適于飛行時間質(zhì)譜儀的離子延時引出模塊的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種適于飛行時間質(zhì)譜儀的離子延時引出模塊，包括用于接收激光器同步信號的信號捕捉電路，信號捕捉電路的輸出端與信號展寬電路的信號輸入端連接，信號展寬電路的輸出端與信號延時電路的信號輸入端連接，信號延時電路的輸出端由第一觸發(fā)信號輸出端和第二觸發(fā)信號輸出端組成。本實用新型優(yōu)點在于電路設(shè)計巧妙，在實時準(zhǔn)確捕捉激光器同步信號的同時，將5ns脈寬的同步信號展寬為7us的標(biāo)準(zhǔn)方波脈沖，電路固有延時只有38ns，在50?1200ns的延時時間范圍內(nèi)可調(diào)，滿足了高速采集卡和高壓脈沖模塊的觸發(fā)信號要求。最大限度地提高了離子傳輸能力,有效提升了質(zhì)譜系統(tǒng)的靈敏度和分辨率，且能夠更好的降低制作成本。
【專利說明】
適于飛行時間質(zhì)譜儀的離子延時弓I出模塊
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及飛行時間質(zhì)譜儀，尤其是涉及適于飛行時間質(zhì)譜儀的離子延時引出模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]MALD1-T0FMS(基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜儀)質(zhì)譜系統(tǒng)是一種新型的軟電離生物質(zhì)譜，儀器主要由兩部分組成:基質(zhì)輔助激光解析電離離子源(MALDI)和飛行時間質(zhì)量分析器(TOF) JALDI的原理是用激光照射樣品與基質(zhì)形成的共結(jié)晶薄膜，基質(zhì)從激光中吸收能量傳遞給生物分子;生物分子得到能量后形成碎片飛出，它是一種軟電離技術(shù)，適用于混合物及生物大分子的測定。TOF的原理是離子在電場作用下加速飛過飛行管，根據(jù)到達檢測器的飛行時間不同而被檢測，即測定離子的質(zhì)荷比(M/Z)與離子的飛行時間成正比。
[0003]激光解析電離飛行時間質(zhì)譜儀是讓激光解析電離的離子飛出，激光離子源雖然是一類表面電離源，但實際上解析電離有些是在激光短脈沖過程中產(chǎn)生，有些則是在解析后飛行過程中通過碰撞產(chǎn)生，這也造成了離子的空間和能量的進一步分散。此外，激光解析電離的中性粒子或離子在真空中是角分散的，這也是空間分散的一個來源。如果不加入離子延遲引出技術(shù)，不同時間形成、不同初速度的離子，距引出電極的距離不同，所受的場強也不同，所以離子沒能實現(xiàn)同一起跑時間、同一起跑能量，從而導(dǎo)致質(zhì)荷比相同的離子以不同時間飛抵檢測器而影響分辨率。在質(zhì)譜儀中引入離子延遲引出技術(shù)，讓激光解析電離的離子產(chǎn)生于兩個加有相同高壓的極板之間，經(jīng)過一段時間延時，再迅速施加電場將離子引出。不同時間形成的離子將被置于同一起跑時間上，將會使距離遠的離子以更快的速度飛向引出極，從而達到不同初速度離子同時引出的效果，提高質(zhì)譜儀分辨率。
[0004]現(xiàn)有的設(shè)計延時方案，是通過微處理器進行激光器同步信號的捕捉，微處理器計數(shù)延時后輸出給高壓脈沖模塊和采集卡。由于微處理器是基于晶振頻率工作的，而激光器脈沖到來的時間是隨機的，所以抓取脈沖的時間誤差為一個晶振周期。故若要達到穩(wěn)定度±200ps以內(nèi)的誤差，理論上晶振頻率要達到2.5GHz以上，考慮到晶振自身的誤差，晶振頻率要求更高，一般處理器難以達到這個頻率。不能滿足穩(wěn)定度±200ps的實際需求，嚴(yán)重影響了離子傳輸和質(zhì)譜儀靈敏度。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本實用新型目的在于提供一種適于飛行時間質(zhì)譜儀的離子延時引出模塊。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取下述技術(shù)方案:
[0007]本實用新型所述適于飛行時間質(zhì)譜儀的離子延時引出模塊，包括用于接收激光器同步信號的信號捕捉電路，所述信號捕捉電路的輸出端與信號展寬電路的信號輸入端連接，所述信號展寬電路的輸出端與信號延時電路的信號輸入端連接，所述信號延時電路的輸出端由第一觸發(fā)信號輸出端和第二觸發(fā)信號輸出端組成；
[0008]所述信號捕捉電路由三極管Ql和施密特反相器Ul組成;所述三極管Ql基極經(jīng)電阻Rl與激光器同步信號輸出端連接，三極管Ql發(fā)射極接地，三極管Ql集電極一路經(jīng)電阻R2接電源正極，另一路與所述施密特反相器Ul的信號輸入端連接；
