温度受控电子设备、控制电路以及离子光学装置制造方法及图纸

一种温度受控电子设备，其包括：电路板；多个电子组件，其以形成至少一个电子电路的布置安装在所述电路板上；温度传感器，其经配置以测量所述至少一个电子电路的温度；以及热产生组件，其经配置以由温度控制电路控制，所述温度控制电路经配置以响应于由所述温度传感器测量的所述温度而控制由所述热产生组件产生的热的量。所述多个电子组件布置在所述电路板上以位于一个或多个路径中的一者上，所述一个或多个路径中的每一路径由具有半径的相应圆界定。

Temperature controlled electronic device, control circuit and ion optical device

A temperature controlled electronic device includes: a circuit board; a plurality of electronic components arranged on the circuit board to form at least one electronic circuit; a temperature sensor configured to measure the temperature of at least one electronic circuit; and a heat generating component configured to be controlled by a temperature control circuit. The temperature control circuit is configured to control the amount of heat generated by the heat generating assembly in response to the temperature measured by the temperature sensor. The plurality of electronic components are arranged on the circuit board to be located on one or more paths, each of which is defined by a corresponding circle with a radius.

【技术实现步骤摘要】
温度受控电子设备、控制电路以及离子光学装置
本技术涉及温度补偿式电子设备，其可形成用于从RF输入信号产生DC电平的RF检测器的部分。还提供此类RF检测器，以及用于设定RF电位的振幅的控制电路，所述RF电位用于使用此RF检测器供应到分析仪器中的电子放大器。所述分析仪器可为包括离子光学装置的质谱仪，例如四极滤质器。
技术介绍
用于将AC电压转换成表示AC电压的振幅的等效DC电压的技术在许多电气或电子系统中是众所周知的。在离子处理和质谱分析领域中，射频(RF)检测器使用此类技术来将RF电压变换成指示RF电压的振幅(作为DC电压)的对应信号，作为闭环控制电路的部分来将RF电压的振幅维持为恒定的。将理解，此类DC电压并不严格地为随时间推移而振幅恒定的DC电压。实际上，DC电压为具有的DC电平指示RF电压的振幅的信号，所述振幅可能随时间推移而恒定，也可能随时间推移取决于作为输入的经变换RF电压而逐渐改变。闭环控制电路可形成离子光学装置的部分，例如四极杆、离子阱、碰撞室或离子光学透镜。RF电位的振幅变化可能会影响离子在离子光学装置中所经受的电场，从而引起不合需要的效果，例如不准确测量和离子的损耗。AC到DC转换中所使用的组件的电流-电压(I-V)特性将对DC输出电平具有显著影响。确切地说，常常用于整流的有源组件具有相对于温度非线性改变的电流-电压特性。举例来说，当前最常用的半导体材料是硅，其掺杂有不同的其它化学元素且组合以形成PN结。此结具有温度相依性，相依性体现为跨越所述结的电压与穿过所述结的电流之间的关系取决于结温度。参考图1，示出穿过二极管的电流(ID)与跨越二极管的电压(UD)之间的已知关系以及此关系如何相对于温度而变化。此关系以图形和数学形式两者示出。每一半导体在其电流路径中具有内部电阻部分(对于二极管通常约为15到30Ω)，因此甚至在正常操作中也会发生一些功率损耗。此功率损耗的后果为，二极管的半导体PN结或金属半导体肖特基结的温度将增大。因此，如图1所示，此类效果为自放大式的，且不会自己达到稳定条件。二极管通常还具有不大于约1pF的寄生电容。接下来参考图2，描绘用于使用二极管20将输入AC电压信号10转换为对应DC电压60的RF检测器的典型现有电路，以及说明输入电压(Urf)与二极管中耗散的功率(PD)之间的关系的曲线图。此类设计例如用于由赛默飞世尔科技(ThermoFisherScientific)(TM)以品牌名称“iCAP”、型号“Q”和“RQ”出售的电感耦合等离子体(ICP)质谱仪中。RF检测器通常用于电子闭环电路中，以将RF信号的振幅保持于所需的恒定电平。