CN113189190A - 一种射频电源控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种射频电源控制器，包括信号发生器、功率放大器、电流放大器、线圈变压模块、负载和直流电源组；信号发生器，可操作以提供一个频率和幅值可调的第一射频信号；功率放大器，其输入端与信号发生器的输出端连接，功率放大器可操作以对射频信号进行电压放大；电流放大器，其输入端与功率放大器的输出端连接，电流放大器可操作以对高功率信号进行电流放大；线圈变压模块，其输入端与电流放大器的输出端、直流电源组的输出端连接，其输出端与所述负载连接，线圈变压模块可操作以对第二射频信号叠加一直流电压，并向负载输出两个幅值相同但相位相反的射频电压，能有效解决现有技术中离子传输系统施加强电场造成离子断裂的问题。
Description
技术领域
本发明涉及质谱技术领域，尤其涉及一种射频电源控制器。
背景技术
质谱技术(Mass Spectrometry)广泛应用于物质分子组成的分析检测，而化学电离则是常用的一种电离方法，其产生的离子需要通过离子导向装置传输到质量分析器进行筛分，而后送至检测器转换为可测量的电信号，经数据采集与分析后获得相应谱图。
传统的离子传输采用静电环等直接加载直流电压产生电场的方式，一般需要加载强电场，容易造成离子断裂，失去原有的组分，加上静电环通常比较大，聚焦能力很差。近年来多极杆在质谱中离子传输中得到广泛的应用，其中包括碰撞聚焦离子导向(CFIGs)和离子漏斗(Ion funnel，IF)。多极杆为CFIGs普遍采用的一种，通过加载射频电压所产生的聚焦作用，引导离子沿着多极杆的轴向运动，其间离子的能量通过与载气的碰撞而消散，需施加额外的直流电场才能使离子进入高真空区域(如质量分析器区)。离子漏斗则由一组紧密相连、沿着轴向直径逐渐减小的环状电极排列而形成漏斗形状，相邻电极上加载异相射频电压，驱动离子沿着轴向运动。上述两种离子传输系统与传统的静电环相比，其离子传输效率和聚焦能力要优越很多，在目前的质谱技术应用中有广泛的应用，但CFIGs平行结构限制了其聚焦的能力，离子漏斗则结构比较复杂，使用起来也不太方便。
由此可见，离子传输对化学电离质谱仪的性能有着非常重要的影响，特别是对于离子束的传输，但目前离子传输系统施加强电场造成离子断裂，影响化学电离质谱的灵敏度及检测限。
发明内容
本发明实施例提供一种射频电源控制器，易于调制出所需射频电压的幅值和频率，能有效解决现有技术中离子传输系统施加强电场造成离子断裂的问题，有效提高离子的传输效率和聚焦效率。
本发明一实施例提供一种射频电源控制器，包括信号发生器、功率放大器、电流放大器、线圈变压模块、负载和直流电源组；
所述信号发生器，可操作以提供一个频率和幅值可调的第一射频信号；
所述功率放大器，其输入端与所述信号发生器的输出端连接，所述功率放大器可操作以对所述射频信号进行电压放大，获得高功率信号；
所述电流放大器，其输入端与所述功率放大器的输出端连接，所述电流放大器可操作以对所述高功率信号进行电流放大，获得第二射频信号；
所述线圈变压模块，其输入端分别与所述电流放大器的输出端、所述直流电源组的输出端连接，其输出端与所述负载连接，所述线圈变压模块可操作以对所述第二射频信号叠加来自所述直流电源组的一直流电压，并向所述负载输出两个幅值相同但相位相反的射频电压。
在一些实施例中，所述信号发生器包括波形发生器、第一电阻和第一可调电阻；
所述第一可调电阻，其一固定端经所述第一电阻连接至所述波形发生器的第一引脚，其另一固定端和可调端均连接至所述波形发生器的第十引脚，所述第一可调电阻可操作以调节所述第一射频信号的频率。
在一些实施例中，所述信号发生器还包括第二电阻、第一电容、第二电容、第三电容和第四电容；
所述波形发生器的第一引脚通过所述第一电容连接至地电位；
所述波形发生器的第五引脚通过所述第二电容连接至地电位；
所述波形发生器的第八引脚通过所述第二电阻连接至地电位；
