CN103534781B - 质谱仪中的定时装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种定时装置，尤其是一种用于质谱仪(例如，TOF质谱仪)的定时装置，所述定时装置用于处理含有指示发生了触发事件的触发信号的触发信号数据，所述定时装置具有触发信号解串器，所述触发信号解串器用于接收含有指示发生了触发事件的触发信号的触发信号数据作为串行数据，并将所述触发信号数据作为并行数据输出，其中，所述定时装置适当地具有处理装置，所述处理装置用于处理由所述触发信号解串器作为并行数据输出的触发信号数据。

Description

质谱仪中的定时装置和方法
技术领域
本发明大体而言涉及一种定时装置，其用于处理含有指示发生了触发事件的触发信号的触发信号数据。优选地，本发明涉及一种用于质谱仪的定时装置，所述质谱仪诸如TOF质谱仪，此情况下，所述触发事件例如可以是发射激光以便电离样本材料。
背景技术
TOF质谱仪是一种通过加速离子并测量其飞往离子探测器所需时间来测量离子的质量/电荷比的分析技术。
简单形式的TOF质谱仪包括：用于产生样本材料的离子脉冲(或离子爆丛(burst))的离子源和用于对已从离子源飞到离子探测器的离子进行探测的离子探测器。由离子源产生的离子(例如，由于已被加速)优选地具有预定动能，并由此根据其质量/电荷比而具有不同的速度。因此，当离子在离子源与离子探测器之间行进时，不同质量/电荷比的离子由于它们的速度不同而分开，并由此在不同时间被离子探测器探测到，这就使得能够基于离子探测器的输出来测量这些离子各自的飞行时间。这样，基于离子探测器的输出，便可获得代表样本材料离子的质量/电荷比的质谱数据。
基质辅助激光解析/电离是一种电离技术，通常称为“MALDI”，在该技术中，一般来说，使用激光器将光发射到样本材料与吸光基质的混合物(通常是结晶混合物)上以便电离样本材料。与MALDI一起使用的样本材料通常包括分子，比如生物分子(例如，蛋白质)、大有机分子和/或聚合物。吸光基质一般用来保护这种分子防止其被激光器的光毁坏或破坏。由此产生的通常有几千道尔顿(D)质量的离子，接着被加速使其具有通常大约为20keV的高动能。一般来说，用于通过MALDI产生离子的离子源称为“MALDI离子源”。MALDl离子源通常包括用于通过将光发射到样本材料与吸光基质的混合物上而离子化样本材料的激光器。
MALDl通常与飞行时间质谱结合，以便提供“MALDITOF”质谱，其中，一般来说，由MALDI产生离子脉冲，接着在通常约1到2米的距离处测量离子的飞行时间，从而可以确定离子的质量/电荷比。
在例如MALDlTOF质谱仪等现代TOF质谱仪中，测量离子的飞行时间通常需要不同范围的高速数字模拟电子设备。例如，可以使用高速定时电子设备将各种高压电脉冲与激光发射和离子信号获取进行精确同步。另外，可以使用kV/μs转换速率的高压电脉冲加速、选通(gate)和引导由激光器产生的电离分子。最后，可以使用高速多位模数转换器记录离子探测器的输出，从而可以确定离子的飞行时间以及离子的质量/电荷比。这些高速数字和模拟电子设备通常在TOF质谱仪的每一个采集周期运行。
直到近年，例如MALDlTOF质谱仪等TOF质谱仪使用的是重复率高达几十赫兹(在此频率下其可以发射光的脉冲)的气体激光器。较新的TOF质谱仪使用的是重复率更高(例如，1kHz或更高)的固态激光器。
本发明的发明人已发现，固态激光器的高重复率和数字电子设备不断增加的时钟速度，使得TOF质谱仪尤其是MALDITOF质谱仪在设计时引入了新的问题。这些设计问题包括：
如何借助多个高精度延迟(例如，借助微秒级持续时间和亚纳秒级分辨率)产生用于控制质谱仪的一个或多个部件的控制数据；
如何稳定电子设备的电源，同时又不会发出大量窄带电噪声，尤其是在发射高压脉冲的情况下；
如何减少噪声在这种MALDITOF质谱仪所产生的质谱数据中的显示。
质谱仪优选地包括定时电子设备，所述定时电子设备用于产生用来控制质谱仪的一个或多个部件的操作的一个或多个控制信号，从而使所述控制信号能够与由触发信号指示的触发事件同步，和/或用于调整由质谱仪的模数转换器产生的数据，从而使调整后的数据能够与由触发信号指示的触发事件同步。所述触发事件例如可以是发射激光以便电离样本材料。
本发明的发明人先前已在质谱仪的定时电子设备中使用了高速正发射极耦合逻辑(PECL，positive-emitter-coupledlogic)电路。在这种定时电子设备中，还使用了许多单独的PECL集成电路，以便产生与由触发信号指示的触发事件同步的控制信号。这些PECL集成电路通常由现场可编程门阵列(FPGA，fieldprogrammablegatearray)集成电路控制，FPGA集成电路还可以用来控制质谱仪的瞬态记录仪的其他功能。
目前可用的PECL电路能够以约500MHz的时钟速度运行。因此，这种PECL电路的时间分辨率为约2ns。然而，在质谱仪的定时电子设备中使用PECL电路时存在一些缺点。首先，现代质谱仪可能需要很多个GHz的数字化速度，而定时电子设备的时间分辨率不到一纳秒。目前可用的PECL电路要实现这样的速度和时间分辨率，即使并非不可能，也是非常困难的。第二，PECL电路的复杂性涉及到很多个别的部件，因此难以实施于很多单独的PECL集成电路。这会增加质谱仪的定时电子设备的成本，而且需要大量印刷电路板有形资产。第三，由于PECL电路可能大而且复杂，因此PECL电路可能不可靠，尤其是在制造电路板的时候。最后，PECL电路可能容易受到电气噪声的干扰，而且还可能混入由电路板发出的EMC噪声中。
发明内容
出于以上考虑而设计了本发明。
本发明基本上涉及一种触发信号解串器，其通过接收触发信号数据作为串行数据来对含有指示发生了触发事件的触发信号的所述触发信号数据进行解串，并且将所述触发信号数据作为并行数据输出。
解串后的所述触发信号数据的每一位事实上都可以被认为是代表一个时间箱，所述时间箱的持续时间等于所述触发信号解串器的串行时钟速率下的一个时钟周期。然而，此触发信号数据会在所述触发信号解串器的并行时钟速率下作为并行数据被输出，所述并行时钟速率一般仅为所述串行时钟速率的分数值(通常为1/N，其中N是由所述触发信号解串器产生的所述并行数据的位宽)。
因此，可以在更高的时间分辨率下处理所述触发信号数据，而不需要快速处理电路。这是因为可以在所述触发信号解串器的相对较慢的并行时钟速率下处理所述触发信号数据，即使解串后的所述触发信号的每一位代表一个时间箱，而这一个时间箱的持续时间等于所述触发信号解串器的所述串行时钟速率下的一个时钟周期(所述串行时钟速率可能比所述并行时钟速率快很多倍)。
本发明的第一方面可提供一种定时装置，用于处理含有指示发生了触发事件的触发信号的触发信号数据，所述定时装置具有：
触发信号解串器，用于接收含有指示发生了触发事件的触发信号的触发信号数据作为串行数据，并且将所述触发信号数据作为并行数据输出。
因此，可以在更高的时间分辨率下通过所述定时装置来处理所述触发信号数据，而不需要快速处理电路。这是因为可以在所述触发信号解串器的相对较慢的并行时钟速率下处理所述触发信号数据，即使解串后的所述触发信号的每一位代表一个时间箱，而这一个时间箱的持续时间等于在所述触发信号解串器的所述串行时钟速率下的一个时钟周期(所述串行时钟速率可能比所述并行时钟速率快很多倍)。
优选地，所述定时装置具有处理装置，所述处理装置用于处理由所述触发信号解串器作为并行数据输出的触发信号数据。
优选地，所述处理装置在所述触发信号解串器的所述并行时钟速率下运作。
所述处理装置可包括：例如，诸如逻辑的处理电子设备。
通过所述处理装置对由所述触发信号解串器作为并行数据输出的所述触发信号数据进行的处理例如可以包括：基于由所述触发信号解串器作为并行数据输出的触发信号数据而产生数据；检测由所述触发信号解串器作为并行数据输出的触发信号数据中所含有的触发信号；和/或基于由所述触发信号解串器输出的触发信号数据来调整所述定时装置接收到的额外数据。