[0009]所述信號展寬電路由兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2A、U2B和D觸發(fā)器U3組成;所述D觸發(fā)器U3的時鐘輸入端CLK與所述施密特反相器Ul的信號輸出端連接;D觸發(fā)器U3的反向輸出端、數(shù)據(jù)輸入端D相互連接;D觸發(fā)器U3正向輸出端Q與所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2A的正觸發(fā)輸入端B連接;兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2A、U2B構(gòu)成雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器;兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2A、U2B為同一片雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器DM74HC221N內(nèi)部的兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；
[0010]單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2A的清除端接高電平VCC，負(fù)觸發(fā)輸入端A接低電平GND，外接電容端Cext通過電容Cl、電阻R3接高電平VCC，外接電阻/電容端Rext/Cext與所述電阻R3的低電位端連接，正脈沖輸出端Q與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2B的負(fù)觸發(fā)輸入端A連接；
[0011 ]單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2B的正觸發(fā)輸入端B和清除端均接高電平VCC，負(fù)脈沖輸出端與D觸發(fā)器U3的復(fù)位端CLR相連;單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2B的外接電容端Cext通過電容C2、電阻R4接高電平VCC，外接電阻/電容端Rext/Cext與所述電阻R4的低電位端連接；
[0012]所述信號延時電路由可編程時間芯片和兩個與門U5A、U5B組成;所述可編程時間芯片的串行編程選擇端接高電平，選擇串行模式，輸出模式選擇端MS接低電平，S卩:輸出信號與輸入信號極性相同；可編程時間芯片的信號輸入端IN與所述信號展寬電路中單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2A的正觸發(fā)輸入端B連接；可編程時間芯片的信號輸出端OUT分別與兩個所述與門U5A、U5B的第一輸入端連接，兩個與門U5A、U5B的第二輸入端均接高電平VCC。
[0013]本實用新型優(yōu)點在于電路設(shè)計巧妙，在實時準(zhǔn)確捕捉激光器同步信號的同時，將5ns脈寬的同步信號展寬為7us的標(biāo)準(zhǔn)方波脈沖，電路固有延時只有38ns，在50-1200ns的延時時間范圍內(nèi)可調(diào)，且穩(wěn)定度控制在± 200ps以內(nèi)，滿足了高速采集卡和高壓脈沖模塊的觸發(fā)信號要求。最大限度地提高了離子傳輸能力，有效提升了質(zhì)譜系統(tǒng)的靈敏度和分辨率，且能夠更好的降低制作成本。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型的電路結(jié)構(gòu)框圖。
[0015]圖2是本實用新型的電路原理圖。
[0016]圖3是本實用新型應(yīng)用于飛行時間質(zhì)譜儀的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0017]如圖1-3所示，本實用新型所述適于飛行時間質(zhì)譜儀的離子延時引出模塊，包括用于接收激光器同步信號的信號捕捉電路，所述信號捕捉電路的輸出端與信號展寬電路的信號輸入端連接，所述信號展寬電路的輸出端與信號延時電路的信號輸入端連接，所述信號延時電路的輸出端由第一觸發(fā)信號輸出端和第二觸發(fā)信號輸出端組成；
[0018]所述信號捕捉電路由三極管Ql和施密特反相器Ul組成；所述三極管Ql(型號:S9013)基極經(jīng)電阻Rl與激光器同步信號輸出端連接，三極管Ql發(fā)射極接地，三極管Ql集電極一路經(jīng)電阻R2接電源正極，另一路與所述施密特反相器Ul的信號輸入端連接。
[0019]激光器同步信號波形為5ns脈寬的不規(guī)則波形，且尾部帶有振蕩，故信號捕捉電路要求能實時準(zhǔn)確捕捉波形，且不受后續(xù)振蕩信號干擾。如圖2所示，當(dāng)同步信號從連接器Jl輸入，經(jīng)三極管Ql進行電平翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)后的電平再經(jīng)施密特反相器Ul(型號:SN74LS14)再次翻轉(zhuǎn)。同步信號經(jīng)三極管Ql的結(jié)電壓門限、施密特反相器Ul(型號:SN74LS14)的滯回翻轉(zhuǎn)，即將同步信號中的噪聲和振蕩信號濾除，準(zhǔn)確抓取上升沿。電阻Rl起限流功能，電阻R2具有上拉和限流兩個功能。激光器同步信號經(jīng)過兩次電平翻轉(zhuǎn)，輸出信號Signal_IN的電平方向依然與輸入信號保持一致。由于施密特反相器Ul供電電壓為+5V，所以輸出信號Signal_IN的電平幅值為+5V。
