一种用于飞行时间质谱的延时电路

1.本发明涉及分子诊断仪器技术领域，具体涉及一种用于飞行时间质谱的延时电路。


背景技术：

2.质谱仪工作流程一般包括电离和质量检测，因此其主要由离子源和离子检测系统两部分组成。基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪的离子源类型为基质辅助激光解吸电离，离子检测方式为飞行时间检测，具体工作流程：待测大分子与基质形成共结晶体，基质吸收激光能量，并将能量及h+(质子)传递给微生物所含生物大分子(主要是核糖体蛋白质)，使其发生电离；在电场作用下，带电荷离子离开共结晶体表面，进入一定长度的真空管，其到达真空管顶端的离子检测器的时间与其质量成反比，从而获得蛋白质指纹图谱，并与数据库中的标准谱图进行比对分析，从而获得鉴定结果。
3.在基质辅助激光解吸电离离子源中产生的离子具有不同初始速度，从而导致以不同的时间飞抵检测器而影响分辨率。同时，解吸电离过程中有些离子是在激光短脉冲过程中产生，有些则是在解吸后飞行过程中通过碰撞产生，这也造成了离子的空间分散和能量分散。离子延时技术能够克服离子的空间分散、时间分散和能量分散造成的影响，显著提高质谱仪的分辨率。离子延时引出的基本原理是让激光解吸电离的离子产生于一个无场区，经过一段时间的延时，再迅速施加电场，将离子引出。这样就使得不同时间形成的离子将被置于同一起跑时间上，不同初速度的离子在施加电场时，由于距离引出极不同，所受的场强也不同，将会使距离远的离子以更快的速度飞向引出极，从而达到不同初速度离子同时引出的效果，降低了解吸电离过程带来的偏差，从而提高分辨率。
4.目前飞行时间质谱仪的设计中，延时电路一般采用延时芯片ic来进行延时，但是其延时时间可调整范围有限。当前对飞行时间的检测灵敏度和分辨率要求越来越高，同时对于生物大分子质谱分析的需求也日益增多，飞行时间质谱延时时间可调范围需要更大。如果采用多个延时单元进行延时增加，则会带来两方面的问题，一是成本变高，二是随着延时单元数量的增加，其偏差会产生累加，从而影响延时精度。


技术实现要素：

5.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中飞行时间质谱延时时间可调范围较小的缺陷，从而提供一种用于飞行时间质谱的延时电路。
6.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明实施例提供一种用于飞行时间质谱的延时电路，包括第一触发信号生成电路、第一延时电路、第二延时电路、置位电路及电平转换电路；第一触发信号生成电路，其输入端接收激光器信号，其输出端与第一延时电路的第一输入端连接，并且其输出端还与电平转换电路的第一输入端连接，其用于对激光器信号进行电平转换，得到信号检测脉冲触发信号；第一延时电路，其第二输入端接收时钟信号，其第三输入端接收至少一个第一预设
延时时间，其输出端与置位电路的第一输入端连接，其用于基于信号检测脉冲触发信号进行延时，延时至少一个第一预设延时时间后，输出置位时钟信号；第二延时电路，其第一输入端与置位电路的输出端连接，其第二输入端接收时钟信号，其第三输入端接收第二预设延时时间，其输出端与置位电路的第二输入端连接，其用于基于置位电路输出的信号进行延时，延时第二预设延时时间后，输出置位信号；置位电路，其输出端与电平转换电路的第二输入端连接，其用于基于置位信号及置位时钟信号，输出高压耦合触发信号；电平转换电路，其用于将信号检测脉冲触发信号、高压耦合触发信号进行电平转换，得到ttl电平形式的信号检测脉冲触发信号、高压耦合触发信号。
7.在一实施例中，第一触发信号生成电路包括：第一dq触发器及第二dq触发器；第一dq触发器，其输入端接收激光器信号，其输出端与第二dq触发器的输入端连接，其用于将ttl电平形式的激光器信号转换为pecl电平形式的激光器信号；第二dq触发器，其输出端与第一延时电路的第一输入端、电平转换电路的第一输入端连接，其用于基于pecl电平形式的激光器信号，得到信号检测脉冲触发信号。