优选地，所述处理装置用于基于由所述触发信号解串器作为并行数据输出的触发信号数据产生数据。以这种方式产生的同步数据可包括控制数据和/或调整后的额外数据，例如如下文进一步详细说明的数据。
优选地，所述处理装置用于检测由所述触发信号解串器作为并行数据输出的触发信号数据中所含有的触发信号。
更优选地，所述处理装置用于检测由所述触发信号解串器作为并行数据输出的触发信号数据中所含有的触发信号，并且基于检测到的所述触发信号产生数据，从而使所述处理装置产生的所述数据优选地与由检测到的所述触发信号指示的触发事件同步。以这种方式产生的同步数据可包括控制数据和/或调整后的额外数据，例如如下文进一步详细说明的数据。
在本申请的背景下，若数据或信号被描述成与由触发信号指示的触发事件“同步”，则优选地意味着所述数据或信号与所述触发事件在时间上对准，即，所述数据或信号的内容是取决于由所述触发信号指示的所述触发事件的发生时间。
通过产生与由触发信号数据(其已被所述触发信号解串器解串)中含有的触发信号指示的触发事件同步的数据，可以将所述触发事件与所产生的所述数据之间的抖动量最小化。
优选地，所述处理装置用于基于由所述触发信号解串器作为并行数据输出的触发信号数据产生用于控制一个或多个部件(优选为所述定时装置外部的一个或多个部件)的运行的控制数据。
例如，所述处理装置可用于基于由所述触发信号解串器作为并行数据输出的触发信号数据，通过重新输出触发信号数据来产生所述控制数据，例如，如下文参考图4a和图4b所述。
优选地，所述处理装置用于检测由所述触发信号解串器作为并行数据输出的触发信号数据中所含有的触发信号，并且基于检测到的所述触发信号产生控制数据，从而使所述控制数据优选地能够与由检测到的所述触发信号指示的触发事件同步。
例如，所述处理装置可用于，若检测到由所述触发信号解串器作为并行数据输出的触发信号数据中含有触发信号，则基于检测到的触发信号通过以数字波形(即，0和1的比特序列)的形式输出控制数据来产生控制数据，从而使得产生的所述控制数据能够与由检测到的所述触发信号指示的触发事件同步，例如，如下文参考图4c所述。
由所述处理装置输出的所述数字波形可预先设定或者在“飞行中”产生，例如，如下文参考图5a至5c所述。
所述处理装置可用于，例如在所述处理装置检测到触发信号的情况下，向所述控制数据中插入延迟。例如，可以通过所述处理装置将一个或多个额外的0位插入到所述控制数据中来实现此延迟的插入。
所述处理装置可用于，例如在所述触发信号解串器的所述并行时钟速率下，将所述控制数据作为并行数据输出。这种情况下，所述定时装置优选地具有一个或多个输出串行器，每一个串行器用于接收由所述处理装置作为并行数据输出的各个控制数据，并且优选地在所述触发信号解串器的所述串行时钟速率下将所述各个控制数据作为串行数据输出。
这样，所述定时装置可以在高(即，精细)时间分辨率下产生控制数据并将其作为串行数据输出，即使所述处理装置在相对慢的时钟速率下运行。
优选地，所述触发信号解串器和所述一个或多个输出串行器用于通过共同时钟源在相同时钟速率下计时，从而，例如减少/防止所述触发信号解串器与所述一个或多个输出串行器之间的抖动。
所述控制数据可用于控制质谱仪的一个或多个部件的运行。
所述定时装置可包括在具有一个或多个部件的设备中，其中，所述处理装置用于产生控制所述一个或多个部件的运行的控制数据。
在一些实施例中，由一个或多个输出串行器作为串行数据输出的控制数据可以直接控制所述一个或多个部件。在其他实施例中，由一个或多个输出串行器作为串行数据输出的控制数据可以间接地控制所述一个或多个部件，例如，将所述一个或多个输出串行器作为串行数据输出的所述控制数据转换成用于控制所述一个或多个部件的一个或多个控制信号。
因此，所述设备可包括转换装置，所述转换装置用于将一个或多个输出串行器作为串行数据输出的控制数据转换成用于控制所述一个或多个部件的一个或多个控制信号。优选地，所述转换装置可被设置使得，若由所述一个或多个输出串行器作为串行数据输出的所述控制数据与由检测到的触发信号指示的触发事件同步，则生成的所述一个或多个控制信号也与由检测到的所述触发信号指示的所述触发事件同步。
针对所述一个或多个输出串行器中的每一个，所述转换装置可包括：例如，缓冲器、放大器、高压脉冲开关中的任意一个或多个。
在一些实施例中，所述转换装置可用于将一个或多个输出串行器作为串行数据输出的控制数据转换成用于控制所述一个或多个部件的一个或多个模拟控制信号。为实现此目的，针对所述一个或多个输出串行器中的每一个，所述转换装置可包括一个低通滤波器。
所述设备可为质谱仪，例如TOF质谱仪。所述质谱仪的待由所述控制数据控制的所述一个或多个部件例如可包括以下任何一个或多个：提取板、离子透镜、离子消隐门和气阀。
提取板可用于提供电场(优选地，提供高压电场，优选为±500V或更大、±1V或更大的电场)以使离子加速进入质谱仪，所述质谱仪可为TOF质谱仪。对TOF质谱仪的调焦一般通过使用高压(例如，±1kV或更大)脉冲对提取板施加脉冲来实现，而且所述脉冲的精确度和时序直接影响所述TOF质谱仪的质量分辨率。
离子透镜可用于聚焦离子，例如由离子源产生的样本材料离子脉冲中包含的离子。离子透镜的一个示例是单透镜。
离子消隐门可用于产生电场来使离子，例如可能从基质衍生出来的低质量离子，发生偏转而远离所述质谱仪的离子探测器，所述质谱仪可为TOF质谱仪。由离子消隐门产生的电场的精确时序非常重要，因为此时序直接关系到所述消隐门的位置和待消隐的离子的质量。
气阀可用于控制引入到位于所述质谱仪(所述质谱仪可为TOF质谱仪)的飞行路径中的单元或离子阱中的气体，以便(例如)打碎或稳定气体中包含的离子的结构。通过这种气阀引入气体的精确时序非常重要，因为其需要与进入所述单元或离子阱的离子保持对准。
优选地，所述处理装置用于基于由所述触发信号解串器作为并行数据输出的触发信号数据，通过调整所述定时装置接收到的额外数据来产生调整后的额外数据。在此申请的背景下，“额外数据”优选地指除了所述触发信号数据之外由所述定时装置接收到的数据。
更优选地，所述处理装置用于检测由所述触发信号解串器作为并行数据输出的触发信号数据中所含有的触发信号，并且基于检测到的所述触发信号，通过调整所述定时装置接收到的额外数据来产生调整后的额外数据，从而优选地，使得所述调整后的额外数据能够与由检测到的所述触发信号指示的触发事件同步。
举例来说，所述处理装置可用于基于检测到的所述触发信号，通过在适当的时候丢弃所述定时装置接收到的额外数据中的一部分来产生调整后的额外数据，从而使得所述调整后的额外数据与由检测到的触发信号指示的触发事件同步，例如，如下文参考图8所述。
优选地，所述定时装置用于接收额外数据，从而使得每对应一位触发信号数据便接收一个额外数据样本，因为这样就简化了所述额外数据与由所述处理装置检测到的触发信号之间的同步。
所述定时装置可用于例如在所述触发信号解串器的所述串行时钟速率下接收所述额外数据作为串行数据，或者在所述触发信号解串器的所述并行时钟速率下接收所述额外数据作为并行数据。若所述定时装置用于接收所述额外数据作为串行数据，则所述定时装置可具有一个额外数据解串器，所述额外数据解串器用于接收由所述定时装置作为串行数据接收到的额外数据，并且将所述额外数据作为并行数据输出。这种情况下，所述处理装置可以在所述额外数据解串器将所述额外数据作为并行数据输出之后通过调整所述额外数据来产生调整后的额外数据。
优选地，所述定时装置包括在具有额外数据源的设备中，所述额外数据源用于输出额外数据，其中，所述定时装置用于接收由所述额外数据源输出的额外数据。
优选地，所述触发信号解串器和所述额外数据源都设置为例如通过共同时钟源来计时，从而减少/防止所述触发信号解串器与所述额外数据源之间的抖动。
所述额外数据源可用于例如在所述触发信号解串器的所述串行时钟速率下将所述额外数据输出为串行数据，或者在所述触发信号解串器的所述并行时钟速率下将所述额外数据作为并行数据输出。若所述额外数据源用于将所述额外数据作为串行数据输出，则所述定时装置优选地包括一个额外数据解串器，如上所述。