所述波形发生器的第十七引脚与所述直流电源组中输出第一直流电源的正极端连接，并通过所述第四电容连接至地电位；
所述波形发生器的第二十引脚与所述直流电源组中输出第一直流电源的负极端连接，并通过所述第三电容连接至地电位；
所述波形发生器的第四引脚与所述直流电源组中输出第一直流电源的正极端连接；
所述波形发生器的第十九引脚与所述信号发生器的输出端连接。
在一些实施例中，所述功率放大器包括第一运算放大器、第二可调电阻、第三电阻及第四电阻；
所述第二可调电阻，其一固定端与所述信号发生器的输出端连接，其另一固定端经所述第三电阻连接至地电位，其可调端经所述第四电阻连接至所述第一运算放大器的负输入端，所述第二可调电阻可操作以接收所述第一射频信号，并调节其幅值。
在一些实施例中，所述功率放大器还包括第五电阻、第五电容及第六电容；
所述第一运算放大器的正输入端接至地电位；
所述第一运算放大器的负输入端通过所述第五电阻接至其输出端，且其输出端与所述功率放大器的输出端连接；
所述第一运算放大器的负电源端与所述直流电源组中输出第二直流电源的负极端连接，并经所述第五电容连接至地电位；
所述第一运算放大器的正电源端与所述直流电源组中输出所述第二直流电源的正极端连接，并经所述第六电容连接至地电位。
在一些实施例中，所述电流放大器包括第二运算放大器、第六电阻、第七电阻、第九电阻、第七电容及第八电容；
所述第二运算放大器的正输入端通过所述第六电阻与所述功率放大器的输出端连接，其正输入端可操作以接收所述高功率信号；
所述第二运算放大器的负输入端经所述第九电阻接地，并经所述第七电阻连接至其输出端，其输出端与所述电流放大器的输出端连接；
所述第二运算放大器的负电源端与所述直流电源组中输出第三直流电源的负极端连接，并经所述第八电容连接至地电位；
所述第二运算放大器的正电源端与所述直流电源组中输出所述第三直流电源的正极端连接，并经所述第七电容连接至地电位。
在一些实施例中，所述线圈变压模块包括第八电阻、第九电容、线圈变压器及稳压单元；所述线圈变压器包括初级绕组线圈、第一次级绕组线圈及第二次级绕组线圈；
所述初级绕组线圈的一端经所述第八电阻与所述电流放大器的输出端连接，另一端连接至地电位；
所述第一次级绕组线圈和所述第二次级绕组线圈串联接连，并在其之间连接所述直流电源组的第四直流电源，以及经所述第九电容连接至地电位，其可操作以施加直流电压；
所述稳压单元并联连接在所述第一次级绕组线圈和所述第二次级绕组线圈的两端；
所述第一次级绕组线圈与所述负载的第一负载端连接，所述第二次级绕组线圈与所述负载的第二负载端连接。
在一些实施例中，所述稳压单元由第十电容、第十一电容和第十二电容构成，所述射频电源控制器还包括检波电路，所述检波电路具有第一输入端和第二输入端；
所述第一输入端连接在所述第十电容和所述第十一电容之间，所述第二输入端连接在所述第十一电容和所述第十二电容之间。
在一些实施例中，所述检波电路还具有检波信号端和接地端；所述检波电路包括整流电路、第十三电容、第十电阻、稳压二极管及第十四电容；
所述整流电路由四个相连的二极管组成，每相邻两个二极管的连接处形成有桥接端，四个桥接端分别为顺次设置的第一桥接端、第二桥接端、第三桥接端与第四桥接端；所述第一桥接端与所述第一输入端连接；所述第三桥接端与所述第二输入端连接；所述第四桥接端与所述接地端连接，且所述第四桥接端经所述第十三电容连接至地电位；所述第二桥接端与所述检波信号端连接；
所述第十电阻、所述稳压二极管及所述第十四电容分别并联连接在所述检波信号端和所述接地端之间。
在一些实施例中，所述负载为多极杆。