8.在一实施例中，第一延时电路包括：第三dq触发器、第一计数器及第二计数器；第三dq触发器，其第一输入端与第一触发信号生成电路的输出端连接，其第二输入端接收时钟信号，其输出端与第一计数器的第一输入端、第二计数器的第一输入端连接，其用于基于脉冲触发信号，生成使能信号；第一计数器，其第二输入端接收时钟信号，其第三输入端接收第一预设延时时间，其输出端与第二计数器的第二输入端连接，其用于基于时钟信号、使能信号进行延时，延时第一预设延时时间后，输出触发信号；第二计数器，其第三输入端接收时钟信号，其第四输入端接收第一预设延时时间，其输出端与置位电路的第一输入端连接，其用于基于触发信号、时钟信号、使能信号，再次延时第一预设时间后生成置位时钟信号。
9.在一实施例中，第二延时电路包括：第三计数器；第三计数器，其第一输入端与置位电路的输出端连接，其第二输入端接收时钟信号，其第三输入端接收第二预设延时时间，其输出端与置位电路的第二输入端连接，其用于基于置位电路输出的信号进行延时，延时第二预设延时时间后，输出置位信号。
10.在一实施例中，置位电路包括：第四dq触发器；第四dq触发器，其第一输入端与第一延时电路的输出端连接，其第二输入端与第二延时电路的输出端连接，其输出端与电平转换电路的第二输入端连接，其用于基于置位信号及置位时钟信号，输出高压耦合触发信号。
11.在一实施例中，电平转换电路包括：第五dq触发器和第六dq触发器；第五dq触发器，其输入端与第一触发信号生成电路的输出端连接，其用于将信号检测脉冲触发信号进行电平转换，得到ttl电平形式的信号检测脉冲触发信号；第六dq触发器，其输入端与置位电路的输出端连接，其用于将高压耦合触发信号进行电平转换，得到ttl电平形式的高压耦合触发信号。
12.在一实施例中，用于飞行时间质谱的延时电路还包括：缓冲电路；缓冲电路，其第一输入端与电平转换电路的输出端连接，其用于对检测脉冲触发信号、高压耦合触发信号进行缓冲后输出。
13.在一实施例中，缓冲电路包括：缓冲器；缓冲器，其第一输入端与电平转换电路的
输出端连接，其用于对检测脉冲触发信号、高压耦合触发信号进行缓冲后输出。
14.在一实施例中，用于飞行时间质谱的延时电路还包括：计数脉冲电路；计数脉冲电路，其输出端与第一延时电路的第二输入端连接，其用于提供时钟信号。
15.在一实施例中，用于飞行时间质谱的延时电路还包括：控制电路；控制电路，其输出端与第一延时电路的第三输入端、第二延时电路的第三输入端连接，其用于控制第一延时电路、第二延时电路的延时时间。
16.本发明技术方案，具有如下优点：本发明提供的用于飞行时间质谱的延时电路，通过按需设置第一延时电路、第二延时电路的延时时间，并且在第一延时电路延时结束后，第二延时电路开始延时，从而使飞行时间质谱延时时间的可调范围更大，以便日益满足对于生物大分子质谱分析的需求。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明实施例提供的用于飞行时间质谱的延时电路的一个具体示例的组成图；图2为本发明实施例提供的用于飞行时间质谱的延时电路的一个具体电路原理图；图3为本发明实施例提供的用于飞行时间质谱的延时电路的另一个具体示例的组成图；图4为本发明实施例提供的用于飞行时间质谱的延时电路的另一个具体示例的组成图；图5为本发明实施例提供的用于飞行时间质谱的延时电路的另一个具体示例的组成图；图6为本发明实施例提供的用于飞行时间质谱的延时电路的信号的时序图。
具体实施方式
19.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。
20.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
22.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
23.实施例1本发明实施例提供一种用于飞行时间质谱的延时电路，应用于基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪，如图1所示，包括：第一触发信号生成电路1、第一延时电路2、第二延时电路3、置位电路4及电平转换电路5。
24.如图1所示，第一触发信号生成电路1，其输入端接收激光器信号，其输出端与第一延时电路2的第一输入端连接，并且其输出端还与电平转换电路5的第一输入端连接，其用于对激光器信号进行电平转换，得到信号检测脉冲触发信号。