所述额外数据源可包括模数转换器，所述模数转换器例如用于基于质谱仪的离子探测器的输出(例如，模拟输出)而输出所述额外数据。
优选地，所述模数转换器用于输出额外数据，从而使得每对应一位触发信号数据便输出一个额外数据样本，因为这有助于简化所述额外数据与由所述处理装置检测到的触发信号之间的同步。
所述设备可为质谱仪。例如，所述额外数据源可包括模数转换器，所述模数转换器例如用于基于所述质谱仪的离子探测器的输出(例如，模拟输出)而输出额外数据，从而使所述额外数据优选地代表所述离子探测器的所述输出。
所述定时装置接收到的所述触发信号数据可含有非触发数据，即触发信号之外的数据。所述非触发数据优选地指示未发生触发事件。所述非触发数据例如可包括指示尚未产生触发信号的非触发数据，和/或指示已产生触发信号的非触发数据。
所述触发信号数据中所含有的触发信号可以在0位与1位之间转变，例如从0位转变到1位和/或从1位转变到0位。然而，所述触发信号数据和/或所述触发信号也可以是其他形式。
优选地，所述定时装置包括在具有触发信号数据源的设备中，所述触发信号数据源用于将含有指示发生了触发事件的触发信号的触发信号数据作为串行数据输出，其中，所述定时装置的所述触发信号解串器用于接收由所述触发信号数据源输出的触发信号数据。
优选地，所述触发信号源用于将触发信号包括在所述触发信号数据中，从而每当发生触发事件时，都能指示所述设备内发生了触发事件。
所述触发信号数据源可采用各种形式，并且不需要参考时钟来产生串行触发信号数据。例如，由所述触发信号数据源输出的所述串行触发信号数据可以是自定时串行数据或异步串行数据。不需要参考时钟来产生触发信号数据的触发信号数据源的一个示例是包括光电二极管和比较器的触发信号数据源，如下文详细所述。
若所述触发信号数据源参考时钟来产生所述触发信号数据，则所述触发信号源可通过与所述触发信号解串器相同的时钟源来计时，以便(例如)减少抖动。然而，所述触发信号数据源并不一定要通过与所述触发信号解串器相同的时钟源来计时。
所述设备可为质谱仪。例如，所述触发信号源用于将触发信号包括在所述触发信号数据中，从而每当发生触发事件时，都能指示所述质谱仪内发生了触发事件。所述触发事件例如可以是发射激光以便使样本材料离子化。所述触发信号例如可能来自用于检测激光器发射出的激光的脉冲的光电二极管。
优选地，若所述设备为质谱仪，所述触发信号数据源包括光电二极管和比较器。优选地，所述光电二极管的位置设置为接收激光器发射出的光以便使样本材料离子化，所述比较器用于将所述光电二极管的输出与参考值进行比较，从而使所述比较器具有如下操作：当所述光电二极管接收由所述激光器发射出的光时输出第一电压(该电压可表示1位)，而当所述光电二极管不接收由激光器发射出的光时输出不同的第二电压(该电压可表示0位)。在这种结构中，所述比较器的所述输出是已异步产生作为串行数据输出的触发信号数据，也就是不参考时钟产生的串行数据。该触发信号数据中，从所述第二电压到所述第一电压的转变(该转变可表示从0位转变到1位)就是指示质谱仪中发生了触发事件的触发信号，该触发事件为激光的发射。
所述触发信号数据源的所述比较器例如可用于实现滞后，以便有利于降低由所述光电二极管的所述输出上的噪声而引起所述比较器误输出触发信号的可能性。
在本申请的背景下，“串行数据”可认为是一次传输1位的数据。通过上述说明应该变得显而易见的是，在本申请的背景下，并不一定需要参考时钟而产生串行数据，例如，可以上述方式通过光电二极管和比较器产生串行数据。
优选地，所述定时装置具有或连接至预触发信号数据源，所述预触发信号数据源用于，在所述定时装置接收含有触发信号的触发信号数据之前，输出优选含有0位和1位之间多次转变(例如，10101010)的预触发信号数据，作为待由所述触发信号解串器接收的串行数据。如下文参考图10所述，该方法有利于减少所述触发信号解串器中的时间对准误差。
为了实现最佳效果，所述预触发信号数据源优选地设置为：尽可能在由所述触发信号指示的所述触发事件发生时输出所述预触发信号数据，所述预触发信号和所述触发事件之间的间隔时间优选不超过100微秒，更优选地，不超过10微秒，更优选地不超过1微秒。
所述预触发信号数据源例如可包括串行器。
优选地，任何上述的解串器和/或串行器均为数千兆位收发器(MGT，multi-gigabittransceiver)/千兆位收发器块(GXB，gigabittransceiverblock)或类似收发器，即，能够以每秒1千兆或更高的串行比特率对数据进行解串行和/或串行的收发器。优选地，所有上述解串器和串行器为MGT、GXB或类似收发器。MGT因其执行10G以太网、Aurora、千兆位以太网、千兆位无源光网络、无限带宽、串行ATA和串行RapidIO等串行数据传输协议而闻名。
除了能够实现串行和解串行，MGT通常还结合了许多其他特征，以便于其在高串行比特率下运行。这些特征可包括时钟数据恢复、编码/解码、误差检测、数据调整、时钟校正、通道绑定和电气空闲/带外信令传输中的一种或多种。当MGT用在用于检测触发信号的装置和/或用于产生触发信号数据的装置中时，禁用和/或调整一些或所有这些特征可能是有利的，如下文详细所述。
优选地，所述定时装置具有现场可编程门阵列(FPGA，fieldprogrammablegatearray)。优选地，所述处理装置和所述触发信号解串器都包含在所述FPGA中。所述装置的其他部件也可包含在所述FPGA中。
优选地，所述定时装置用于质谱仪中。然而，想到的是，所述定时装置也可用于质谱仪之外的其他设备中，例如，其他主要用于产生与触发信号同步的数据的设备，比如瞬态记录仪、数字示波器、定时计数器、脉冲发生器、脉冲序列发生器、逻辑分析器和射频数模转换器(RFDAC)。
本发明的第二方面可提供一种设备，其具有：
上述定时装置；
触发信号数据源，其用于将含有指示发生了触发事件的触发信号的触发信号数据作为串行数据输出；
其中，所述定时装置的所述触发信号解串器用于接收由所述触发信号数据源输出的触发信号数据。
所述触发信号数据源可如上所述。
所述设备可进一步具有一个或多个部件，其中，所述定时装置的所述处理装置用于产生控制所述一个或多个部件的运行的控制数据。
所述设备可进一步具有额外数据源，其中，所述定时装置用于接收由所述额外数据源输出的额外数据。所述额外数据源可以如本发明的第一方面所述。
优选地，所述设备为质谱仪。然而，如上所解释，所述定时装置可用于质谱仪之外的设备中。
本发明的第三方面涉及一种与上述装置和设备对应的方法。
因此，本发明的第三方面可提供一种方法，其包括：
通过触发信号解串器接收含有指示发生了触发事件的触发信号的触发信号数据作为串行数据，并且将所述触发信号数据作为并行数据从所述触发信号解串器输出。
所述方法可包括：实施或对应于针对上面本发明任一方面所述的任一设备特征的任一方法步骤。
例如，所述方法可包括：例如通过处理装置对由所述触发信号解串器作为并行数据输出的触发信号数据进行处理。
作为另一示例，所述方法可包括：基于由所述触发信号解串器作为并行数据输出的触发信号数据产生数据。
作为另一示例，所述方法可包括：检测由所述触发信号解串器作为并行数据输出的触发信号数据中所含有的触发信号。
作为另一示例，所述方法可包括：检测由所述触发信号解串器作为并行数据输出的触发信号数据中所含有的触发信号，并且基于检测到的所述触发信号产生控制数据，从而使所述控制数据与由检测到的所述触发信号指示的触发事件同步。
作为另一示例，所述方法可包括：基于由所述触发信号解串器作为并行数据输出的触发信号数据产生用于控制一个或多个部件的运行的控制数据。
作为另一示例，所述方法可包括：检测由所述触发信号解串器作为并行数据输出的触发信号数据中所含有的触发信号，并且基于检测到的所述触发信号产生控制数据，从而使所述控制数据与由检测到的所述触发信号指示的触发事件同步。
