用于在输出节点处生成电压波形的电路制造技术

一种用于在输出节点处生成电压波形的电路。该电路包括：第一电压轨，其保持于第一电压，第一电压轨经由第一电压轨开关连接至输出节点；第二电压轨，其保持于与第一电压不同的第二电压，第二电压轨经由第二电压轨开关连接至输出节点；至少一个锚节点，其经由电感器和锚节点开关连接至输出节点；以及控制单元，其使电路在第一电压输出状态和第二电压输出产生状态之间切换，其中在第一电压输出状态中，第一电压轨开关闭合并且第二电压轨开关打开，使得输出节点被钳位到第一电压，在第二电压输出产生状态中，第二电压轨开关闭合并且第一电压轨开关打开，使得输出节点被钳位到第二电压。控制单元通过以下操作来使电路从第一电压输出状态切换为第二电压输出状态：使第一电压轨开关打开并且使用于经由电感器将输出节点连接至保持于第一锚电压的锚节点的锚节点开关闭合，使得在负载电容连接至输出节点的情况下，在电感器和负载电容之间建立谐振电路，从而使输出节点处的电压向着第二电压摆动，其中第一锚电压提供用于辅助输出节点处的电压向着第二电压摆动的能量，然后使该锚节点开关打开并且使第二电压轨开关闭合。控制单元还通过以下操作来使电路从第二电压输出状态切换为第一电压输出状态：使第二电压轨开关打开并且使用于经由电感器将输出节点连接至保持于第二锚电压的锚节点的锚节点开关闭合，使得在负载电容连接至输出节点的情况下，在电感器和负载电容之间建立谐振电路，从而使输出节点处的电压向着第一电压摆动，其中第二锚电压提供用于辅助输出节点处的电压向着第一电压摆动的能量，然后使该锚节点开关打开并且使第一电压轨开关闭合。

A circuit used to generate voltage waveforms at the output node

A circuit used to generate voltage waveforms at the output node. The circuit includes a first voltage rail, which remain in the first voltage, the first voltage rail via a first voltage rail switch connected to the output node; second voltage rail, keep to the second voltage different from the first voltage and the second voltage rail via second voltage rail switch connected to the output node; at least one anchor node, via an inductor and the anchor node switch is connected to the output node; and a control unit, which makes circuit state to switch between the first voltage output state and second output voltage, the voltage output in the first state, the first voltage and the second voltage rail rail switch switch, the output node is clamped to the first voltage and output voltage in second the state, the second voltage rail switch is closed and the first voltage rail switch, the output node voltage is clamped to second . The control unit by the operation to make the circuit from the first voltage output state switch second output voltage: the first voltage rail switch switch is closed and the use of anchor nodes to anchor nodes via an inductor connects the output node to keep to the first anchor voltage, the load capacitance connected to the output node, establish a resonance the circuit between the inductor and