与现有技术相比，本发明实施例公开的一种射频电源控制器，通过设置信号发生器、功率放大器、电流放大器、线圈变压模块、负载和直流电源组，信号发生器提供一个频率和幅值可调的第一射频信号，功率放大器，其输入端与所述信号发生器的输出端连接，所述功率放大器可操作以对所述射频信号进行电压放大，获得高功率信号，电流放大器，其输入端与所述功率放大器的输出端连接，所述电流放大器可操作以对所述高功率信号进行电流放大，获得第二射频信号，从而线圈变压模块，其输入端分别与所述电流放大器的输出端、所述直流电源组的输出端连接，其输出端与所述负载连接，所述线圈变压模块可操作以对所述第二射频信号叠加来自所述直流电源组的一直流电压，并向所述负载输出两个幅值相同但相位相反的射频电压。通过上述结构，向负载的两个电极加载叠加了一定直流电压的射频电压，实现易于调制出所需射频电压的幅值和频率，能有效解决现有技术中离子传输系统施加强电场造成离子断裂的问题，有效提高离子的传输效率和聚焦效率，同时该控制器结构简单，体积小，成本低，便于操作，易于制造，能进一步实现离子导向传输优化。本发明还应用于质谱中离子簇特别是弱相互作用的离子簇的传输，亦可应用于半导体工业领域的离子沉淀，以提高离子束在基底的沉积通量密度，具有适用范围广的特点。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的一种射频电源控制器的结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的一种射频电源控制器的电路结构示意图；
图3是本发明一实施例提供的射频电源控制器的应用示例图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，是本发明一实施例提供的一种射频电源控制器的结构示意图，所述射频电源控制器包括信号发生器101、功率放大器102、电流放大器103、线圈变压模块104、负载107和直流电源组106；
所述信号发生器101，可操作以提供一个频率和幅值可调的第一射频信号；
所述功率放大器102，其输入端与所述信号发生器101的输出端连接，所述功率放大器102可操作以对所述射频信号进行电压放大，获得高功率信号；
所述电流放大器103，其输入端与所述功率放大器102的输出端连接，所述电流放大器103可操作以对所述高功率信号进行电流放大，获得第二射频信号；
所述线圈变压模块104，其输入端分别与所述电流放大器103的输出端、所述直流电源组106的输出端连接，其输出端与所述负载107连接，所述线圈变压模块104可操作以对所述第二射频信号叠加来自所述直流电源组106的一直流电压，并向所述负载107输出两个幅值相同但相位相反的射频电压。
需要说明的是，直流电源组106为信号发生器101、功率放大器102、电流放大器103及线圈变压模块104提供直流电压，直流电源组106由多组直流电源构成，其电源电压值在±5V至±15V之间。信号发生器101用于在低压直流电源(一般正负5V)供电下运行，以提供第一射频信号，如高频率、高精度的三角形波、方波、锯齿波、正弦波等，本发明可采用中高频、低失真的正弦波信号。功率放大器102可具体为输入场效应的晶体管，具有低噪音、低失真、高电压转换率等特点，用于对第一射频信号进行电压放大。电流放大器103为具有高输出电流、高电压转换率的电流反馈放大器，用于对功率放大器102输出的高功率信号进行电流放大。线圈变压模块104用于将电流放大器103输出的第二射频信号进行升压后输出至负载，具体为在轴向加载一定大小的直流电压，使得向负载的两个电极施加幅值相同但相位相反的射频电压。更具体的，功率放大器102和电流放大器103需在直流电源组106提供正负5至15V直流电压的电源启动，用于离子传输(区别于具有质量选择功能的四极杆质量分析器)，射频电压的峰对峰幅度值通常可以控制在200V以下，频率低于3Hz，为了避免离子严重断裂，所叠加的直流电压设置在5V以下。在某些情形下，可以通过增大叠加的直流电压，使离子发生断裂，探究其分解途径，体现了本发明具有易于调制出所需射频电压的幅值和频率的特点。
在一具体实施例中，所述负载107为多极杆。其中，负载107主要为不具有质量选择性或者质量选择性极低的杆数大于或等于6的多极杆(如六极杆、八极杆等)。