作为另一示例，所述方法可包括：例如如果所述处理装置检测到了触发信号，在所述控制数据中插入延迟。
作为另一示例，所述方法可包括：从处理装置将所述控制数据作为并行数据输出，在一个或多个输出串行器处接收由所述处理装置作为并行数据输出的所述控制数据，并从所述一个或多个输出串行器将所述控制数据作为串行数据输出。
作为另一示例，所述方法可包括：设备的一个或多个部件的运行由所述控制数据控制。
作为另一示例，所述方法可包括：将由一个或多个输出串行器作为串行数据输出的控制数据转换成用于控制所述一个或多个部件的一个或多个控制信号。
作为另一示例，所述方法可包括：基于由所述触发信号解串器作为并行数据输出的触发信号数据，通过调整额外数据，来产生调整后的额外数据。
作为另一示例，所述方法可包括：检测由所述触发信号解串器作为并行数据输出的触发信号数据中所含有的触发信号，并且基于检测到的所述触发信号通过调整额外数据来产生调整后的额外数据，从而使所述调整后的额外数据与由检测到的所述触发信号指示的触发事件同步。
作为另一示例，所述方法可包括：从额外数据源输出所述额外数据。
作为另一示例，所述方法可包括：从触发信号数据源将含有指示发生了触发事件的触发信号的所述触发信号数据作为串行数据输出。
作为另一示例，所述方法可包括：将触发信号包括在所述触发信号数据中，从而每当发生触发事件时，都能指示所述设备内发生了触发事件。
作为另一示例，所述方法可包括：在所述触发信号解串器接收含有触发信号的触发信号数据之前，输出优选含有0位和1位之间多次转变(例如，10101010)的预触发信号数据，作为待由所述触发信号解串器接收的串行数据。
本发明的第四方面可提供一种质谱仪，其包括：现场可编程门阵列(FPGA)，其中，所述现场可编程门阵列包括至少一个数千兆位收发器(MGT)，所述数千兆位收发器用于以每秒高于1千兆的串行比特率对数据进行串行和/或解串行。
优选地，所述FPGA为定时装置，所述至少一个MGT包括触发信号解串器，所述触发信号解串器用于接收含有指示发生触发事件的触发信号的触发信号数据作为串行数据，并且将所述触发信号数据作为并行数据输出，如上所述。
任何上述质谱仪可具有用于产生样本材料离子的离子源和用于检测由所述离子源产生的样本材料离子的离子检测器。
所述离子源可包括通过将光发射到所述样本材料上以便离子化样本材料的激光器。优选地，所述激光器通过将光脉冲发射到所述样本材料上以便离子化样本材料。所述激光器优选地产生紫外(UV)光。因此，上述信号采集周期可包括：所述激光器将光的脉冲发射到所述样本材料上以便产生所述样本材料的离子脉冲。
所述离子源可为MALDI离子源。对于MALDI离子源，所述样本材料可包括：生物分子(例如，蛋白质)、有机分子和/或聚合物。所述样本材料可包含在样本材料和吸光基质的混合物(优选地，结晶混合物)中。所述吸光基质可以例如包括：DCTB(T-2-(3-(4-叔丁基-苯基)-2-甲基-2-亚丙烯基)丙二睛)、DHB(2，5-二羟基苯甲酸)、SA(芥子酸)、DTL(1，8，9-二羟基地葱酚)或CHCA(α-氰基-4-对羟基桂皮酸)。
离子源可以包括用于将所述离子源产生的离子加速到预定动能的加速装置。所述加速装置可包括至少一个加速电极，所述加速电极用于产生电场以将所述离子源产生的离子加速到预定动能。上述方法可包括：使用所述加速装置将离子(例如通过用于离子化样本材料的激光器产生的离子)加速到预定动能，以例如对所述离子源产生的离子脉冲进行加速。
所述离子源可包括用于保持待被所述离子源离子化的样本材料的样本保持装置。所述样本保持装置可包括样本板，所述样本板用于以一个或多个“样本点”(samplespots)的形式保持样本材料。所述样本保持装置可包括用于承载样本板的样本板载架。所述样本板优选地配置为从所述离子源移除，而所述样本板载架可以不可移除的方式安装在所述离子源中。
所述离子源优选地包括外壳，所述外壳例如用于容纳所述加速装置和/或样本保持装置。所述外壳优选地构造成被排空，即构造成包含真空。
任何上述的质谱仪可包括用于选取待检测离子的一个或多个离子门。
任何上述的质谱仪可包括反射器。所述反射器为离子镜，所述离子镜在使用时将离子脉冲中的离子朝着离子源的方向反射回到离子检测器，所述离子检测器在所述离子被反射后对它们进行检测。虽然反射器的最大质量范围通常较低，使用反射器的一个优点在于，与使用线性离子检测器相比，反射器通常产生更高的质量分辨率(由此产生更好的质量精度)。
任何上述的质谱仪可包括其中布置有所述离子源和所述离子检测器的飞行管。其他部件，例如反射器，也可以布置在所述飞行管中。所述飞行管优选地在所述质谱仪使用时被抽成真空。
任何上述的质谱仪可以是TOF质谱仪。由此，例如，在每个获取周期中，所述离子源可产生样本材料的离子脉冲(例如通过激光器将光的脉冲发射到样本材料上)，以使所述离子检测器检测到所述样本材料的离子。所述TOF质谱仪可以是MALDITOF质谱仪。
本发明还包括所述方面和优选特征的任一组合，除非明确不允许或者特别需要避免这种组合。
附图说明
下面将参考附图对提出的这些实施例进行说明。在图中：
图1是示出了本发明使用的TOF质谱仪的示意图。
图2示出了用于图1所示质谱仪的定时电子装置，该定时电子装置是由本发明人在开发本发明之前使用。
图3示出了一种用于处理含有指示发生了触发事件的触发信号的触发信号数据的定时装置。
图4a到4c说明了图3所示定时装置的运行，以便产生不同形式的控制数据。
图5a到5c示出了使用图3所示定时装置产生用于控制质谱仪的部件的控制信号的不同布置。
图6说明了图5a到5c所示用于产生模拟控制信号的布置的运行情况。
图7示出了另一种用于处理含有指示发生了触发事件的触发信号的触发信号数据的定时装置。
图8说明了图7所示定时装置的运行。
图9示出了又一种用于处理含有指示发生了触发事件的触发信号的触发信号数据的定时装置。
图10说明了在包括MGT接收机和阻隔电容器的电路中由含有0位或1位长序列的触发信号数据导致的抖动。
具体实施方式
图1是示出了与本发明一起使用的TOF质谱仪的示意图。
图1所示的质谱仪1具有用于产生样本材料的离子脉冲的离子源10和用于检测离子源10产生的样本材料离子的离子检测器20。离子源10和离子检测器20位于真空的飞行管30中。
离子源10包括激光器12，激光器12用于通过将(优选地UV)光的脉冲发射到样本材料上来离子化样本材料。在MALDITOF质谱仪中，样本材料可以包括在样本材料和吸收光线的基质的结晶混合物中。在从相关联的高压电源14向激光器12供给高压脉冲(通常为±1kV或更大)时，激光器12发射光的脉冲。在现代质谱仪中，激光器12可以是固态激光器，能够实现较高的重复率，例如，1kHz或更大。
因为TOF质谱测定法是一种脉冲技术，该技术中产生的是单个脉冲的离子而不是连续流的离子，在使用中被提供高压脉冲的其他部件可位于飞行管30中。
例如，用于选取待由离子检测器20检测的离子的离子门40可以位于飞行管30中。在从相关联的高压电源44向离子门40供给高压脉冲(通常为±500V，即使可以采用更大的电压)时，离子门40通过产生电场以使不想要的离子偏转而远离离子检测器20，来选取待由离子检测器20检测的离子。离子门可例如包括交错的导线。当离子门40打开或闭合时，高压电源44通常以非常高的速度切换，优选地时间间隔约为10ns或更短。
质谱仪1也可包括反射器50。反射器50为离子镜，该离子镜将离子脉冲中的离子朝着离子源10的方向反射回去，以由离子检测器20检测。
质谱仪1还具有用于基于离子检测器20的输出产生质谱数据的电子设备，该电子设备优选地位于预处理单元60(或者“瞬态记录器”)中。用于产生质谱数据的电子设备包括：模拟输入段62，其用于调节离子检测器20的输出；模数转换器64，其用于以高速率(通常，数字点之间小于1ns)将离子检测器20的(如模拟输入段62调节的)输出数字化；存储器66，其用于在将代表样本材料的离子的质量/电荷比率的信号质谱数据被传送到诸如计算机的外部处理单元(未示出)之前存储信号质谱数据。