capacitor load, so that the voltage at the output node voltage swing toward second, wherein the first anchor voltage at the output node voltage for auxiliary voltage swing toward the second energy, then the anchor node switch and the second voltage rail switch. The control unit by the operation from second to the circuit output voltage switch state to a first voltage output state: second voltage rail switch switch is closed and the use of anchor nodes to anchor nodes via an inductor connects the output node to maintain at second anchor voltage, the load capacitance is connected to the output node, establish a resonance the circuit between the inductor and capacitor load, so that the voltage at the output node to the first voltage swing, including second anchor voltage at the output node voltage of the auxiliary voltage swing toward the first energy used, then the anchor node switch and the first voltage rail switch.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在输出节点处生成电压波形的电路
本专利技术涉及例如用在质谱仪中的、用于在输出节点处生成电压波形的电路。
技术介绍
如在本申请人以前的专利申请EP2806553(其公开内容与相关申请US2014/0347104和CN104184309的公开内容相对应)中所述，进行质谱分析的多个方法依赖于将高频电压波形应用于质谱仪的各组件。例如，正如在该文献中所述，诸如离子引导件(ionguide)、离子阱、滤质器和其它装置等的离子光学装置可能全部需要这种电压波形。本申请人以前的专利申请EP2806553还描述了直接切换方法相对于谐振电路提供了以下的明显优点：可以在操作期间容易地改变电压波形的频率。然而，(以下更详细地所述的)“硬切换(hardswitching)”技术往往不够高效，并且功耗相对较大。有鉴于这些考虑，EP2806553提出了用于在输出节点处生成电压波形的各种电路，其中：控制单元被配置为通过控制电压轨开关和双向开关、使得如果负载电容连接至输出节点则在电感器和负载电容之间建立谐振电路，来改变输出节点处的电压。EP2806553所提出的电路由于帮助以更具能效的方式生成波形，因此被称为“能量回收”电路。然而，尽管EP2806553所提出的电路与(例如，WO01/29875中所公开的)不使用谐振电路的“硬切换”技术相比在能效方面提供了明显改进，但本专利技术人已发现，EP2806553中所提出的“能量回收”电路仍使得从通常用来生成电压波形的高电压电源中引出大量电流，这可能会导致高电压电源所提供的电压缺乏稳定性(这在诸如质谱分析等的特定应用中很可能成为问题)。如此，本专利技术人认为将期望进一步改进这种电路。本专利技术是有鉴于上述考虑而设计的。
技术实现思路
本专利技术的第一方面可以提供：一种用于在输出节点处生成电压波形的电路，所述电路包括：第一电压轨，其被配置成保持于第一电压，其中所述第一电压轨经由第一电压轨开关连接至所述输出节点；第二电压轨，其被配置成保持于与所述第一电压不同的第二电压，其中所述第二电压轨经由第二电压轨开关连接至所述输出节点；至少一个锚节点，其经由电感器和锚节点开关连接至所述输出节点；以及控制单元，其被配置为使所述电路在以下两个状态之间切换：第一电压输出状态，其中在所述第一电压输出状态中，所述第一电压轨开关闭合并且所述第二电压轨开关打开，使得所述输出节点被钳位到所述第一电压；以及第二电压输出产生状态，其中在所述第二电压输出产生状态中，所述第二电压轨开关闭合并且所述第一电压轨开关打开，使得所述输出节点被钳位到所述第二电压，其中，所述控制单元被配置为通过以下操作来使所述电路从所述第一电压输出状态切换为