这篇文章是关于《杜浩-双频激光干涉系统信号处理板卡硬件设计2025.9.1》的总结，主要介绍了双频激光干涉系统信号处理板卡的硬件设计方案、性能测试及分析结果。以下是文件的核心内容总结：

1. 项目背景与意义：

• 集成电路产业核心驱动力：集成电路产业是信息技术和全球经济发展的核心，其制造水平高度依赖于光刻机的关键技术突破。

• 光刻机与套刻精度：光刻机通过将掩模图形纳米级转移到硅片上来实现芯片制造，其中套刻精度是最关键的指标之一，28nm制程要求套刻误差不超过5.7nm。

• 双频激光干涉系统的重要性：双频激光干涉系统的信号处理板卡作为核心处理单元，其性能直接决定了系统的测量精度和动态响应能力。

2. 双频激光信号处理板卡硬件设计方案：

• 整体设计方案：设计了5通道光信号采集与硬件处理电路，采用APD实现光/电转换，通过差分放大器、带通滤波器和自动增益控制（AGC）电路进行信号调理。

• 高速光/电转换电路设计：选用雪崩光电二极管（APD）作为光电转换元件，满足低光功率条件下的测量需求，并快速响应高速运动变化。

• 差分放大器电路设计：选用LMH6550型号差分放大器，具有低偏置电流、低电压噪声和宽供电范围等特点。

• 无源LC差分带通滤波器电路设计：采用5阶切比雪夫差分带通滤波器，有效抑制带外噪声。

• AGC补偿电路设计：基于压控增益放大器（VGA）和射频（RF）检波器的架构，实时幅值补偿，确保输入至ADC的信号幅度稳定。

• ADC电路设计：选用AD9643型号ADC，采样率设置为250 Ms/s，满足信号处理需求。

3. 信号处理板卡性能测试及分析：

• 滤波器性能测试：通过插入损耗法评估滤波器性能，结果显示在4-36MHz频率范围内保持良好的传输性能。

• 光/电转换测试：测试不同光功率下的输出差分电压波形，验证APD在70 nW~7 μW光功率范围内的光/电转换能力。

• 通道信噪比测试：信号调理前信噪比为-30.7129 dB，调理后提升至-4.9325 dB，信噪比提高了约25.78 dB。

• 相位增量测试：控制运动台以不同速度匀速直线运动，测试不同速度下的相位增量数据及电子细分数，实现高于2048的电子细分数和亚纳米级位移分辨力。

4. 结论与展望：

• 设计成果：成功设计并实现了一套用于双频激光干涉系统的高性能5通道信号处理板卡，显著提升信噪比和位移分辨力。

• 创新点：采用无源LC滤波和VGA结合射频检波器的AGC结构，提升了动态响应与抗干扰能力。

• 后续研究：致力于APD闭环控制和多板同步研究，进一步提升系统在高速测量场景中的性能。

文章详细阐述了双频激光干涉系统信号处理板卡的硬件设计方案、性能测试及分析结果，展示了该板卡在提升系统测量精度和动态响应能力方面的显著效果，并对后续研究进行了展望。