优选地，质谱仪具有触发信号数据源(未示出)，该触发信号数据源用于将含有指示发生了触发事件(例如，激光器12的发射)的触发信号的触发信号数据作为串行数据输出。优选地，触发信号数据源用于将触发信号包括在触发信号数据中，从而每当发生触发事件时，都能指示质谱仪内发生了触发事件。
优选地，所述触发信号数据源包括光电二极管和比较器(未示出)。优选地，光电二极管的位置设置为接收激光器12发射出的光，比较器用于将光电二极管的输出与参考值进行比较，从而使比较器：当光电二极管接收由所述激光器发射出的光时，输出第一电压(该电压表示1位)，而当光电二极管不接收由激光器发射出的光时，输出不同的第二电压(该电压表示0位)。在这种结构中，比较器的所述输出是已异步产生作为串行数据输出的触发信号数据，也就是不参考时钟产生的串行数据。在该触发信号数据中，从第二电压到第一电压的转变(即，从0位转变到1位)是指示质谱仪中发生了触发事件的触发信号，该触发事件为激光器12的发射。
优选地，预处理单元60包括定时电子装置70，该定时电子装置70用于接收触发信号数据源输出的所述触发信号数据。
优选地，定时电子装置70用于(例如，经由高压电源14和44)产生一个或多个控制质谱仪的一个或多个部件的运行的控制信号，从而优选地使控制信号能够与指示发生了触发事件的触发信号同步(例如，触发信号数据源输出的触发信号数据中包含的触发信号)。为了产生这种控制信号，定时电子装置70可包括图3所示的定时装置100，该定时装置100将在下文详细说明。
优选地，定时电子装置70还用于：基于指示发生了触发事件的触发信号(例如，触发信号数据源输出的触发信号数据中包含的触发信号)，通过调整由质谱仪1的模数转换器64产生且由定时电子装置70接收到的额外数据，产生调整后的额外数据，从而优选地使该调整后的额外数据与触发信号所指示的触发事件同步。为了产生这种调整后的额外信号，定时电子装置70可包括图7所示的定时装置200，该定时装置200将在下文详细说明。
使用时，质谱仪1执行一个或多个信号采集周期，在该信号采集周期内，离子源10用于产生样本材料的离子脉冲，从而使样本材料的离子随后被离子检测器20检测到。优选地，每个信号采集周期内的离子脉冲由激光器12发射光的脉冲到样本材料而产生，通过加速电极(未显示)将离子化的样本材料加速到预定动能。离子探测器20的输出反馈回电子装置以便在预处理单元60中产生质谱数据，该预处理单元60调节并数字化该输出然后将其存储在存储器66中，质谱数据基于在一个或多个信号采集周期内调节并数字化后的输出信号来表示样本材料的离子的质量/电荷比。
在一个或多个采集周期内收集起来的质谱数据可绘制成质谱图，该质谱图表示飞行时间或质量/电荷比下的幅度，该幅度表示在给定飞行时间或质量/电荷比下已为检测器检测到离子的数量。
图2示出了用于图1所示质谱仪的定时电子装置70a，该定时电子装置70a已由本发明人在开发本发明之前使用。
图2所示的定时电子装置70a采用了高速正发射极耦合逻辑(PECL)集成电路72和计数器电子装置74。上文已经就定时电子装置中使用PECL电路的某些缺点进行了论述。
使用图2所示定时电子装置70a产生一个或多个控制信号用于控制质谱仪的一个或多个部件的运行存在的问题是，指示发生了触发事件(例如，激光器的发射)的触发信号一般与定时电子装置70a的时钟异步。这就意味着在触发信号和定时电子装置70a的时钟之间普遍存在纳秒时标的抖动，这就意味着定时电子装置70a不可能产生与触发信号精确同步的控制信号。
图3示出了一种用于处理含有指示发生了触发事件的触发信号的触发信号数据的定时装置100。
下文说明了定时装置100如何用于产生一个或多个用于控制质谱仪的一个或多个部件的运行的控制信号。然而，对于本领域的技术人员来说应该是显而易见的是，也可以其他方式使用定时装置100，定时装置100也可以用在除质谱仪之外的设备中。
如图3所示，定时装置100包括具有触发信号解串器110的FPGA101，该触发信号解串器110为MGT接收机的形式，用于接收含有指示发生了触发事件的触发信号的触发信号数据作为串行数据102，并将触发信号数据作为并行数据112输出。
如上文参考图1所述，由触发信号解串器110作为串行数据102接收的触发信号数据例如可以是由包括光电二极管和比较器的触发信号数据源输出的。由此，虽然图3暗指在一些实施例中触发信号数据源的光电二极管和比较器均位于FPGA101外部，在一些实施例中，触发信号数据源的比较器可安装在FPGA101上。
定时装置100还具有处理装置120，该处理装置120用于处理由触发信号解串器110作为并行数据112输出的触发信号数据。
对于图3所示的定时装置100，处理装置120为“延迟调整”逻辑，该逻辑优选地用于基于触发信号解串器110作为并行数据112输出的触发信号数据产生控制质谱仪(未示出)的一个或多个部件的运行的控制数据。更优选地，处理装置120用于对触发信号解串器作为并行数据112输出的触发信号数据中含有的触发信号进行检测，并基于检测到的触发信号产生控制数据，从而使控制数据能够与由检测到的触发信号所指示的触发事件同步。
处理装置120优选地在触发信号解串器110的并行时钟速率下运行，该并行时钟速率由FPGA101的时钟确定。
图3所示定时装置100的处理装置120优选地用于优选地在触发信号解串器110的并行时钟速率下将控制数据作为并行数据122输出。因此，定时装置100优选地具有输出串行器130，该输出串行器130为MGT发射机的形式，且用于接收由处理装置作为并行数据122输出的控制数据，并优选地在触发信号解串器110的串行时钟速率下将控制数据作为串行数据132输出。
利用在同一时钟速率下进行计时的触发信号解串器110和输出串行器130，由定时装置100接收的每一位触发信号数据和由处理装置120产生的每一位控制数据实际上表示一个时间箱(timebin)，该时间箱的持续时间等于触发信号解串器110的串行时钟速率下的一个时钟周期。因此，处理装置120能够根据触发信号解串器110的串行时钟速率下的一个时钟周期的精度精确地产生控制数据，即使处理装置120是在触发信号解串器110的并行时钟速率下运行，该并行时钟速率一般仅为串行时钟速率的分数值(通常为1/N，其中N是触发信号解串器110产生的并行数据的位宽)。
一般而言，图3的定时装置100是通过将触发信号数据从第一较快时钟域转到第二较慢时钟域而工作的，该第一较快时钟域在触发信号解串器110的串行(或“MGT”)时钟速率下运行，该第二较慢时钟域在FPGA101的(“FPGA”)时钟速率下运行。由于在第二较慢时钟域中对触发信号数据进行了处理，因而避免了在第一较快时钟域中对触发信号数据进行处理(如果确实有此需要，在第一时钟域中也可以在这种较快速度下对触发信号进行处理)。例如，使用10GHzMGT作为触发信号解串器110和输出串行器130便准许对触发信号数据进行处理，以及以100ps的定时精度产生控制数据。然而，通过使用64位宽并行触发信号数据，FPGA101的处理装置120可在更高可实现的156.25MHz(1/64×10GHz)下对该数据进行处理。
图4a到4c说明了图3所示定时装置100在一种示例中为产生不同形式的控制数据的运行，在该示例中，处理装置120接收触发信号解串器110作为4位宽并行数据输出的触发信号数据，该触4位宽并行数据包括以下序列：
0000
0111
1111
此处，触发信号数据0000指示还未产生触发信号，触发信号数据0111包含指示激光器发射以便离子化样本材料(即，触发事件)的触发信号，该触发信号为低转变到高(即，从0位转变到1位)的形式，以及触发信号数据1111指示已经产生了触发信号。
在图4a中，处理装置120基于触发信号解串器作为并行数据112输出的触发信号数据，通过将其从触发信号解串器110接收到的触发信号数据直接再输出到输出串行器130，来产生控制数据。这表示定时装置100的最小等待延迟(latencydelay)，在这种情况下的最小等待延迟为触发信号解串器110的串行时钟速率下的八个时钟周期或在触发信号解串器110的并行时钟速率下的两个时钟周期，如图4a所示。