本发明实施例公开的一种射频电源控制器，通过设置信号发生器、功率放大器、电流放大器、线圈变压模块、负载和直流电源组，信号发生器提供一个频率和幅值可调的第一射频信号，功率放大器，其输入端与所述信号发生器的输出端连接，所述功率放大器可操作以对所述射频信号进行电压放大，获得高功率信号，电流放大器，其输入端与所述功率放大器的输出端连接，所述电流放大器可操作以对所述高功率信号进行电流放大，获得第二射频信号，从而线圈变压模块，其输入端分别与所述电流放大器的输出端、所述直流电源组的输出端连接，其输出端与所述负载连接，所述线圈变压模块可操作以对所述第二射频信号叠加来自所述直流电源组的一直流电压，并向所述负载输出两个幅值相同但相位相反的射频电压。通过上述结构，向负载的两个电极加载叠加了一定直流电压的射频电压，实现易于调制出所需射频电压的幅值和频率，能有效解决现有技术中离子传输系统施加强电场造成离子断裂的问题，有效提高离子的传输效率和聚焦效率，同时该控制器结构简单，体积小，成本低，便于操作，易于制造，能进一步实现离子导向传输优化。本发明还应用于质谱中离子簇特别是弱相互作用的离子簇的传输，亦可应用于半导体工业领域的离子沉淀，以提高离子束在基底的沉积通量密度，具有适用范围广的特点。
在一些实施例中，参见图2，是本发明一实施例提供的一种射频电源控制器的电路结构示意图，所述信号发生器101包括波形发生器、第一电阻R1和第一可调电阻R2；
所述第一可调电阻R2，其一固定端经所述第一电阻R1连接至所述波形发生器的第一引脚，其另一固定端和可调端均连接至所述波形发生器的第十引脚，所述第一可调电阻R2可操作以调节所述第一射频信号的频率。
在上述实施例的基础上，在一些实施例中，请参见图2，所述信号发生器101还包括第二电阻R3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4；
所述波形发生器的第一引脚通过所述第一电容C1连接至地电位；
所述波形发生器的第五引脚通过所述第二电容C2连接至地电位；
所述波形发生器的第八引脚通过所述第二电阻R3连接至地电位；
所述波形发生器的第十七引脚与所述直流电源组106中输出第一直流电源V1的正极端连接，并通过所述第四电容C4连接至地电位；
所述波形发生器的第二十引脚与所述直流电源组106中输出第一直流电源V1的负极端连接，并通过所述第三电容C3连接至地电位；
所述波形发生器的第四引脚与所述直流电源组106中输出第一直流电源V1的正极端连接；
所述波形发生器的第十九引脚与所述信号发生器101的输出端连接。
在本发明中，波形发生器可具体为高频波形发生器。更具体的，本实施例中波形发生器具有20个引脚，波形发生器的第二引脚、第三引脚、第六引脚、第七引脚、第九引脚、第十一引脚、第十二引脚、第十三引脚、第十五引脚及第十八引脚连接于地电位。波形发生器的第四引脚、第十七引脚、第二十引脚与第一直流电源连接，可操作以获取输入电流。信号发生器101通过第一可调电阻R2调节射频电压的频率，这样第一可调电阻R2串联第一电阻R1实现对波形发生器的输入电流(来自直流电源组的低压直流电源)进行调节，以使波形发生器的输入电流保持在10至400mA之内。本实施例为实现电流稳定，在第一可调电阻R2与第一电阻R1的串联电路中连接第一电容C1，且第一电容C1接地，第一可调电阻R2的阻值范围在0-50kΩ之间。此外，通过调节第二电容C2来调节波形发生器的频率，改变波形发生器内部震荡器的充电和放电实现。具体的，第二电容C2为无极性电容，其电容值依据射频电压的频率在20pF到100μF之间。再是，由于本发明的射频电源控制器的功耗较小，在输出频率范围内不考虑温度变化对输出频率的影响，因此通过将第二电阻R3接地来表示可以不用考虑温度变化对输出频率的影响。具体的，第二电阻R3的电阻值根据不同的波形发生器及内部电路确定，一般在十几千欧左右。本实施例为了电压稳定，使用第三电容C3与第一直流电源V1的负极端并联，以及第四电容C4与第一直流电源V1的正极端并联。本实施例中，第一电容C1、第三电容C3与第四电容C4均采用极化电解电容(如钽电容器)，阻值约1μF。