RF检测器包括：二极管20；电阻器30；电容器40；以及电感器50。电容器40和电感器50形成低通滤波器，以使得DC输出60具有低纹波。由于将半导体(二极管20)用作整流元件，因此这种配置是温度相依性的。电压与二极管中耗散的功率(其与二极管温度TD紧密联系)之间的关系是高度非线性的。此导致AC输入10的振幅与DC电压电平60之间的关系相对于温度也是非线性的。因此，温度影响将在RF检测器电路的输出60处造成DC偏移电压误差。此DC偏移电压也相对于传入AC电压10具有非线性关系，因为较高传入电压10将引起二极管(和潜在的其它组件)中的较高电流、二极管中的较多功率损耗且因此引起较多热，从而改变二极管的电流-电压特性。在提供高功率输入时，例如对于待提供到离子光学装置的RF电位，这尤其成问题。还已知通过外部温度控制来将电路维持于恒定温度，如在例如US-2,221,703和US-2,930,904中所考虑。举例来说，温度传感器可用以检测温度，且通过闭环反馈，加热器可接着在温度低于所要水平的情况下增大温度。温度由此通常维持于高于室温的温度。此方法之构思为消除整流组件自身中的热相关误差源。通过保持温度恒定，来自检测器的电压可随时间推移而保持精确且稳定，甚至在温度改变时也是这样。参考图10，示意性地示出用于现有环境温度补偿式RF检测器电路500的组件的布置。电路500包括：整流二极管520；负载电阻器530；电容器540；电感器550；加热电阻器560；晶体管570；运算放大器580；以及无源控制组件590。这些都安装在印刷电路板(PCB)上。鉴于电气要求，所述组件通常以对称方式布置，所述对称方式由对称线501指示。温度传感器595测量PCB上所选点处的温度，且提供相应的热量以保持温度稳定。整流二极管520、负载电阻器530、电容器540和电感器550为形成RF检测器(例如，如图2所示)的受热组件510。在PCB上位于受热组件510下方的晶体管570控制穿过加热电阻器560的电流，其维持热水平。晶体管570由运算放大器580和其相关联的无源控制组件590控制，以设定加热水平。此闭环控制电路位于致动晶体管570下方。加热电阻器560将由所供应电流确定的功率转换为热能以加热其所环绕的组件510。热传输主要通过经由PCB材料的热传导来实现，PCB材料通常由FR4材料制得。此布置意欲在环境温度处于15℃到35℃的范围中时提供恒定温度。此方法具有若干缺点。首先，热经由电路的流动不均匀，从而使得难以进行稳态控制。此外，每一电阻器具有其自身的公差，从而使得难以设定所产生的热量。致动器570还表示额外热源，从而由于其寄生电阻、流过其的高电流以及其集电极与发射极之间的电压而变热。这些效果在PCB的表面上产生不均匀的温度，且给出较长时间常数以达到热平衡。根据欧姆定律和功率公式(P＝I2R)，电流的小改变可引起所耗散功率和所得热效应的大改变。此非线性关系使得控制更为棘手。此技术大体旨在降低室温改变对输出可能具有的任何影响。在一些情形中，以此方式控制电路温度效率较低，在提供高功率输入信号时尤其如此。由电路(自热)，尤其是二极管，产生的热因此可能对性能具有显著影响。电流-电压关系与温度之间的关系可能是线性的，但通常是非线性的(二次或对数)。组件的紧密接近使得所述关系更加不可预测。此外，整个电路的面积比组件(例如二极管)的小裸片大小大得多。因此，使组件的温度改变的时间可能比整个电路板温度改变相同量的时间小若干量级。此使得使用此类环境温度补偿技术来缓解自热效应非常具挑战性。因此，提供如下电路将高度有利：例如，使用整流组件(例如二极管)，且明确地说用于以高输入电压和/或功率操作，其中电流-电压特性具有减小的(优选地最小或可忽略的)温度相依性和/或稳定的操作温度。
技术实现思路
依据此背景，提供一种温度受控电子设备，其包括：电路板；多个电子组件，其以形成至少一个电子电路的布置安装在所述电路板上；温度传感器，其经配置以测量所述至少一个电子电路的温度；以及热产生组件，其经配置以由温度控制电路控制，所述温度控制电路经配置以响应于由所述温度传感器测量的所述温度而控制由所述热产生组件产生的热的量；且其中所述多个电子组件布置在所述电路板上以位于一个或多个路径中的一者上，所述一个或多个路径中的每一路径由具有半径的相应圆界定。其中所述温度受控电子设备可以为RF检测器。提供一种用于设定用于供应到分析仪器中的电子放大器的RF电位的振幅的控制电路，所述控制电路包括：控制器，其经配置以从RF产生器接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种温度受控电子设备，其特征在于，所述温度受控电子设备包括：电路板；多个电子组件，其以形成至少一个电子电路的布置安装在所述电路板上；温度传感器，其经配置以测量所述至少一个电子电路的温度；以及热产生组件，其经配置以由温度控制电路控制，所述温度控制电路经配置以响应于由所述温度传感器测量的所述温度而控制由所述热产生组件产生的热的量；且其中所述多个电子组件布置在所述电路板上以位于一个或多个路径中的一者上，所述一个或多个路径中的每一路径由具有半径的相应圆界定。