所述第二电压输出状态：使所述第一电压轨开关打开并且使用于经由电感器将所述输出节点连接至保持于第一锚电压的锚节点的锚节点开关闭合，使得在负载电容连接至所述输出节点的情况下，在电感器和负载电容之间建立谐振电路，从而使所述输出节点处的电压向着所述第二电压摆动，其中所述第一锚电压被配置为提供用于辅助所述输出节点处的电压向着所述第二电压摆动的能量，然后，使该锚节点开关打开并且使所述第二电压轨开关闭合，以及所述控制单元还被配置为通过以下操作来使所述电路从所述第二电压输出状态切换为所述第一电压输出状态：使所述第二电压轨开关打开并且使用于经由电感器将所述输出节点连接至保持于第二锚电压的锚节点的锚节点开关闭合，使得在负载电容连接至所述输出节点的情况下，在电感器和负载电容之间建立谐振电路，从而使所述输出节点处的电压向着所述第一电压摆动，其中所述第二锚电压被配置为提供用于辅助所述输出节点处的电压向着所述第一电压摆动的能量，然后，使该锚节点开关打开并且使所述第一电压轨开关闭合。如以下更详细论述的那样，通过这样使用第一锚电压和第二锚电压，可以辅助输出节点处的电压摆动得更接近第一电压/第二电压(优选地达到第一电压/第二电压)，由此与EP2806553中所提出的电路相比，使得从第一电压轨和第二电压轨引出更小的电流。这样有助于使第一电压/第二电压稳定，从而在这些电压需要非常稳定的应用(例如，质谱分析)中特别有用。根据本专利技术的第一方面的电路在这里可被称为“预充电能量回收”电路。注意，术语“预充电能量回收”简单地用作标记，以将根据本专利技术的第一方面的电路与其它电路区分开。还注意，术语“锚”在这里简单地用作标记，例如以将“锚节点”与其它节点(例如，“输出节点”)区分开。选择了术语“锚”来标记“锚节点”和关联的电路元件的原因是：锚节点可被视为提供在连接至谐振电路的情况下向该谐振电路施加影响的锚(anchor)。优选地，所述电路还包括：电压轨源，其被配置为提供所述第一电压和所述第二电压；以及一个或多个锚电压源，其被配置为提供所述第一锚电压和所述第二锚电压，其中所述锚电压源独立于所述电压轨源。这样，可以从电压轨源引出减小的电流量(优选为接近零的电流)，由此有助于避免电压轨源所提供的第一电压和第二电压缺乏稳定性(这在电压轨源是“高电压”电源的特定应用(例如，如质谱分析的情况那样)中特别有用)。优选地，在所述控制电路将所述电路从所述第一电压输出状态切换为所述第二电压输出状态的情况下，选择所述第一锚电压，使得所述输出节点处的电压向着所述第二电压摆动并且达到所述第二电压(优选大致不会摆动得超过第二电压)。更优选地，在所述控制电路将所述电路从所述第一电压输出状态切换为所述第二电压输出状态的情况下，选择所述第一锚电压，使得所述输出节点处的电压在所述第二电压处(或大致在第二电压处)达到由所建立的谐振电路引起的电压摆幅的峰值。同样，优选地，在所述控制电路将所述电路从所述第二电压输出状态切换为所述第一电压输出状态的情况下，选择所述第二锚电压，使得所述输出节点处的电压向着所述第一电压摆动并且达到所述第一电压(优选大致不会摆动得超过第一电压)。更优选地，在所述控制电路将所述电路从所述第二电压输出状态切换为所述第一电压输出状态的情况下，选择所述第二锚电压，使得所述输出节点处的电压在所述第一电压处(或大致在第一电压处)达到由所建立的谐振电路引起的电压摆幅的峰值。优选地，保持于所述第一锚电压的锚节点与保持于所述第二锚电压的锚节点分开。因而，(在该电路从第一电压输出状态向第二电压输出状态切换期间)保持于第一电压的锚节点可以是被配置为(例如，由第一锚电压源)保持于第一锚电压的第一锚节点；以及(在该电路从第二电压输出状态向第一电压输出状态切换期间)保持于第二电压的锚节点可以是被配置为(例如，由第二锚电压源)保持于第二锚电压的第二锚节点，其中第一锚节点与第二锚节点分开。在这些实施例中，应当注意，第一锚节点和第二锚节点可以经由分开的电感器(未示出)或经由同一电感器(例如，如图4所示)连接至输出节点。同样，第一锚节点和第二锚节点可以经由分开的锚节点开关(例如，如图4所示)或者利用共用的双向锚节点开关(未示出)连接至输出节点。优选地，所述第一锚节点经由第一锚节点开关连接至所述输出节点，其中所述第一锚节点开关与用于使所述第二锚节点连接至所述输出节点的第二锚节点开关分开。在这种情况下，所述电路可以包括双向开关，其中所述第一锚节点和所述第二锚节点经由所述双向开关连接至所述输出节点(例如，如图6所示)。