[发明专利]一种用于多路分段离子阱的射频直流耦合驱动电路

说明书

技术领域

本发明涉及飞行时间质谱的离子阱传输和储存合成驱动电路领域，具体涉及一种用于多路分段离子阱的射频直流耦合驱动电路。

背景技术

基于多级杆（四级杆，六级杆，八级杆等等）的射频离子阱适用于离子传输、引导和储存，它的原理是相邻两个杆分别加上正相和反相射频高压，离子在径向方向束缚在很小的空间范围内，同时离子在杆的直流电场作用下继续向前运动直到穿过离子阱。传统的多级杆离子阱是采用单路正，反相射频再叠加一路直流耦合的合成电压波形，引导离子在阱内做两种形式的运动。而射频成形电路用于传输离子的射频电源如图1所示，一般都有商业化产品，可以购买。但是当离子阱很长，需要分段加工，同时离子引导和储存采用分段加压的形式，采用单射频电源和单直流电源已经不合适，当采用多路射频电源和多路直流电源耦合时，一方面大大增加了成本，更重要的是它们相互之间不匹配或者干扰会导致离子传输失败或者降低传输和储存效率。为了解决多路射频源和直流电源耦合问题，我们只用单路射频电源和一个直流电源就可以实现多路射频叠加直流电压的合成电压输出，且每路直流电压均可调，每路的射频电压波形均一致。在本发明中采用6路输出为例来说明它的工作方式，同样可以拓展到6路以上的多路射频直流耦合输出电源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于多路分段离子阱的射频直流耦合驱动电路。

本发明提供了一种用于多路分段离子阱的射频直流耦合驱动电路该射频直流耦合驱动电路包括射频输入（1）、直流耦合输入（2）、电感L1和电容C1组成的滤波部分（3）和合成波形耦合输出（4）。

其工作原理为：对于每一个电路单元，均包含射频输入（1）、直流耦合输入（2）、电感L₁和电容C₁组成的滤波部分（3）和合成波形耦合输出（4）这四部分，射频高压信号经过射频输入（1）（具有阻直流通交流功能）传输高频交流信号，直流电压信号通过直流耦合输入（2）（具有阻交流通直流功能）传输信号，再经由合成波形耦合输出（4）叠加这两种不同波形得到合成电压信号。其中电感L₁和电容C₁组成的滤波部分（3）组成滤波电路阻止射频输入（1）的高压射频信号反馈到直流耦合输入（2），损坏直流输入电源。

本发明提供的用于多路分段离子阱的射频直流耦合驱动电路，所述电路元件组合单元大于2路以上，本发明以6路为例说明其工作方式。

本发明提供的用于多路分段离子阱的射频直流耦合驱动电路，所述射频输入（1）采用双路正反相的射频输入，并采用外接的单电源正反相双射频高压源。

本发明提供的用于多路分段离子阱的射频直流耦合驱动电路，：所述直流耦合输入（2）为外接的单直流电源，并采用电阻分压方式分出多路输出。

本发明的优点：

本发明采用单路射频电源和一个直流电源就可以实现多路射频叠加直流电压的合成电压输出，且每路直流电压均可调，每路的射频电压波形均一致。不仅减少了成本，更重要的是可以大大提升离子的传输和储存效率。

附图说明

图1为射频成形电路示意图；

图2为本发明多路射频直流耦合输出的离子阱射频源电路的结构示意图，其中，C1代表电容，R1代表电阻，L1代表电感，RF_P，RF_N分别代表正相和反相射频高压输入，DC₁…DC₆分别代表6路直流电压输入，UP₁…UP₆代表6路正向射频直流耦合电压输出，UN₁…UN₆代表6路反向射频直流耦合电压输出；

图3为监测每路射频耦合直流输出的波形图，射频V_pp==100V，频率f=1.02664MHz（a）代表直流偏压DC_i=0V(i=1,…6)时的每路电压波形，（b）代表直流偏压DC_i=-15V(i=1,…6)时的每路电压波形，（c）代表直流偏压DC_i=-30V(i=1,…6)时的每路电压波形；

图4为八级杆（或者六级杆）工作方式示意图。

具体实施方式

下面结合图2、图3、图4和实施例对本发明作进一步的说明。

本发明一种用于多路分段离子阱的射频直流耦合驱动电路，如图2所示，主要包括射频输入1、直流耦合输入2、电感L1和电容C1组成的滤波部分3和合成波形耦合输出4。

实施例1：

外接射频电源V_pp=100V，频率f=1.02664MHz双路接入本发明电路的RF_P，RF_N接口，直流电源6路可调输出分别接入本发明电路的DC1…DC6接口，打开所有电源，监测UP₁…UP₆的6路正相射频直流耦合电压输出和UN₁…UN₆的6路反相射频直流耦合电压输出电压波形，采用示波器TDS2022(带宽200MHz，取样2.0GS/s)。采集每路波形图在不同的直流电压下的波形如图3所示，直流电压为0V，-15V，-30V几个波形，越负整个波形下移越多，表明直流耦合成功，每路波形的偏压可独立调节而不影响波形频率和幅值。具体工作时，接入八级杆（或者六级杆）工作方式如4所示，空白圈代表杆接入的是同一反相的射频高压，而黑色圈代表杆接入的是同一正相的射频高压，把UP₁…UP₆的6路正相射频直流耦合电压输出分别接入八级杆黑色圈的6段杆，UN₁…UN₆的6路正相射频直流耦合电压输出分别接入八级杆空白圈的6段杆。每段杆的射频电压幅值和频率相同，但是电压依次升高或者降低。本例中工作在离子储存模式时，入口电压为5.8V，DC₁…DC₆依次为5.5V，4.5V，3.5V，2.5V，1.5V，0.5V；出口电压为8.8V，这样离子束缚在阱内。其中DC₁…DC₆直流电压调节可以改变离子束储存在阱内的宽度。当工作在离子引导模式时，入口电压为5.8V，DC₁…DC₆依次为5.5V，4.5V，3.5V，2.5V，1.5V，0.5V；出口电压为0V，离子顺利拉出。