[0020]所述信號展寬電路由兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2A、U2B和D觸發(fā)器U3組成;所述D觸發(fā)器U3的時鐘輸入端CLK與所述施密特反相器Ul的信號輸出端連接;D觸發(fā)器U3的反向輸出端、數(shù)據(jù)輸入端D相互連接;D觸發(fā)器U3正向輸出端Q與所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2A的正觸發(fā)輸入端B連接;兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2A、U2B為同一片雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器DM74HC221N內(nèi)部的兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；
[0021]單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2A的清除端接高電平VCC，負(fù)觸發(fā)輸入端A接低電平GND，外接電容端Cext通過電容Cl、電阻R3接高電平VCC，外接電阻/電容端Rext/Cext與所述電阻R3的低電位端連接，正脈沖輸出端Q與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2B的負(fù)觸發(fā)輸入端A連接；
[0022]單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2B的正觸發(fā)輸入端B和清除端均接高電平VCC，負(fù)脈沖輸出端與D觸發(fā)器U3的復(fù)位端CLR相連;單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2B的外接電容端Cext通過電容C2、電阻R4接高電平VCC，外接電阻/電容端Rext/Cext與所述電阻R4的低電位端連接；
[0023]信號捕捉電路輸出信號Signal_IN上升沿到達由D觸發(fā)器U3(型號:MM74HC74AJ)搭建的電平翻轉(zhuǎn)電路后，D觸發(fā)器U3正向輸出端Q輸出的信號Si gnal_MID由低電平上升為高電平，即上升沿。信號捕捉電路輸出信號Signal_IN接入D觸發(fā)器U3的時鐘輸入端CLK (3腳)；D觸發(fā)器U3的反向輸出端(6腳)與數(shù)據(jù)輸入端D (2腳)相連;D觸發(fā)器U3正向輸出端Q (5腳)將信號Signal_MID送入單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2A(型號:DM74HC221N)的正觸發(fā)輸入端B (2腳)。
[0024]當(dāng)D觸發(fā)器U3正向輸出端Q輸出的信號Signal_MID的上升沿到來時，即當(dāng)信號捕捉電路輸出信號Signal_IN上升沿到來時，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2A的正脈沖輸出端Q( 13腳)輸出一個標(biāo)準(zhǔn)方波脈沖Pulses I，該標(biāo)準(zhǔn)方波脈沖Pulses I寬度為7us，7us由電容Cl和電阻R3參數(shù)計算得至IJ，7us =7000ns=0.7XCl XR3=0.7X 100pFX 1KΩ 0
[0025]當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)方波脈沖Pulsesl信號的下降沿到來時，即當(dāng)信號捕捉電路輸出信號Signal_IN上升沿到來7us后，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2B的負(fù)脈沖輸出端(12腳)輸出下拉脈沖Pulses2，脈沖寬度為7us，計算方法和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2A相同。
[0026]當(dāng)下拉脈沖Pulses2信號的下降沿到來時，即當(dāng)信號Signal_IN和信號Signal_MID上升沿到來7us后，D觸發(fā)器U3的輸出信號Signal_MID被從高電平拉成低電平。由于兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2A、U2B和D觸發(fā)器U3的供電電壓均為+5V，所以上面所有信號電平幅值均為+5V。因此，根據(jù)上面邏輯電路的功能分析，當(dāng)激光器同步信號到來時，信號展寬電路會產(chǎn)生一個脈寬7us、幅值+5V的方波脈沖信號Signal_MID，激光器同步信號與方波脈沖信號Signal_MID的固有延時為38ns。
