CN113013016A - 一种飞行时间核酸质谱仪的pie控制器电路及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种飞行时间核酸质谱仪的PIE控制器电路及其控制方法，其包括直流电源模块，LDO稳压芯片，FPGA延时模块、逻辑器件、光耦隔离控制电路和MOSFET级联控制模块，上述电路单元在直流电源模块到MOSFET级联控制模块传输方向上依序连接，还包括触发信号整形电路、反相器、单稳态定时器电路，LDO稳压芯片给触发信号整形、反相器和单稳态定时器电路供电。该飞行时间核酸质谱仪的PIE控制器电路通过该PIE控制器使得不同时间形成的相同离子将至于同一起跑线上，且通过控制器产生一个3KV的延时电压使得不同质量的离子在该电场租用下离子间隔拉大，保证质谱分析的分辨率。

Description

一种飞行时间核酸质谱仪的PIE控制器电路及其控制方法
技术领域：
本发明涉及分子诊断核酸质谱领域，特定言之，本发明涉及一种飞行时间核酸质谱仪的PIE控制器电路及其控制方法。
背景技术：
现有的飞行时间核酸质谱仪技术方案采用激光器的内部触发信号到延时模块，在控制模数转换器和高压脉冲模块达到离子延时的目的，提高质量分析分辨率的功能,但激光器输出的外部中断信号不是很好，存在震荡，畸形等情况,在需要捕捉电路和扩展电路进行捕捉和扩展时，很容易受到外界的干扰而导致功能失效；并且是通过MCU进行激光同步信号的捕捉，MCU计数延时后输出给高压脉冲模块和采集卡，脉冲信号是随机的，那么MCU抓取信号的时间误差为一个周期，要达到稳定需要+-200ps以内的稳定，抓取信号难度大，最后就是现有技术方案仅通过单稳态或者定时器电路来做简单的延时，或者是通过延时芯片和mcu控制较为复杂且精度低。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是，提供一种使得不同时间形成的相同离子将至于同一起跑线上，且通过控制器产生一个延时电压使得不同质量的离子在该电场作用下离子间隔拉大，保证质谱分析的分辨率的飞行时间核酸质谱仪的PIE控制器电路。
本发明的技术解决方案是，提供一种飞行时间核酸质谱仪的PIE控制器电路，其包括直流电源模块，LDO稳压芯片，FPGA延时模块、逻辑器件、光耦隔离控制电路和MOSFET级联控制模块，上述电路单元在直流电源模块到MOSFET级联控制模块传输方向上依序连接，还包括触发信号整形电路、反相器、单稳态定时器电路，LDO稳压芯片给触发信号整形、反相器和单稳态定时器电路供电，触发信号整形、反相器和单稳态定时器电路依次将PIE触发信号整形、反相、进行展宽信号后输送到FPGA延时模块，通过逻辑器件同步输出信号控制，其中，一路信号通过光耦隔离控制电路控制MOSFET级联控制模块导通使得RC电路的高压电容的一端高压3KV接地，另外一路信号输出触发高速采集卡使能。
作为优选，触发信号整形电路为三极管。
作为优选，单稳态定时器电路为耦合电感。
本发明还提供一种飞行时间核酸质谱仪的PIE控制器电路的控制方法，包括以下步骤，
首先，LDO稳压芯片将主电源变压输出20KV、3KV至PIE控制器，输出5V至FPGA延时模块，此时主电源输出24V经过LDO稳压芯片变压输出VCC给PIE控制器中的电路单元提供能量，同时24V直接给耦合电感供电；
其次，当质谱飞行时，主机通过232线输出激光控制信号使激光器激发，同时输出激光延时信号，经三极管信号的整形优化，反相器信号反相及单稳态定时器电路进行展宽信号，再经FPGA(xc7k70tf)延时模块的高精度精准延时(FPGA延时模块可以通过上位机来设置延时时间)，然后通过逻辑器件同步输出信号控制；
接着，一路信号通过耦合电感控制MOSFET级联控制模块导通使得高压电容的一端高压3KV接地，使得电容两端电压存在3KV的压差延时加速，使得不同时间形成的离子将至于同一起跑线上，也使不同质量的离子间隔拉大，保证质谱分析的分辨率；另外一路信号输出触发高速采集卡使能，当离子飞行到离子检测器进行增益放大，高速采集卡将模拟信号转换为数字信号至主机上位机形成质谱图。
采用以上方案后与现有技术相比，本发明具有以下优点：同目前市面的方案相比较，整体电路控制简单，信号完整性高，提高了电路的可靠性；延时时间范围宽，且可调延时时间，提高质谱的分辨率；增加耦合电感控制高压模块保证高压部分损坏时不会影响到低压控制电路；采用FPGA延时模块精度高，而且可以通过上位机控制延时时间，延时时间范围宽，稳定性高；可以通过远程升级程序，也可查看控制器目前运行的情况。
附图说明：
图1为本发明的PIE控制器的原理框图。
图2为本发明的延时模块总体控制框图。
具体实施方式：
下面结合附图就具体实施方式对本发明作进一步说明：
实施例1
如图1-2所示，一种飞行时间核酸质谱仪的PIE控制器电路，其包括直流电源模块，LDO稳压芯片，FPGA延时模块、逻辑器件、光耦隔离控制电路和MOSFET级联控制模块，上述电路单元在直流电源模块到MOSFET级联控制模块传输方向上依序连接，还包括触发信号整形电路、反相器、单稳态定时器电路，LDO稳压芯片给触发信号整形、反相器和单稳态定时器电路供电，触发信号整形、反相器和单稳态定时器电路依次将PIE触发信号整形、反相、进行展宽信号后输送到FPGA延时模块，通过逻辑器件同步输出信号控制，其中，一路信号通过光耦隔离控制电路控制MOSFET级联控制模块导通使得RC电路的高压电容的一端高压3KV接地，另外一路信号输出触发高速采集卡使能。
承上述，本实施例中，触发信号整形电路为三极管，单稳态定时器电路为耦合电感。
该飞行时间核酸质谱仪的PIE控制器电路的具体控制方法如下，包括以下步骤，
首先，整机上电，主电源输出25V，该路变压输出20KV、3KV至PIE控制器；输出5V至FPGA延时模块，LDO稳压芯片将主电源变压输出20KV、3KV至PIE控制器，输出5V至FPGA延时模块，主电源输出24V经过LDO变压输出VCC(+5V)给控制器中的所有芯片提供能量，同时24V直接给耦合电感供电；
其次，当质谱飞行时，主机通过232线输出激光控制信号使激光器激发，同时输出激光延时信号，经三极管(MMBT3904)信号的整形优化，反相器信号反相及单稳态定时器电路进行展宽信号，再经FPGA(xc7k70tf)延时模块的高精度精准延时(FPGA延时模块可以通过上位机来设置延时时间)，然后通过逻辑器件同步输出信号控制；
接着，一路信号通过耦合电感控制MOSFET级联控制模块导通使得高压电容的一端高压3KV接地，使得电容两端电压存在3KV的压差延时加速，使得不同时间形成的离子将至于同一起跑线上，也使不同质量的离子间隔拉大，保证质谱分析的分辨率；另外一路信号输出触发高速采集卡使能，当离子飞行到离子检测器进行增益放大，高速采集卡将模拟信号转换为数字信号至主机上位机形成质谱图。
同目前市面的方案相比较，本发明通过该PIE控制器使得不同时间形成的相同离子将至于同一起跑线上，且通过控制器产生一个3KV的延时电压使得不同质量的离子在该电场租用下离子间隔拉大，保证质谱分析的分辨率，整体电路控制简单，信号完整性高，提高了电路的可靠性；延时时间范围宽，且可调延时时间，提高质谱的分辨率；增加耦合电感控制高压模块保证高压部分损坏时不会影响到低压控制电路；采用FPGA延时模块精度高，而且可以通过上位机控制延时时间，延时时间范围宽，稳定性高；可以通过远程升级程序，也可查看控制器目前运行的情况。
以上仅就本发明较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。凡是利用本发明说明书所做的等效结构或等效流程变换，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (5)

