[发明专利]温度补偿式整流组件

说明书

一种温度补偿式整流组件经配置以接收输入信号，且包括：二极管部分，用于对所述所接收输入信号进行整流且由此提供经整流输出信号，所述二极管部分具有操作温度；以及温度补偿控制器，其经配置以控制由所述二极管部分在预定时间周期内耗散的功率，使得所述操作温度在所述预定时间周期内的平均值满足预设准则。此温度补偿式整流组件可在用于从RF输入信号产生DC电平的RF检测器中使用，所述RF检测器可形成用于设定用于供应到例如离子光学装置的分析仪器中的电子放大器的RF电位的振幅的控制电路的部分。

技术领域

本发明涉及温度补偿式整流组件，其可形成用于从RF输入信号产生DC电平的RF检测器的部分。还提供此类RF检测器，以及用于设定RF电位的振幅的控制电路，所述RF电位用于使用此RF检测器和离子光学装置供应到分析仪器中的电子放大器。所述分析仪器可为包括离子光学装置的质谱仪，例如四极滤质器。

背景技术

用于将AC电压转换成表示AC电压的振幅的等效DC电压的技术在许多电气或电子系统中是众所周知的。在离子处理和质谱分析领域中，射频(RF)检测器使用此类技术来将RF电压变换成指示RF电压的振幅(作为DC电压)的对应信号，作为闭环控制电路的部分来将RF电压的振幅维持为恒定的。将理解，此类DC电压并不严格地为随时间推移而振幅恒定的DC电压。实际上，DC电压为具有的DC电平指示RF电压的振幅的信号，所述振幅可能随时间推移而恒定，也可能随时间推移取决于作为输入的经变换RF电压而逐渐改变。

闭环控制电路可形成离子光学装置的部分，例如四极杆、离子阱、碰撞室或离子光学透镜。RF电位的振幅变化可能会影响离子在离子光学装置中所经受的电场，从而引起不合需要的效果，例如离子的不准确测量和损耗。

AC到DC转换中所使用的组件的电流-电压(I-V)特性将对DC输出电平具有显著影响。确切地说，常常用于整流的有源组件具有相对于温度非线性改变的电流-电压特性。举例来说，当前最常用的半导体材料是硅，其掺杂有不同的其它化学元素且组合以形成PN结。此结具有温度相依性，相依性体现为跨越所述结的电压与穿过所述结的电流之间的关系取决于结温度。

参考图1，示出穿过二极管的电流(I_D)与跨越二极管的电压(U_D)之间的已知关系以及此关系如何相对于温度而变化。此关系以图形和数学形式两者示出。每一半导体在其电流路径中具有内部电阻部分(对于二极管大体上约15到30Ω)，因此甚至在正常操作中也会发生一些功率损耗。此功率损耗的后果为，半导体PN结或二极管的金属半导体肖特基结的温度将增大。因此，如图1所示，此类效果为自放大式的，且不会自己达到稳定条件。二极管通常还具有不大于约1pF的寄生电容。

接下来参考图2，描绘用于使用二极管20将输入AC电压信号10转换为对应DC电压60的RF检测器的典型现有电路，以及说明输入电压(U_rf)与二极管中耗散的功率(P_D)之间的关系的曲线图。此类设计例如用于由赛默飞世尔科技(Thermo Fisher Scientific)(TM)以品牌名称“iCAP”、型号“Q”和“RQ”出售的电感耦合等离子体(ICP)质谱仪中。RF检测器通常用于电子闭环电路中，以将RF信号的振幅保持于所需的恒定电平。RF检测器包括：二极管20；电阻器30；电容器40；以及电感器50。电容器40和电感器50形成低通滤波器，以使得DC输出60具有低纹波。归因于将半导体(二极管20)用作整流元件，这种配置是温度相依性的。电压与二极管中耗散的功率(其与二极管温度T_D紧密联系)之间的关系是高度非线性的。此导致AC输入10的振幅与DC电压电平60之间的关系相对于温度也是非线性的。

因此，温度影响将在RF检测器电路的输出60处造成DC偏移电压错误。此DC偏移电压也相对于传入AC电压10具有非线性关系，因为较高传入电压10将引起二极管(和潜在的其它组件)中的较高电流、二极管中的较多功率损耗且因此引起较多热，从而改变其电流-电压特性。在提供高功率输入时，例如对于待提供到离子光学装置的RF电位，这尤其成问题。