时，如从站断线后重联，主控会发出复位节点，从站设备恢复到出厂值。处理程序例程如下：

3.3.2 EMCY

紧急报文，从站如IO卡，在断电后会发送一条紧急报文，告诉主控其状态，一般断电后，其电容电量能保证其发送该条报文。软件程序例程处理如下：

3.3.3 心跳，节点保护

CAN总线上的节点可以同时支持心跳和节点保护，心跳是优先的。如果从站为电磁干扰从站设备，可将节点保护功能禁用，则主站在向从站发送指令时不再报出NodeGuard Error。软件处理例程如下：

4 结束语

全自动单片清洗设备，在采用本文所研究讨论的CAN总线抗干扰措施以后，使干扰降到最低，提高了设备的稳定性和可靠性，得到用户的一致认可，这些抗干扰措施同样也可以应用到其它半导体设备的研发过程中。

[1] 刘松，王渝.基于CAN总线的数字式直流电机控制系统[J].微计算机信息，2003，19(4)：7-9.

[2] 王彦堂，李贻斌，宋锐.基于ARM Linux平台的CAN设备驱动程序涉及与实现[J].计算机工程与应用，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

刘玉倩(1984-)，女，山东阳谷人，高级工程师，从事半导体设备研发工作。