1.一种飞行时间核酸质谱仪的PIE控制器电路，其特征在于：其包括直流电源模块，LDO稳压芯片，FPGA延时模块、逻辑器件、光耦隔离控制电路和MOSFET级联控制模块，上述电路单元在直流电源模块到MOSFET级联控制模块传输方向上依序连接，还包括触发信号整形电路、反相器、单稳态定时器电路，LDO稳压芯片给触发信号整形、反相器和单稳态定时器电路供电，触发信号整形、反相器和单稳态定时器电路依次将PIE触发信号整形、反相、进行展宽信号后输送到FPGA延时模块，通过逻辑器件同步输出信号控制，其中，一路信号通过光耦隔离控制电路控制MOSFET级联控制模块导通使得RC电路的高压电容的一端高压3KV接地，另外一路信号输出触发高速采集卡使能。
2.根据权利要求1所述的飞行时间核酸质谱仪的PIE控制器电路，其特征在于：触发信号整形电路为三极管。
3.根据权利要求1所述的飞行时间核酸质谱仪的PIE控制器电路，其特征在于：单稳态定时器电路为耦合电感。
4.根据权利要求1所述的飞行时间核酸质谱仪的PIE控制器电路的控制方法，其特征在于：包括以下步骤，
首先，LDO稳压芯片将主电源变压输出20KV、3KV至PIE控制器，输出5V至FPGA延时模块，此时主电源输出24V经过LDO稳压芯片变压输出VCC给PIE控制器中的电路单元提供能量，同时24V直接给耦合电感供电；
其次，当质谱飞行时，主机输出激光控制信号使激光器激发，同时输出激光延时信号，经三极管信号的整形优化，反相器信号反相及单稳态定时器电路进行展宽信号，再经FPGA延时模块的高精度精准延时，然后通过逻辑器件同步输出信号控制；
接着，一路信号通过耦合电感控制MOSFET级联控制模块导通使得高压电容的一端高压3KV接地，使得电容两端电压存在3KV的压差延时加速，使得不同时间形成的离子将至于同一起跑线上，也使不同质量的离子间隔拉大，保证质谱分析的分辨率；另外一路信号输出触发高速采集卡使能，当离子飞行到离子检测器进行增益放大，高速采集卡将模拟信号转换为数字信号至主机上位机形成质谱图。
5.根据权利要求4所述的飞行时间核酸质谱仪的PIE控制器电路的控制方法，其特征在于：FPGA延时模块可以通过上位机来设置延时时间。
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