25.如图1所示，第一延时电路2，其第二输入端接收时钟信号，其第三输入端接收至少一个第一预设延时时间，其输出端与置位电路4的第一输入端连接，其用于基于信号检测脉冲触发信号进行延时，延时至少一个第一预设延时时间后，输出置位时钟信号。
26.具体地，本发明实施例的第一延时电路内置多个延时子单元，每个延时子单元依次延时第一预设时间后，第一延时电路输出置位时钟信号。
27.如图1所示，第二延时电路3，其第一输入端与置位电路4的输出端连接，其第二输入端接收时钟信号，其第三输入端接收第二预设延时时间，其输出端与置位电路4的第二输入端连接，其用于基于置位电路4输出的信号进行延时，延时第二预设延时时间后，输出置位信号。
28.如图1所示，置位电路4，其输出端与电平转换电路5第二输入端连接，其用于基于置位信号及置位时钟信号，输出高压耦合触发信号。
29.如图1所示，电平转换电路5，其用于将信号检测脉冲触发信号、高压耦合触发信号进行电平转换，得到ttl电平形式的信号检测脉冲触发信号、高压耦合触发信号。
30.本发明提供的用于飞行时间质谱的延时电路，通过按需设置第一延时电路、第二延时电路的延时时间，并且在第一延时电路延时结束后，第二延时电路开始延时，从而使飞行时间质谱延时时间的可调范围更大，以便日益满足对于生物大分子质谱分析的需求。
31.用于飞行时间质谱的延时电路的具体电路图，如图2所示。
32.在一具体实施例中，如图2所示，第一触发信号生成电路1包括：第一dq触发器u1、第二dq触发器u5。
33.如图2所示，第一dq触发器u1，其输入端接收激光器信号，其输出端与第二dq触发器u5的输入端连接，其用于将ttl电平形式的激光器信号转换为pecl电平形式的激光器信号。
34.如图2所示，第二dq触发器u5，其输出端与第一延时电路2（即图2中的第三dq触发器u7）的第一输入端、电平转换电路5（即图2中的第五dq触发器u8）的第一输入端连接，其用于基于pecl电平形式的激光器信号，得到信号检测脉冲触发信号。
35.由于pecl电平（positive emitter coupledlogic，简称pecl电平，正射极耦合逻辑电平）的基本门电路工作在非饱和状态，其具备相当高的切换速度，因此，本发明实施例
的第一dq触发器u1用于将接收的激光器信号完成ttl电平到pecl电平的转换，第二dq触发器u5将转换为pecl电平形式的激光器信号作为输入的时钟信号，输出信号检测脉冲触发信号，从而以使电路平均延时时间可达到几个纳秒数量级甚至更小。
36.在一具体实施例中，如图2所示，第一延时电路2包括：第三dq触发器u7、第一计数器u3及第二计数器u4。
37.如图2所示，第三dq触发器u7，其第一输入端与第一触发信号生成电路1（即图2中的第二dq触发器u5）的输出端连接，其第二输入端接收时钟信号，其输出端与第一计数器u3的第一输入端、第二计数器u4的第一输入端连接，其用于基于脉冲触发信号，生成使能信号。
38.如图2所示，第一计数器u3，其第二输入端接收时钟信号，其第三输入端接收第一预设延时时间，其输出端与第二计数器u4的第二输入端连接，其用于基于时钟信号、使能信号进行延时，延时第一预设延时时间后，输出触发信号。
39.如图2所示，第二计数器u4，其第三输入端接收时钟信号，其第四输入端接收第一预设延时时间，其输出端与置位电路（即图2中的第四dq触发器u6）的第一输入端连接，其用于基于触发信号、时钟信号、使能信号，再次延时第一预设时间后生成置位时钟信号。
40.具体地，第三dq触发器u7将第二dq触发器u5输出的信号检测脉冲触发信号作为输入信号，并调整该输入信号的脉宽，其调整范围由晶振和微控制器进行设定。第三dq触发器u7将接收晶振提供的计数脉冲信号作为时钟信号，第三dq触发器u7基于脉冲触发信号来生成使能信号，完成第一计数器u3及第二计数器u4的初始化。
41.具体地，第一计数器u3的输出端与第二计数器u4的第二输入端连接，从而使得第一计数器u3及第二计数器u4串联连接，即串联使用第一计数器u3及第二计数器u4，使第一计数器u3及第二计数器u4的总体延时时间的可变位数增大，通过微控制器对第一预设延时时间进行设置，来调整延时时间。
42.在一具体实施例中，如图2所示，第二延时电路3包括：第三计数器u2。