在一些实施例中，请参见图2，所述功率放大器102包括第一运算放大器A1、第二可调电阻R4、第三电阻R5及第四电阻R6；
所述第二可调电阻R4，其一固定端与所述信号发生器101的输出端连接，其另一固定端经所述第三电阻R5连接至地电位，其可调端经所述第四电阻R6连接至所述第一运算放大器A1的负输入端，所述第二可调电阻R4可操作以接收所述第一射频信号，并调节其幅值。
进一步，在一些实施例中，请参见图2，所述功率放大器101还包括第五电阻R7、第五电容C5及第六电容C6；
所述第一运算放大器A1的正输入端接至地电位；
所述第一运算放大器A1的负输入端通过所述第五电阻R7接至其输出端，且其输出端与所述功率放大器102的输出端连接；
所述第一运算放大器A1的负电源端与所述直流电源组106中输出第二直流电源V2的负极端连接，并经所述第五电容C5连接至地电位；
所述第一运算放大器A1的正电源端与所述直流电源组106中输出所述第二直流电源V2的正极端连接，并经所述第六电容C6连接至地电位。
在本实施例中，功率放大器102采用具有低噪音、低失真、高电压转换率等特点的输入场效应运算放大器。具体的，功率放大器102具有8个引脚，其中的第一运算放大器A1采用反相闭环的方式连接，即其负输入端与输出端通过第五电阻R7(该第五电阻为反相闭环电阻)连接。此外，波形发生器的输出端通过第二可调电阻R4串联第四电阻R6连接至第一运算放大器A1的负输入端，实现调节射频电压的幅值。其中，第五电阻R7的电阻值根据不同的功率放大器102及输出的电压值来确定，第四电阻R6的阻值优选为1000Ω，第二可调电阻R4范围为10kΩ，第五电阻R7的阻值为10kΩ。与上述实施例相似，为了稳定供电直流电压，第一运算放大器A1的电源端连接至直流电流组106的第二直流电源V2，以获取供电电流，同时在该电源端分别设置第五电容C5和第六电容C6来并联第二直流电源V2，使另一端接地。其中，第五电容C5和第六电容C6优选为0.1μF的无极性陶瓷电容。
在一些实施例中，请参见图2，所述电流放大器103包括第二运算放大器A2、第六电阻R8、第七电阻R9、第九电阻R11、第七电容C7及第八电容C8；
所述第二运算放大器A2的正输入端通过所述第六电阻R8与所述功率放大器102的输出端连接，其正输入端可操作以接收所述高功率信号；
所述第二运算放大器A2的负输入端经所述第九电阻R11接地，并经所述第七电阻R9连接至其输出端，其输出端与所述电流放大器103的输出端连接；
所述第二运算放大器A2的负电源端与所述直流电源组106中输出第三直流电源V3的负极端连接，并经所述第八电容C8连接至地电位；
所述第二运算放大器A2的正电源端与所述直流电源组106中输出所述第三直流电源V3的正极端连接，并经所述第七电容C7连接至地电位。
在本实施例，电流放大器103具体为高输出电流、高电压转换率的电流反馈放大器。具体的，第一运算放大器A1输出的高功率信号通过第六电阻R8输入电流放大器103，这里采用负反馈的方式将第二运算放大器A2的负输入端通过第七电阻R9连接其输出端，并通过第九电阻R11接地，从而获得所需的大电流。其中，第七电阻R9的阻值为1kΩ。同样地，为了稳定供电直流电压，第二运算放大器A2的电源端连接至直流电流组106的第三直流电源V3，以获取供电电流，同时在该电源端分别设置第七电容C7和第八电容C8来并联第三直流电源V3，使另一端接地。其中，第七电容C7和第八电容C8优选为1μF的极性钽电容器。
在一些实施例中，请参见图2，所述线圈变压模块104包括第八电阻R10、第九电容C9、线圈变压器及稳压单元；所述线圈变压器包括初级绕组线圈L1、第一次级绕组线圈L2及第二次级绕组线圈L3；