在图4b中，处理装置120再一次基于触发信号解串器作为并行数据112输出的触发信号数据，通过将其从触发信号解串器110接收到的触发信号数据再输出到输出串行器130，来产生控制数据。然而，与图4a不同，在图4b中，触发信号数据不是由处理装置120直接再输出到输出串行器130。相反，在图4b中，当处理装置120检测到触发信号时，通过在控制数据中插入一个或多个额外的0位，处理装置120在控制数据被输出到输出串行器130之前于控制数据中插入延迟。处理装置120插入到控制数据中的每一个0位都提供了在触发信号解串器100的串行时钟速率下的一个时钟周期的额外延迟(除了定时装置100的等待延迟之外)。这样，处理装置120可以根据在触发信号解串器110的串行时钟速率下的一个时钟周期的精度，产生具有任何所需延迟的控制数据。
在图4b所示的具体示例中，在控制数据中插入了一个时钟周期的延迟(一个0位)，从而使处理装置120接收到的触发信号数据0111变为控制数据0011。根据图4a或4b产生而作为串行数据132输出的控制数据可用于直接或间接(例如，经由转换装置)地控制质谱仪的一个或多个部件，例如，提取板、离子透镜、离子消隐门(ionblankinggate)和/或气阀。
在图4c中，若处理装置120检测到由触发信号解串器110作为并行数据112输出的触发信号数据中含有触发信号，处理装置120则基于由触发信号解串器110作为并行数据112输出的触发信号数据，通过以数字波形(即，0和1的比特序列)的形式输出控制数据，来产生控制数据。这样，处理装置120可能能够根据在触发信号解串器110的串行时钟速率下的一个时钟周期的精度产生与检测到的触发信号同步的数字波形。
在图4c所示的具体示例中，处理装置120产生的数字波形为010110110011，但其他波形也可非常容易地产生。通过图4b所示的第二种运行模式，若处理装置检测到触发信号，则处理装置可能能够在控制数据被输出到输出串行器130之前，通过在控制数据中插入一个或多个额外的0位，来在控制数据中插入延迟。根据图4c或4b产生而作为串行数据132输出的控制数据可用于直接或间接(例如，经由转换装置)地控制质谱仪的一个或多个部件，例如，提取板、离子透镜、离子消隐门和/或气阀。
虽然在图4a到4c中由触发信号解串器110输出的触发信号数据为4位宽，但其他位宽也是可能的。
处理装置120例如可以基于固定逻辑(例如，处理装置120内的逻辑)或如图3所示基于来自外部微处理器的控制信号125来产生控制信号。
优选地，触发信号解串器110和输出串行器130例如优选地在触发信号解串器110的串行时钟速率下通过共同时钟源来计时，从而减少/防止触发信号解串器110与输出串行器130之间的抖动。
虽然图3所示的定时装置100仅具有一个输出串行器130，但是在其他实施例中，定时装置100可具有多个输出串行器，例如，参考图9所述的定时装置300便具有多个输出串行器。
受噪声影响，触发信号数据中可能发生从低到高(0位到1位)的转变。因此，处理装置120可设置为：例如，若处理装置检测到在由低到高的转变之前的一连串0位后面是在低到高的转变之后的一连串1位，则认为是检测到了触发信号，以便降低误检测到触发信号的风险，换言之，以便实现“噪声免疫”。作为替代或另外地，触发信号数据源的比较器例如可用于实现滞后，以便帮助减少由光电二极管的输出上的噪声而引起比较器误输出触发信号的可能性。
在某些实施例中，输出串行器130作为串行数据132输出的控制数据可以直接控制质谱仪的部件。在其他实施例中，输出串行器130作为串行数据132输出的控制数据可以间接控制质谱仪的部件，例如，将输出串行器130作为串行数据132输出的控制数据转换为控制该部件的控制信号。
图5a到5c示出了使用图3所示定时装置100产生用于控制质谱仪的部件的控制信号的不同布置。
图5a和5b示出了一种用于质谱仪的包括定时装置100和转换装置140的布置。转换装置140用于将由输出串行器130作为串行数据132输出的控制数据转换成用于控制质谱仪的部件的高压(例如，±500V或更大、±1kV或更大)模拟控制信号。转换装置140包括缓冲器143、低通滤波器144和放大器146。低通滤波器144包括电阻器144a和接地的电容器144b。
使用时，低通滤波器将输出串行器130作为串行数据输出的控制数据转换为模拟信号，如下文参考图6详细所述。缓冲器143用作驱动低通滤波器144的低阻抗源。放大器146对低通滤波器146输出的模拟信号进行放大以产生高压模拟信号。由转换装置输出的生成的放大模拟信号是用于控制质谱仪的部件的高压模拟控制信号。
图5a和5b均示出了定时装置100的处理装置120，该处理装置120具有数字波形152，该数字波形152在处理装置120检测到触发信号时由处理装置120作为控制数据输出。在图5a中，数字波形152由三角积分(deltasigma)数模转换器(DAC)150提供，该三角积分数模转换器150可产生“飞行中的”数字波形152。在图5b中，数字波形152是预定的，已经过预计算并存储在存储器(未示出)中，该存储器将数字波形152提供给处理装置120。
在图5a和5b中，在低压域中进行低通滤波，即在放大之前进行低通滤波。然而，如图5c所示(否则与图5b相同)，通过采用高压脉冲开关147驱动低通滤波器144，可在高压域中进行低通滤波。高压脉冲开关147可设置为：例如，当其接收到1位时，输出高压(±500V或更大、±1kV或更大)；当其接收到0位时，不输出电压。
图6图示了图5a到5c所示用于产生模拟控制信号的布置的运行情况。
如图6所示，若处理装置120检测到由触发信号解串器110作为并行数据112输出的触发信号数据中含有触发信号时，处理装置120输出数字波形形式的控制数据。然后由输出串行器130将预定的数字波形作为串行数据132输出。这类似于上文参考图4c所述的处理装置120的运行。
如图6所示，由输出串行器130作为串行数据132输出的数字波形通过转换装置140转换为高压模拟控制信号。从数字波形到模拟波形这一转换是由低通滤波器144实现的，该低通滤波器144通过移除数字波形的高频切换组分将0位序列转换为最小模拟电压，将1位序列转换为最大模拟电压，将0位和1位交替的序列转换为50％介于最小模拟电压和最大模拟电压之间的模拟电压。采用具有不同数字波形的控制数据也可产生其他模拟电压。
通过在由处理装置产生的控制数据中插入额外的0位，可产生提供任何所需的延迟的模拟控制信号，如上文参考图4b和4c所述。
虽然图5a到5c图示了转换装置将控制数据转换为高压模拟控制信号的布置，但是，通过省略任何这些布置中所用到的低通滤波器144，转换装置还可轻易地用于将控制数据转换为高压数字控制信号。在转换装置用于将控制数据转换为高压数字控制信号时，控制数据中的每一个0位例如都可以导致为0V的高压数字控制信号，而控制数据中的每一个1位都可以导致高电压(±500V或更大、±1kV或更大)的高压数字控制信号。
虽然图5a到5c图示了转换装置将一个输出串行器130产生的控制数据转换为一个控制信号的布置，但是，使用多个输出串行器和转换装置也可以产生多个控制信号，针对每个输出串行器，转换装置皆包括缓冲器、低通滤波器、放大器和/或高压脉冲开关。
注意，图5a到5c所示布置中的转换装置140可做如下设置使得：若输出串行器130作为串行数据132输出的控制数据与由检测到的触发信号指示的触发事件同步，则生成的控制信号142与触发事件同步。
由图5a到图5c任一图中所示布置产生的控制信号142可用于控制质谱仪的部件，例如，提取板和/或离子透镜。