43.具体地，如图2所示，第三计数器u2，其第一输入端与置位电路4（即图2中的第四dq触发器u6）的输出端连接，其第二输入端接收时钟信号，其第三输入端接收第二预设延时时间，其输出端与置位电路4（即图2中的第四dq触发器u6）的第二输入端连接，其用于基于置位电路4（即图2中的第四dq触发器u6）输出的信号进行延时，延时第二预设延时时间后，输出置位信号。
44.本发明实施例中，通过置位电路4（即图2中的第四dq触发器u6）输出的信号触发第三计数器u2进行延时，通过微控制器控制信号确定延时时间，延时第二预设延时时间后，输出置位信号。
45.在一具体实施例中，如图2所示，置位电路4包括：第四dq触发器u6。
46.如图2所示，第四dq触发器u6，其第一输入端与第一延时电路（即图2中的第二计数器u4）的输出端连接，其第二输入端与第二延时电路（即图2中的第三计数器u2）的输出端连接，其输出端与电平转换电路（即图2中的第六dq触发器u9）第二输入端连接，其用于基于置位信号及置位时钟信号，输出高压耦合触发信号。
47.本发明实施例中，置位电路4通过第二延时电路3（即图2中的第三计数器u2）得到的置位信号以及第一延时电路2（即图2中的第二计数器u4）得到的置位时钟信号，来输出高
压耦合触发信号。
48.在一具体实施例中，如图2所示，电平转换电路5包括：第五dq触发器u8、第六dq触发器u9。
49.如图2所示，第五dq触发器u8，其输入端与第一触发信号生成电路（即图2中的第二dq触发器u5）的输出端连接，其用于将信号检测脉冲触发信号进行电平转换，得到ttl电平形式的信号检测脉冲触发信号。
50.如图2所示，第六dq触发器u9，其输入端与置位电路（即图2中的第四dq触发器u6）的输出端连接，其用于将高压耦合触发信号进行电平转换，得到ttl电平形式的高压耦合触发信号。
51.本发明实施例中，通过电平转换电路5完成pecl电平到ttl电平的转换，第五dq触发器u8将pecl电平形式的信号检测脉冲触发信号转换为ttl电平形式的信号检测脉冲触发信号，通过第六dq触发器u9将pecl电平形式的高压耦合触发信号转换为ttl电平形式的高压耦合触发信号。
52.在一具体实施例中，如图3所示，用于飞行时间质谱的延时电路还包括：缓冲电路6。
53.如图3所示，缓冲电路6，其第一输入端与电平转换电路5（即图2中的第五dq触发器u8、第六dq触发器u9）的输出端连接，其用于对检测脉冲触发信号、高压耦合触发信号进行缓冲后输出。
54.在一具体实施例中，如图2所示，缓冲电路6包括：缓冲器u10。
55.如图2所示，缓冲器u10，其第一输入端与电平转换电路5（即图2中的第五dq触发器u8、第六dq触发器u9）的输出端连接，其用于对检测脉冲触发信号、高压耦合触发信号进行缓冲后输出。
56.本发明实施例中，通过缓冲器u10完成检测脉冲触发信号、高压耦合触发信号的缓冲即ttl电平到高电平、低电平及高阻态三态输出的转换，再进行输出。
57.在一具体实施例中，如图4所示，用于飞行时间质谱的延时电路还包括：计数脉冲电路7。
58.如图4所示，计数脉冲电路7，其输出端与第一延时电路（即图2中的第三dq触发器u7、第一计数器u3、第二计数器u4）的第二输入端连接，其用于提供时钟信号。
59.本发明实施例中，计数脉冲电路7由有源晶振x1提供，用于提供延时电路所需的时钟信号，晶振为压控振荡器，配置为200m，振荡周期为5ns，延时时间可调范围为0-1638400ns。
60.在一具体实施例中，如图5所示，用于飞行时间质谱的延时电路还包括：控制电路8。
61.如图5所示，控制电路8，其输出端与第一延时电路2（即图2中的第一计数器u3、第二计数器u4）的第三输入端、第二延时电路3（即图2中的第三计数器u2）的第三输入端连接，其用于控制第一延时电路2、第二延时电路3的延时时间。
62.本发明实施例中，控制电路为微控制器，通过控制信号来调整延时时间。
63.电路内各信号的时序图，如图6所示。当激光器信号输入后，信号检测触发信号输出，从而进行检测。同时，第一计数器u3和第二计数器u4串联组成的计数器开始计数，第一
计数器u3和第二计数器u4的总体延时时间（即离子延时引出时间）到达后，输出高压耦合触发信号。第三计数器u2开始计时，时间到后高压触发信号恢复。
64.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。