所述初级绕组线圈L1的一端经所述第八电阻R10与所述电流放大器103的输出端连接，另一端连接至地电位；
所述第一次级绕组线圈L2和所述第二次级绕组线圈L3串联接连，并在其之间连接所述直流电源组106的第四直流电源V4，以及经所述第九电容C9连接至地电位，其可操作以施加直流电压；
所述稳压单元并联连接在所述第一次级绕组线圈L2和所述第二次级绕组线圈L3的两端；
所述第一次级绕组线圈L2与所述负载107的第一负载端J1连接，所述第二次级绕组线圈L3与所述负载107的第二负载端J2连接。
在本实施例中，线圈变压器由两个次级绕组线圈(L2和L3)和一个初级绕组线圈L1组成，次级绕组线圈为由铁粉芯做成骨架及由纯铜做漆包线的环形绕线电感，两个次级绕组线圈的一端串联在一起，另一端连接负载107的两个负载端J1和J2，初级绕组线圈L1则用纯铜漆包线穿过两个次级绕组线圈将其围绕起来，一端接低阻值的第八电阻R10，另一端接地。其中，第八电阻R10的阻值由具体应用决定，一般在100Ω以下。初级绕组线圈L1的匝数由所需的射频电压幅值范围以及次级绕组线圈的匝数共同确定，初级和次级线圈的漆包线直径保持相同。两个次级绕组线圈电感串联处叠加稳定直流电压，根据所传输离子的特点，为避免离子发生严重断裂，所叠加的直流电压通常尽可能小，在5V以下，实验和离子轨道模拟证实，该直流电压对离子传输有一定加速作用。此外，为稳定输出射频电压，在次级线圈电感L2和L3连接负载的两端串联稳压单元。为了稳定来自第四直流电源V4的直流电压，设置第九电容C9来并联第四直流电源，使另一端接地。
需要说明的是，本发明的射频电源控制器可以提供用于传输正离子也可以传输负离子的射频电压，在射频电压上叠加的直流电压的极性由传输的离子极性来决定，如传输的是负离子，则施加正的直流电压，反之亦然。直流电压大小由具体应用决定，其值须小于下游质量分析器(这里采用四级杆)所施加的直流电压，该值在5V以内。例如，如果一个电极上施加一个叠加直流电压(V0)的射频电压：U*sin(2πft)+V0，那么另一组电极则施加-(U*sin(2πft)+V0)，f是频率，t是时间，π＝3.14，频率f一般在3MHz以下，U是射频的振幅，射频电压峰对峰幅值一般控制在200V以下。
因此，本发明的射频电源控制器提供射频电压的频率在20MHz以下，峰对峰幅值在200V以下，所加直流电压根据不同的应用，在100V以下。在实际应用中，特别是在提供多极杆离子导向的射频电压一般在3MHz以下，中低频率射频电压有利于降低功耗，有利于散热，而且便于控制器的集成电路小型化，占体积小。在射频电压上叠加的直流电压一般在5V以下，较低直流电压可避免多极杆内电场强度过大，从而避免离子断裂，保持离子的原有状态，在质谱测量团簇等弱相互作用离子时非常重要。
射频电源控制器可以向多极杆等离子导向装置提供射频电源，应用在化学电离质谱系统。具体应用时，电源控制器放置在真空室外，通过陶瓷绝缘接口用导线将电源控制器和电极连接起来，接口处需考虑其密封性以及方便拆卸。
在一些实施例中，电流放大器会散发大量热量，为此可以增加其散热功能，一种优选的实施方式是在电流放大器103处增加散热器。示例性的，在电源控制器盒顶加微型风扇加以散热或者直接在电流放大器103处增加散热片。
在上述实施例的基础上，请参见图1和2，在一实施例中，所述稳压单元由第十电容C10、第十一电容C11和第十二电容C12构成，所述射频电源控制器还包括检波电路105，所述检波电路105具有第一输入端和第二输入端；
所述第一输入端连接在所述第十电容C10和所述第十一电容C11之间，所述第二输入端连接在所述第十一电容C11和所述第十二电容C12之间。
需要说明的是，检波电路105用于监测幅值电压，一般情况下调节到一定频率后可将其固定，调节幅值来对离子导向进行优化。
在上述实施例的基础上，请参见图2，在一实施例中，所述检波电路105还具有检波信号端J3和接地端J4；所述检波电路包括整流电路、第十三电容C13、第十电阻R12、稳压二极管Z1及第十四电容C14；