【技术特征摘要】
2016.08.15 GB 1613957.81.一种温度受控电子设备，其特征在于，所述温度受控电子设备包括：电路板；多个电子组件，其以形成至少一个电子电路的布置安装在所述电路板上；温度传感器，其经配置以测量所述至少一个电子电路的温度；以及热产生组件，其经配置以由温度控制电路控制，所述温度控制电路经配置以响应于由所述温度传感器测量的所述温度而控制由所述热产生组件产生的热的量；且其中所述多个电子组件布置在所述电路板上以位于一个或多个路径中的一者上，所述一个或多个路径中的每一路径由具有半径的相应圆界定。2.根据权利要求1所述的温度受控电子设备，其特征在于，所述一个或多个路径为多个路径，多个路径中的每一路径由具有不同半径的相应同心圆界定。3.根据权利要求1或权利要求2所述的温度受控电子设备，其特征在于，所述多个电子组件定位于所述电路板的表面上，使得所述表面上的所述多个电子组件大体具有旋转对称性。4.根据权利要求1或2所述的温度受控电子设备，其特征在于，所述多个电子组件中的每一者经配置以在使用中耗散相应功率，且所述多个电子组件被布置成使得经配置以在使用中耗散较高功率的电子组件布置在半径比经配置以在使用中耗散较低功率的电子组件所布置的路径的半径的路径上。5.根据权利要求4所述的温度受控电子设备，其特征在于，第一电子组件布置在具有第一半径的第一路径上，且第二电子组件布置在邻近于所述第一路径的第二路径上，所述第二路径具有大于所述第一半径的第二半径，所述第一半径与所述第二半径之间的距离是基于所述第二电子组件经配置以在使用中耗散的所述功率。6.根据权利要求1或2所述的温度受控电子设备，其特征在于，所述多个电子组件中的每一者经配置以在使用中耗散相应功率，且所述多个电子组件沿着所述一个或多个路径布置在所述电路板上且彼此分离，使得对于所述多个电子组件中的每一者，环绕所述相应电子组件的没有其它电子组件位于其中的区域与所述相应电子组件经配置以在使用中耗散的所述功率的比率大致相同。7.根据权利要求1-2中任一权利要求所述的温度受控电子设备，其特征在于，所述温度传感器、所述热产生组件和所述温度控制电路经配置以提供闭环温度控制布置，以将所测量温度维持在设定水平。8.根据权利要求1-2中任一权利要求所述的温度受控电子设备，其特征在于，所述一个或多个路径界定共用中心点，所述温度传感器位于所述共用中心点处。9.根据权利要求1-2中任一权利要求所述的温度受控电子设备，其特征在于，所述多个电子组件位于所述电路板的第一侧上，且所述热产生组件位于所述电路板的第二侧上。10.根据权利要求6所述的温度受控电子设备，其特征在于，所述一个或多个路径界定中心点，所述热产生组件位于所述中心点处。11.根据权利要求9所述的温度受控电子设备，其特征在于，所述热产生组件安装在散热器上，所述散热器经布置以延伸跨越所述电路板的所述第二侧，与界定在所述电路板的所述第一侧上的所述一个或多个路径共同延伸。12.根据权利要求10所述的温度受控电子设备，其特征在于，所述热产生组件包括加热晶体管。13.根据权利要求1-2中任一权利要求所述的温度受控电子设备，其特征在于，所述温度受控电子设备进一步包括：多个切断器，其沿着由与界定所述一个或多个路径的圆同心的圆界定的切断路径而定位，且具有的半径大于所述一个或多个路径中的任一者的半径。14.根据权利要求10所述的温度受控电子设备，其特征在于，所述温度受控电子设备进一步包括：多个切断器，其沿着由与界定所述一个或多个路径的圆同心的圆界定的切断路径而定位，且具有的半径大于所述一个或多个路径中的任一者的半径。15.根据权利要求11所述的温度受控电子设备，其特征在于，所述温度受控电子设备进一步包括：多个切断器，其沿着由与界定所述一个或多个路径的圆同心的...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·沃尔戈坦，
申请(专利权)人：塞莫费雪科学不来梅有限公司，
类型：新型
国别省市：德国,DE