注意，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在输出节点处生成电压波形的电路，所述电路包括：第一电压轨，其被配置成保持于第一电压，其中所述第一电压轨经由第一电压轨开关连接至所述输出节点；第二电压轨，其被配置成保持于与所述第一电压不同的第二电压，其中所述第二电压轨经由第二电压轨开关连接至所述输出节点；至少一个锚节点，其经由电感器和锚节点开关连接至所述输出节点；以及控制单元，其被配置为使所述电路在以下两个状态之间切换：第一电压输出状态，其中在所述第一电压输出状态中，所述第一电压轨开关闭合并且所述第二电压轨开关打开，使得所述输出节点被钳位到所述第一电压；以及第二电压输出产生状态，其中在所述第二电压输出产生状态中，所述第二电压轨开关闭合并且所述第一电压轨开关打开，使得所述输出节点被钳位到所述第二电压，其中，所述控制单元被配置为通过以下操作来使所述电路从所述第一电压输出状态切换为所述第二电压输出状态：使所述第一电压轨开关打开并且使用于经由电感器将所述输出节点连接至保持于第一锚电压的锚节点的锚节点开关闭合，使得在负载电容连接至所述输出节点的情况下，在电感器和负载电容之间建立谐振电路，从而使所述输出节点处的电压向着所述第二电压摆动，其中所述第一锚电压被配置为提供用于辅助所述输出节点处的电压向着所述第二电压摆动的能量，然后，使该锚节点开关打开并且使所述第二电压轨开关闭合，以及所述控制单元还被配置为通过以下操作来使所述电路从所述第二电压输出状态切换为所述第一电压输出状态：使所述第二电压轨开关打开并且使用于经由电感器将所述输出节点连接至保持于第二锚电压的锚节点的锚节点开关闭合，使得在负载电容连接至所述输出节点的情况下，在电感器和负载电容之间建立谐振电路，从而使所述输出节点处的电压向着所述第一电压摆动，其中所述第二锚电压被配置为提供用于辅助所述输出节点处的电压向着所述第一电压摆动的能量，然后，使该锚节点开关打开并且使所述第一电压轨开关闭合。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.30 GB 1507474.31.一种用于在输出节点处生成电压波形的电路，所述电路包括：第一电压轨，其被配置成保持于第一电压，其中所述第一电压轨经由第一电压轨开关连接至所述输出节点；第二电压轨，其被配置成保持于与所述第一电压不同的第二电压，其中所述第二电压轨经由第二电压轨开关连接至所述输出节点；至少一个锚节点，其经由电感器和锚节点开关连接至所述输出节点；以及控制单元，其被配置为使所述电路在以下两个状态之间切换：第一电压输出状态，其中在所述第一电压输出状态中，所述第一电压轨开关闭合并且所述第二电压轨开关打开，使得所述输出节点被钳位到所述第一电压；以及第二电压输出产生状态，其中在所述第二电压输出产生状态中，所述第二电压轨开关闭合并且所述第一电压轨开关打开，使得所述输出节点被钳位到所述第二电压，其中，所述控制单元被配置为通过以下操作来使所述电路从所述第一电压输出状态切换为所述第二电压输出状态：使所述第一电压轨开关打开并且使用于经由电感器将所述输出节点连接至保持于第一锚电压的锚节点的锚节点开关闭合，使得在负载电容连接至所述输出节点的情况下，在电感器和负载电容之间建立谐振电路，从而使所述输出节点处的电压向着所述第二电压摆动，其中所述第一锚电压被配置为提供用于辅助所述输出节点处的电压向着所述第二电压摆动的能量，然后，使该锚节点开关打开并且使所述第二电压轨开关闭合，以及所述控制单元还被配置为通过以下操作来使所述电路从所述第二电压输出状态切换为所述第一电压输出状态：使所述第二电压轨开关打开并且使用于经由电感器将所述输出节点连接至保持于第二锚电压的锚节点的锚节点开关闭合，使得在负载电容连接至所述输出节点的情况下，在电感器和负载电容之间建立谐振电路，从而使所述输出节点处的电压向着所述第一电压摆动，其中所述第二锚电压被配置为提供用于辅助所述输出节点处的电压向着所述第一电压摆动的能量，然后，使该锚节点开关打开并且使所述第一电压轨开关闭合。2.根据权利要求1所述的电路，其中，所述电路还包括：电压轨源，其被配置为提供所述第一电压和所述第二电压；以及一个或多个锚电压源，其被配置为提供所述第一锚电压和所述第二锚电压，其中，所述锚电压源独立于所述电压轨源。3.根据权利要求1或2所述的电路，其中，在所述控制电路使所述电路从所述第一电压输出状态切换为所述第二电压输出状态的情况下，选择所述第一锚电压，使得所述输出节点处的电压大致在所述第二电压处达到由所建立的谐振电路引起的电压摆幅的峰值，以及在所述控制电路使所述电路从所述第二电压输出状态切换为所述第一电压输出状态的情况下，选择所述第二锚电压，使得所述输出节点处的电压大致在所述第一电压处达到由所建立的谐振电路引起的电压摆幅的峰值。4.根据前述权利要求中任一项所述的电路，其中，保持于所述第一锚电压的锚节点是被配置成保持于所述第一锚电压的第一锚节点，以及保持于所述第二锚电压的锚节点是被配置成保持于所述第二锚电压的第二锚节点，其中所述第一锚节点与所述第二锚节点分开。5.根据权利要求4所述的电路，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬·道格拉斯·泰勒，马修·吉尔斯图尔特·哈利，J·汉德福特，
申请(专利权)人：株式会社岛津制作所，
类型：发明
国别省市：日本,JP