所述整流电路由四个相连的二极管组成，每相邻两个二极管的连接处形成有桥接端，四个桥接端分别为顺次设置的第一桥接端、第二桥接端、第三桥接端与第四桥接端；所述第一桥接端与所述第一输入端连接；所述第三桥接端与所述第二输入端连接；所述第四桥接端与所述接地端J4连接，且所述第四桥接端经所述第十三电容C13连接至地电位；所述第二桥接端与所述检波信号端J3连接；
所述第十电阻R12、所述稳压二极管Z1及所述第十四电容C14分别并联连接在所述检波信号端J3和所述接地端J4之间。
在本实施例中，请参见图2，整流电路由四个相连的二极管组成。具体的，第一二极管D1的负极与第二二极管D2的正极相连，其连接处与第一桥接端相连；第一二极管的正极与第四二极管的正极相连，其连接处与第四桥接端相连；第四二极管的负极与第三二极管的正极相连，其连接处与第三桥接端相连；第二二极管的负极与第三二极管的负极相连，其连接处与第二桥接端相连。从第十电容C10和第十一电容C11，第十一电容C11和第十二电容C12连接的电路分别连到桥式二极管的一头(第一桥接端和第三桥接端)，另外一头(第二桥接端和第四桥接端)并联第十电阻R12、稳压二极管Z1以及第十四电容C13，然后第二桥接端连接检波电路的检波信号端J3和第四桥接端连接接地端J4，接地端并联电容C12。因此，射频电源控制器通过检波信号端J3和接地端J4实现对射频电压幅值进行监控。
参见图3，是本发明一实施例提供的射频电源控制器的应用示例图，本发明的射频电源控制器对作为负载的八极平行杆或八极锥形杆提供射频电压，用于引导离子通过八极杆，采用离子轨道模拟软件对离子运动轨道进行模拟，并与实验值进行比较。射频电压的频率值设置在350kHz至2MHz之间，峰对峰幅值U为70V，所施加的直流电压V4为0.5V，八极杆进口压力为0.02mmHg，假设八极杆内压力按指数递减至质量分析器入口处的0.00005mmHg，这里的质量分析器为四极杆。如图3所示示例中，较高的射频电压频率值有利于低质荷比离子的传输，与质荷比等于74的离子的实验结果基本一致，这里实验的相对灵敏度以每立方厘米的频率值为单位，然而过高的射频电压频率值反而不利于高质荷比离子的传输。此外，两种平行杆比较，施加的射频电压的频率在1MHz以上，质荷比大于等于800时，锥形杆的传输效率要比平行杆好。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种射频电源控制器，其特征在于，包括信号发生器、功率放大器、电流放大器、线圈变压模块、负载和直流电源组；
所述信号发生器，可操作以提供一个频率和幅值可调的第一射频信号；
所述功率放大器，其输入端与所述信号发生器的输出端连接，所述功率放大器可操作以对所述射频信号进行电压放大，获得高功率信号；
所述电流放大器，其输入端与所述功率放大器的输出端连接，所述电流放大器可操作以对所述高功率信号进行电流放大，获得第二射频信号；
所述线圈变压模块，其输入端分别与所述电流放大器的输出端、所述直流电源组的输出端连接，其输出端与所述负载连接，所述线圈变压模块可操作以对所述第二射频信号叠加来自所述直流电源组的一直流电压，并向所述负载输出两个幅值相同但相位相反的射频电压。
2.如权利要求1所述的射频电源控制器，其特征在于，所述信号发生器包括波形发生器、第一电阻和第一可调电阻；
所述第一可调电阻，其一固定端经所述第一电阻连接至所述波形发生器的第一引脚，其另一固定端和可调端均连接至所述波形发生器的第十引脚，所述第一可调电阻可操作以调节所述第一射频信号的频率。
3.如权利要求2所述的射频电源控制器，其特征在于，所述信号发生器还包括第二电阻、第一电容、第二电容、第三电容和第四电容；
所述波形发生器的第一引脚通过所述第一电容连接至地电位；
所述波形发生器的第五引脚通过所述第二电容连接至地电位；
所述波形发生器的第八引脚通过所述第二电阻连接至地电位；