图2所示的定时电子装置70a能用于对质谱仪的模数转换器产生的数据进行调整，使得调整后的数据与指示发生了触发事件(例如，激光器的发射)的触发信号同步。在过去，若检测到了触发信号，这种同步一般通过重置模数转换器系统或使用选通时钟技术来实现。然而，这两种方法都存在问题，这是因为要求根据这些方法实现同步的逻辑必须在由模数转换器输出的数据的时钟速率下运行，该时钟速率通常非常快。当实施多通道模数转换器系统时，这些问题会更加严重。
为了解决这些问题，在模数转换器输出的数据被定时电子装置接收之前，可以将该数据多路复用，使得由模数转换器输出的数据的多个样本被计时到定时电子装置的FPGA中，在FPGA的每个时钟边缘，以便降低对定时电子装置的速度要求。然而，以此方式对模数转换器产生的数据进行多路复用意味着定时电子装置不能确定由模数转换器输出的数据的哪一部分与触发信号对准。
图7示出了用于处理含有指示发生了触发事件的触发信号的触发信号数据的另一种定时装置200。
下文说明了定时装置200可如何被配置用于调整由质谱仪的模数转换器产生的数据，使得调整后的数据与指示发生了触发事件的触发信号同步。然而，对于本领域的技术人员来说应该是显而易见的是，也可以其他方式使用定时装置100，定时装置100也可以用在除质谱仪之外的设备中。
如图7所示，定时装置200包括具有触发信号解串器210的FPGA101，该触发信号解串器210为MGT接收机的形式，用于接收含有指示发生了触发事件的触发信号的触发信号数据作为串行数据202，并将触发信号数据作为并行数据212输出。
如上文参考图1所述，由触发信号解串器210作为串行数据202接收的触发信号数据例如可以是由包括光电二极管和比较器的触发信号数据源输出的。
定时装置200还具有处理装置220，该处理装置220用于处理由触发信号解串器210作为并行数据212输出的触发信号数据。
对于图7所示的定时装置100，处理装置220为“数据调整”逻辑，该逻辑优选地用于基于触发信号解串器210作为并行数据212输出的触发信号数据产生调整后的额外数据。更优选地，处理装置220用于对触发信号解串器作为并行数据212输出的触发信号数据中含有的触发信号进行检测，并基于检测到的触发信号通过调整计时装置接收的额外数据而产生调整后的额外数据，使得调整后的额外数据能够与由检测到的触发信号所指示的触发事件同步。
处理装置220优选地在触发信号解串器210的并行时钟速率下运行，该并行时钟速率由FPGA201的时钟确定。
图7所示定时装置200的处理装置200优选地用于优选地在触发信号解串器210的并行时钟速率下将调整后的额外数据作为并行数据222输出。
如图7所示，由定时装置200接收到的额外数据是由额外数据源输出的数据，这种情况下的额外数据源包括质谱仪的模数转换器(ADC)240，该ADC240优选地用于优选地在触发信号解串器210的并行时钟速率下将额外数据用作并行数据242输出。
优选地，ADC240用于基于质谱仪(未示出)的离子检测器的输出(例如，模拟输出)来输出额外数据。例如，由ADC240产生的额外数据可包括多个样本，每个样本为一个数字值，该数字值表示各个样本点处由离子检测器产生的模拟电压。数字值优选地通过ADC240多路复用，从而使ADC240将额外数据作为并行数据242输出。例如，ADC240可将额外数据分成例如四个样本输出，这四个样本并行输出，如下文参考图8所述。
优选地，ADC240用于输出额外数据，使得每对应一位触发信号数据便输出一个额外数据样本，因为这有助于简化额外数据与由处理装置检测到的触发信号之间的同步。
优选地，触发信号解串器210和ADC240例如优选地在触发信号解串器的串行时钟速率下通过共同时钟源来计时，从而减少/防止触发信号解串器210与ADC240之间的抖动。
虽然图7示出了产生额外数据作为并行数据242的ADC240，但是在其他实施例(未图示)中，ADC240可产生串行数据，在这种情况下，定时装置可具有额外数据解串器(未图示)，该额外数据解串器用于接收由定时装置接收的额外数据作为串行数据，并优选地在触发信号解串器210的并行时钟速率下将额外数据作为并行数据输出。
图8图示了图7所示定时装置200在一种示例中的运行，在该示例中，ADC240将额外数据作为并行数据分四个额外数据样本由ADC240在触发信号解串器的并行时钟速率下输出，且触发信号解串器在并行时钟速率下将触发信号数据作为4位宽并行数据输出(因此，ADC240每对应一位触发信号数据便输出一个额外数据样本)。
如图8所示，由触发信号解串器210作为串行数据202接收的触发信号数据中含有的触发信号与由ADC240作为并行数据242输出的额外数据的样本‘f’一致。然而，由ADC240作为并行数据242输出的额外数据在ADC240的数据_总线(data_bus)字节通道0上恰好具有样本‘e’(当然，该触发信号可与任何一个数据_总线字节通道上由ADC240输出的样本一致)。然而，由于触发信号解串器210执行的解串行操作，处理装置220能够检测到触发信号并能精确确定出ADC240的哪一条数据_总线字节通道与检测到的触发信号一致，且因此，能够产生与检测到的触发信号同步的调整后的额外数据。
在图8所示的具体示例中，处理装置通过丢弃其从ADC240作为并行数据242接收到的额外数据中的样本‘e’来产生与检测到的触发信号同步的调整后的额外数据，使得样本‘f’与数据_总线_0重新对准，从而使该样本恰为存储器中存储的第一样本。
一般而言，通过对额外数据源(本示例中为外部ADC240)和相同时钟源中的触发信号解串器进行计时，处理装置能够基于由触发信号解串器作为并行数据输出的触发信号数据，对额外数据源输出的额外数据进行同步(时间对准)。
这些原理可适用于例如多个额外数据源，从而使多个额外数据源中的每一个额外数据源产生的各个额外数据都能够与相同的触发信号同步。
本发明人已注意到，MGT是为通信应用而设计的，在通信应用中，在发射出/接收到的串行数据中，通常连续的1位和0位的数量是有限的。大量连续的1位和0位会导致MGT接收机中的输入电路发生基线漂移，导致计时不准确。输入线路空闲时段的延长会使MGT接收机中的时钟恢复电路或协议支持电路出现问题，会导致MGT接收机发生重对准。为了将MGT接收机用作触发信号解串器，MGT接收机优选地设置为：利用大量连续的0位和1位正确运行。
图9示出了又一种用于处理含有指示发生了触发事件的触发信号的触发信号数据的定时装置300。
如图9所示，定时装置300与上文所述的图3中的定时装置100类似。因此，已经为图9所示定时装置300中与图3所示定时装置100的特征相对应的特征提供了对应的附图标记，此处不需要进一步详细说明。
相比图3所示的定时装置100，图9所示的定时装置300具有多个输出串行器330a和330b，这些输出串行器330a和330b为MGT发射机的形式，其中各个输出串行器330a和330b用于接收由处理装置作为并行数据332a、332b输出的各自控制数据，并优选地在触发信号解串器的串行时钟速率下将各自控制数据作为串行数据332a和332b输出。
通过选择适当数量的输出串行器，本布置准许用于控制任何数量的部件的运行的控制数据能够通过本装置作为串行数据332a和332b被输出。优选地，触发信号解串器310和多个输出串行器330a和330b都设置为通过共同时钟源进行计时。优选地，处理装置320用于检测由触发信号解串器用作并行数据312输出的触发信号数据中含有的触发信号，并产生控制数据，从而使得由各个输出串行器330a和330b输出的(各自的)控制数据与同一检测到的触发信号同步。
图9所示的定时装置还具有控制系统350，该控制系统优选地用于控制处理装置320(“控制逻辑”)，且优选地设置为经由系统臂352控制质谱仪的其他元件。
包括MGT接收机的电路通常要求外部和/或内部直流阻隔电容器，该阻隔电容器结合线路终端电阻器用作高通滤波器。本发明人已注意到，将具有0位长序列(后面跟着1位长序列)的触发信号数据输入这种电路会导致在阻隔电容器上积累电荷。这具有改变了MGT接收机中的阈值点的影响，反过来又具有抖动MGT接收机的触发点的影响。