[0027]所述信號延時電路由可編程時間芯片和兩個與門U5A、U5B組成;所述可編程時間芯片的串行編程選擇端接高電平，選擇串行模式，輸出模式選擇端MS接低電平，S卩:輸出信號與輸入信號極性相同；可編程時間芯片的信號輸入端IN與所述信號展寬電路中單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2A的正觸發(fā)輸入端B連接；可編程時間芯片的信號輸出端OUT分別與兩個所述與門U5A、U5B的第一輸入端連接，兩個與門U5A、U5B的第二輸入端均接高電平VCC。
[0028]上面分析可知，當(dāng)本實用新型收到激光器同步信號到來后，信號展寬電路會產(chǎn)生一個脈寬7us、幅值+5V的方波脈沖信號Signal_MID。
[0029]為了實現(xiàn)設(shè)計要求，可編程時間芯片選用Maxim Integrated公司生產(chǎn)的8位可編程時間芯片(0310233-500 + )，其最大延時時間為1275118可控，控制步長5118，最高頻率1MHz，完全滿足本離子延時引出模塊所要求的50-1200ns、穩(wěn)定度要控制在土 200ps內(nèi)、頻率最高200Hz的參數(shù)要求。將可編程時間芯片(DS1023S-500+)的串行編程選擇端(14腳)接高電平，選擇串行模式，輸出模式選擇端MS(II腳)接低電平，S卩:輸出信號與輸入信號極性相同，通過輸入鎖存器能使端LE(2腳)、串行時鐘輸入端CLK/P1 (4腳)、串行數(shù)據(jù)輸入端D/P2(5腳)進行延時時間配置，配置好延時時間后，方波脈沖信號Signal_MID信號進入可編程時間芯片的信號輸入端IN，延時后經(jīng)信號輸出端0UT(15腳)輸出相同波形Signal3。為了滿足后續(xù)高速采集卡和高壓脈沖模塊驅(qū)動能力的需求，在信號Signa3后面連接的兩個與門U5A、U5B(型號:SN74HC08D)，再經(jīng)連接器J2、J3輸出第一觸發(fā)信號和第二觸發(fā)信號2。
【主權(quán)項】
1.一種適于飛行時間質(zhì)譜儀的離子延時引出模塊，包括用于接收激光器同步信號的信號捕捉電路，所述信號捕捉電路的輸出端與信號展寬電路的信號輸入端連接，所述信號展寬電路的輸出端與信號延時電路的信號輸入端連接，所述信號延時電路的輸出端由第一觸發(fā)信號輸出端和第二觸發(fā)信號輸出端組成;其特征在于: 所述信號捕捉電路由三極管Ql和施密特反相器組成;所述三極管Ql基極經(jīng)電阻Rl與激光器同步信號輸出端連接，三極管Ql發(fā)射極接地，三極管Ql集電極一路經(jīng)電阻R2接電源正極，另一路與所述施密特反相器的信號輸入端連接； 所述信號展寬電路由兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2A、U2B和D觸發(fā)器U3組成;所述D觸發(fā)器U3的時鐘輸入端CLK與所述施密特反相器的信號輸出端連接;D觸發(fā)器U3的反向輸出端、數(shù)據(jù)輸入端D相互連接;D觸發(fā)器U3正向輸出端Q與所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2A的正觸發(fā)輸入端B連接；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2A的清除端接高電平VCC，負(fù)觸發(fā)輸入端A接低電平GND，外接電容端Cext通過電容Cl、電阻R3接高電平VCC，外接電阻/電容端Rext/Cext與所述電阻R3的低電位端連接，正脈沖輸出端Q與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2B的負(fù)觸發(fā)輸入端A連接； 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2B的正觸發(fā)輸入端B和清除端均接高電平VCC，負(fù)脈沖輸出端與D觸發(fā)器U3的復(fù)位端CLR相連；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2B的外接電容端Cext通過電容C2、電阻R4接高電平VCC，外接電阻/電容端Rext/Cext與所述電阻R4的低電位端連接； 所述信號延時電路由可編程時間芯片和兩個與門U5A、U5B組成;所述可編程時間芯片的串行編程選擇端接高電平，選擇串行模式，輸出模式選擇端MS接低電平，S卩:輸出信號與輸入信號極性相同；可編程時間芯片的信號輸入端IN與所述信號展寬電路中單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2A的正觸發(fā)輸入端B連接;可編程時間芯片的信號輸出端OUT分別與兩個所述與門U5A、U5B的第一輸入端連接，兩個與門U5A、U5B的第二輸入端均接高電平VCC。
【文檔編號】H01J49/40GK205645754SQ201620466329
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】郭光輝, 蔡克亞, 王曉錦, 王家杰, 李康康, 肖永東, 易玲, 張瑞峰, 劉偉偉, 劉曉莉, 王超, 劉聰, 吳學(xué)煒
【申請人】安圖實驗儀器(鄭州)有限公司