所述波形发生器的第十七引脚与所述直流电源组中输出第一直流电源的正极端连接，并通过所述第四电容连接至地电位；
所述波形发生器的第二十引脚与所述直流电源组中输出第一直流电源的负极端连接，并通过所述第三电容连接至地电位；
所述波形发生器的第四引脚与所述直流电源组中输出第一直流电源的正极端连接；
所述波形发生器的第十九引脚与所述信号发生器的输出端连接。
4.如权利要求1所述的射频电源控制器，其特征在于，所述功率放大器包括第一运算放大器、第二可调电阻、第三电阻及第四电阻；
所述第二可调电阻，其一固定端与所述信号发生器的输出端连接，其另一固定端经所述第三电阻连接至地电位，其可调端经所述第四电阻连接至所述第一运算放大器的负输入端，所述第二可调电阻可操作以接收所述第一射频信号，并调节其幅值。
5.如权利要求4所述的射频电源控制器，其特征在于，所述功率放大器还包括第五电阻、第五电容及第六电容；
所述第一运算放大器的正输入端接至地电位；
所述第一运算放大器的负输入端通过所述第五电阻接至其输出端，且其输出端与所述功率放大器的输出端连接；
所述第一运算放大器的负电源端与所述直流电源组中输出第二直流电源的负极端连接，并经所述第五电容连接至地电位；
所述第一运算放大器的正电源端与所述直流电源组中输出所述第二直流电源的正极端连接，并经所述第六电容连接至地电位。
6.如权利要求1所述的射频电源控制器，其特征在于，所述电流放大器包括第二运算放大器、第六电阻、第七电阻、第九电阻、第七电容及第八电容；
所述第二运算放大器的正输入端通过所述第六电阻与所述功率放大器的输出端连接，其正输入端可操作以接收所述高功率信号；
所述第二运算放大器的负输入端经所述第九电阻接地，并经所述第七电阻连接至其输出端，其输出端与所述电流放大器的输出端连接；
所述第二运算放大器的负电源端与所述直流电源组中输出第三直流电源的负极端连接，并经所述第八电容连接至地电位；
所述第二运算放大器的正电源端与所述直流电源组中输出所述第三直流电源的正极端连接，并经所述第七电容连接至地电位。
7.如权利要求4所述的射频电源控制器，其特征在于，所述线圈变压模块包括第八电阻、第九电容、线圈变压器及稳压单元；所述线圈变压器包括初级绕组线圈、第一次级绕组线圈及第二次级绕组线圈；
所述初级绕组线圈的一端经所述第八电阻与所述电流放大器的输出端连接，另一端连接至地电位；
所述第一次级绕组线圈和所述第二次级绕组线圈串联接连，并在其之间连接所述直流电源组的第四直流电源，以及经所述第九电容连接至地电位，其可操作以施加直流电压；
所述稳压单元并联连接在所述第一次级绕组线圈和所述第二次级绕组线圈的两端；
所述第一次级绕组线圈与所述负载的第一负载端连接，所述第二次级绕组线圈与所述负载的第二负载端连接。
8.如权利要求7所述的射频电源控制器，其特征在于，所述稳压单元由第十电容、第十一电容和第十二电容构成，所述射频电源控制器还包括检波电路，所述检波电路具有第一输入端和第二输入端；
所述第一输入端连接在所述第十电容和所述第十一电容之间，所述第二输入端连接在所述第十一电容和所述第十二电容之间。
9.如权利要求8所述的射频电源控制器，其特征在于，所述检波电路还具有检波信号端和接地端；所述检波电路包括整流电路、第十三电容、第十电阻、稳压二极管及第十四电容；
所述整流电路由四个相连的二极管组成，每相邻两个二极管的连接处形成有桥接端，四个桥接端分别为顺次设置的第一桥接端、第二桥接端、第三桥接端与第四桥接端；所述第一桥接端与所述第一输入端连接；所述第三桥接端与所述第二输入端连接；所述第四桥接端与所述接地端连接，且所述第四桥接端经所述第十三电容连接至地电位；所述第二桥接端与所述检波信号端连接；
所述第十电阻、所述稳压二极管及所述第十四电容分别并联连接在所述检波信号端和所述接地端之间。
10.如权利要求1所述的射频电源控制器，其特征在于，所述负载为多极杆。
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