图10图示了在包括MGT接收机和阻隔电容器的电路中由含有0位或1位长序列的触发信号数据导致的抖动。
图10中的上部波形表示“理想”情况，在该情况下，电路不包括阻隔电容器。图10中的下部段波形表示“真实”情况，在该情况下，电路包括阻隔电容器。1位长序列示出了由使用阻隔电容器产生的抖动。
为了解决这一问题，图9所示的定时装置300具有预触发信号数据源360，该预触发信号数据源360包括以MGT发射机形式存在的串行器，且优选地设置为基于来自处理装置320的控制信号327而运行。
第三定时装置具有“或”门370，触发信号解串器经由该“或”门370接收触发信号数据和预触发信号数据。
预触发信号数据源360的串行器设置为：将预触发信号数据作为串行数据362输出，该串行数据362在定时装置300接收含有触发信号的触发信号数据之前由触发信号解串器310接收，该预触发信号数据优选地含有多个0位和1位之间的转变(例如，10101010)。这样，可以将由上述直流漂移导致的时间对准误差最小化。
为了实现最佳效果，预触发信号数据源优选地设置为：尽可能在接近触发信号指示的触发事件时输出预触发信号数据，预触发信号和触发事件之间的间隔时间优选不超过100微秒，更优选地，不超过10微秒，更优选地不超过1微秒。通过恰当地设置控制系统350便可实现这么小的时间间隔，该控制系统可控制触发事件(例如，激光器的发射以便离子化样本材料)和预触发信号数据源。
在几百纳秒期间，预触发信号可采取交替10101010样式的形式。这种波形可具有足够的高频含量以便恢复直流偏移。然而，预触发信号也可采取其他形式。
当在本说明书和权利要求书中使用时，术语“包括”、“包含”及其变形都意味着包括具体的特征、步骤或整体。这些术语不可被解释为排除其他特征、步骤或整体的存在。
在上述说明书中、或在下述权利要求书中、或在附图中公开的特征，无论是以其具体形式或是依据执行所公开的功能的装置、或用于实现所公开的结果的方法或过程，只要方法适当，便可以独立地或以这些特征的任意组合通过它们的多种形式用于实现本发明。
虽然已经结合上述示例性实施例对本发明进行了说明，但在提供了本公开的情况下，在不偏离所公开的广义构思的情况下，许多等同修改和变形对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，本专利的保护范围仅由所附权利要求书限定，如参考说明书和附图所做的解释，不受本文描述的实施例的限制。
当某元件描述为“用于”实现某一效果时，该元件也可描述为“设置为”实现该效果。
例如，虽然在质谱仪的上下文中已经对此处说明的这些装置进行了说明，但是这些装置也可用于质谱仪之外的其他设备中，例如，其他主要用于产生与触发信号同步的数据的设备，比如瞬态记录仪、数字示波器、定时计数器、脉冲发生器、脉冲序列发生器、逻辑分析器和射频数模转换器(RFDAC)。

Claims (15)

1.一种用于处理含有指示发生了触发事件的触发信号的触发信号数据的定时装置，其特征在于，所述定时装置具有：
触发信号解串器，用于接收含有指示发生了触发事件的触发信号的触发信号数据作为串行数据，并将所述触发信号数据作为并行数据输出；以及，
处理装置，所述处理装置用于处理由所述触发信号解串器作为并行数据输出的触发信号数据；
其中，所述处理装置用于，检测由所述触发信号解串器作为并行数据输出的触发信号数据中所含有的触发信号，并且基于检测到的所述触发信号产生用于控制一个或多个部件的运行的控制数据，使得所述控制数据与由检测到的所述触发信号指示的触发事件同步；
其中，所述处理装置用于，将所述控制数据作为并行数据输出，以及所述定时装置具有一个或多个输出串行器，每一个输出串行器用于接收由所述处理装置作为并行数据输出的各个控制数据并将所述各个控制数据作为串行数据输出。
2.根据权利要求1所述的定时装置，其特征在于，所述处理装置用于：若所述处理装置检测到了触发信号，向所述控制数据中插入延迟。
3.根据权利要求1或2所述的定时装置，其特征在于，所述定时装置包括在具有一个或多个部件的设备中，其中，所述处理装置用于产生控制所述一个或多个部件的运行的控制数据。
4.根据权利要求3所述的定时装置，其特征在于，所述设备包括转换装置，所述转换装置用于将一个或多个输出串行器作为串行数据输出的控制数据转换成用于控制所述一个或多个部件的一个或多个模拟控制信号。
5.根据权利要求3所述的定时装置，其特征在于，所述设备为质谱仪，以及所述一个或多个部件包括以下一个或多个：提取板、离子透镜、离子消隐门和气阀。
6.一种用于处理含有指示发生了触发事件的触发信号的触发信号数据的定时装置，其特征在于，所述定时装置具有：
触发信号解串器，所述触发信号解串器用于接收含有指示发生了触发事件的触发信号的触发信号数据作为串行数据，并将所述触发信号数据作为并行数据输出；
处理装置，所述处理装置用于处理由所述触发信号解串器作为并行数据输出的触发信号数据；
其中，所述处理装置用于，检测由所述触发信号解串器作为并行数据输出的触发信号数据中所含有的触发信号，并且基于检测到的所述触发信号，通过调整所述定时装置接收到的额外数据，来产生调整后的额外数据，使得所述调整后的额外数据与由检测到的所述触发信号指示的触发事件同步。
7.根据权利要求6所述的定时装置，其特征在于，所述定时装置包括在具有额外数据源的设备中，所述额外数据源用于输出所述额外数据，其中，所述定时装置用于接收由所述额外数据源输出的额外数据。
8.根据权利要求7所述的定时装置，其特征在于，所述额外数据源包括模数转换器，
其中，所述设备为质谱仪，以及，其中，所述模数转换器用于基于所述质谱仪的离子探测器的输出而输出额外数据。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的定时装置，其特征在于，所述触发事件为激光器的发射以使样本材料离子化。
10.根据权利要求6至8中任一项所述的定时装置，其特征在于，所述定时装置具有预触发信号数据源或连接至预触发信号数据源，所述预触发信号数据源用于：在所述定时装置接收含有触发信号的触发信号数据之前，输出预触发信号数据，作为待由所述触发信号解串器接收的串行数据。
11.根据权利要求10所述的定时装置，其特征在于，所述预触发信号数据源用于：在所述定时装置接收含有触发信号的触发信号数据之前，输出含有0位和1位之间多次转变的预触发信号数据，作为待由所述触发信号解串器接收的串行数据；
和/或，
所述预触发信号数据源设置为：以所述预触发信号和所述触发事件之间不超过100微秒的间隔时间输出所述预触发信号数据。
12.根据权利要求6至8中任一项所述的定时装置，其特征在于，所述定时装置具有一个或多个输出串行器，每一个输出串行器用于接收由所述处理装置作为并行数据输出的各个控制数据并将所述各个控制数据作为串行数据输出，其中，
任何上述的触发信号解串器和/或输出串行器均为数千兆位收发器/千兆位收发器块；和/或，
所述定时装置具有现场可编程门阵列，以及所述触发信号解串器包含在所述现场可编程门阵列中。
13.一种电子设备，其特征在于，其具有：
根据上述权利要求中任一项所述的定时装置；
触发信号数据源，用于将含有指示发生了触发事件的触发信号的触发信号数据作为串行数据输出；
其中，所述定时装置的所述触发信号解串器用于接收由所述触发信号数据源输出的触发信号数据。
14.根据权利要求13所述的电子设备，其特征在于，所述设备为质谱仪。
15.根据权利要求14所述的电子设备，其特征在于，所述触发信号数据源包括光电二极管和比较器，所述光电二极管的定位为接收激光器发射出的光以便离子化样本材料，所述比较器用于将所述光电二极管的输出与参考值进行比较，使得所述比较器：当所述光电二极管接收由所述激光器发射出的光时，输出第一电压；以及当所述光电二极管不接收由所述激光器发射出的光时，输出不同的第二电压。
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