波形生成器制造技术

一种波形生成器(10)，其包括开关(13)。波形生成器(10)包括具有初级侧电路和次级侧电路的变压器(15)。初级侧电路具有被设置成导电耦合至DC电压源的第一端子和导电耦合至开关(13)的第二端子。波形生成器(10)还包括控制器(11)，该控制器被设置成向开关提供驱动信号，以使开关在导通状态和断开状态之间进行切换。控制器(11)被设置成调节驱动信号的频率，从而控制由波形生成器(10)所生成的波形的峰值电压和占空比中的至少一者。可以在DC电压源的电压电平保持恒定时调节驱动信号的频率。可以响应于DC电压源的电压电平的改变来调节驱动信号的频率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】波形生成器
本专利技术旨在涉及波形生成器。该波形生成器包括开关。所述波形生成器包括具有初级侧电路和次级侧电路的变压器。所述初级侧电路具有被设置成导电耦合至DC电压源的第一端子和导电耦合至开关的第二端子。
技术介绍
在现有的系统中，可以以固定频率(例如25兆赫(MHz))来驱动波形生成器的开关。可以控制到初级侧电路的输入电压，从而对输出波形的生成进行控制。在操作中，可能需要波形生成器来生成具有特定分散场的波形。这对于用于为离子过滤装置(例如场非对称离子迁移谱仪(FieldAsymmetricIonMobilitySpectrometer，FAIMS))生成波形的波形生成器而言是尤其必要的。所述分散场对波形生成器附近的大气压力和温度是敏感的。因此，根据压力和/或温度条件，可能需要改变输入电压以产生期望的分散场。不同的输入电压可能改变波形形状，而这是不期望的。这里，波形形状的改变可能意味着波形的占空比和/或峰值电压的改变。不同的波形形状通常是由开关的电压依赖性效应引起的电容效应所引起的。通常，在高输入/输出波形电压下，开关(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor，MOSFET))具有低电容并给出低占空比。在低输入/输出波形电压下，开关具有高电容并给出高占空比。
技术实现思路
可以通过在波形生成器电路内的特定位置处添加并联电容器来部分地补偿电容效应。本专利技术的目的是提供改进的或至少替代的方式来控制所生成波形的占空比和峰值电压中的至少一者。根据本专利技术，提供了如所附权利要求中所阐述的设备和方法。本专利技术的其它特征将从从属权利要求和以下描述中变得明了。根据本专利技术的第一方面，提供了一种波形生成器。该波形生成器包括开关。该波形生成器包括具有初级侧电路和次级侧电路的变压器。初级侧电路具有被设置成导电耦合至DC电压源的第一端子和导电耦合至开关的第二端子。该波形生成器还包括控制器，该控制器被设置成向开关提供驱动信号，以使开关在导通状态和断开状态之间进行切换。控制器被设置成调节驱动信号的频率，从而控制由波形生成器所生成波形的峰值电压和占空比中的至少一者。在一个示例中，控制器被设置成在DC电压源的电压电平保持大致恒定或恒定时调节驱动信号的频率。在恒定输入电压下改变驱动信号的频率可以致使波形形状的改变。当波形生成器与离子过滤装置一起使用时，波形形状的这种改变例如可以用作化学品识别中的附加轴。例如，可以在第一波形形状设置(例如，最大输入电压电平下的驱动信号的第一频率)处获得分散场(DF)对补偿场(CF)的频谱。可以在第二波形形状设置(例如，最大输入电压电平下的驱动信号的第二频率)处获得DF对CF的另一频谱。这有助于改善化学品之间的选择性。在一个示例中，控制器被设置成响应于DC电压源的电压电平的改变来调节驱动信号的频率。需要强调的是，本专利技术提供了一种控制器。该控制器被设置成响应于DC电压源的电压电平的改变来调节(例如，自动地并且在没有用户输入的情况下)驱动信号的频率。改变频率驱动信号能够使由波形生成器生成的波形的峰值电压和占空比中的至少一者受控。具体地，改变驱动信号的频率具有改变波形的峰值电压和波形的占空比两者的效果。因此，可以调节驱动信号的频率以获得波形的特定期望峰值电压和波形的特定期望占空比中的一者或两者。本专利技术能够补偿/校正由DC电压源的电压电平的改变所引起的波形形状的改变。DC电压源的电压电平可以例如随着波形生成器附近的压力和/或温度的改变而改变，以提供特定的分散场值。控制器可以被设置成随着DC电压源的电压电平的改变来调节驱动信号的频率，从而控制由波形生成器生成的波形的峰值电压。波形生成器电路具有公差，这意味着不同的波形生成器单元(具有相同的电路设计)将有问题地生成不同的提供至负载的输出电压。特定负载，特别是诸如场非对称离子迁移谱仪(FAIMS)的离子过滤装置，是对输出电压敏感的。如果不同FAIMS系统的输出电压不同但输出电压非常相似，就通常需要准确地测量输出电压。在现有方法中，通过测量输出电压并通过改变或调节波形生成器的分量以更改输出电压来手动地调谐波形生成器。这是一种手动且耗时的过程。此外，由于调谐分量的公差，这种方法并不理想。然而需要强调的是，本专利技术提供的控制器改变提供至开关的驱动信号，该驱动信号能够使峰值电压(波形的峰值输出电压)被调节并且调谐到特定值。以这种方式，尽管由于制造公差的差异，多个波形生成器都可以针对特定输入电压(通过使用所有驱动信号的特定的选定的频率)来生成相同的输出电压波形。此调谐过程可以是完全自动化的。控制器可以被设置成随着DC电压源的电压电平的改变来调节驱动信号的频率，从而将波形生成器生成的波形的占空比大致保持在恒定值。有利地，本专利技术因此能够调节波形的频率，以补偿由开关电容的改变(例如当波形的分散场改变时)所引起的占空比的改变。在某些应用中，希望保持由波形生成器生成的波形的恒定占空比。所期望的是特定应用包括离子过滤装置，例如FAIMS。然而，大体上，波形的占空比依赖于输入/输出波形电压。这种关系是非线性的，并且主要由于开关(例如，开关可以是FET)的电压相关行为所导致的。本专利技术能够通过调节开关的驱动信号的频率来控制占空比。这将是与在波形生成器电路中增加并联电容相比更简单、更易于管理且更有效的解决方案。因此，本专利技术允许占空比保持恒定，同时还使波形的输入和输出电压之间的关系更线性化。控制器可以被设置成通过随着DC电压源的电压电平的增加而增加驱动信号的频率，并且通过随着DC电压源的电压电平的减小而减小驱动信号的频率来调节驱动信号的频率。因此，本专利技术可以在低输入/输出波形电压下降低驱动信号的频率，以使占空比线性化并因此使输入与输出电压的关系线性化。控制器可以被设置成接收DC电压源的电压电平。控制器可以被设置成基于DC电压源的电压电平来确定待提供至开关的驱动信号的频率，从而将波形生成器生成的波形的占空比大致保持在恒定值。可以基于由波形生成的振荡电场的期望场强来确定所接收的DC电压源的电压电平。可以基于期望的场强和波形生成器附近的大气压力水平的指示来确定所接收的DC电压源的电压电平。可以基于期望的场强和波形生成器附近的温度的指示来确定所接收的DC电压源的电压电平。可以通过确定波形的期望电压以获得期望场强以及通过确定致使波形具有期望电压的DC电压源的电压电平来确定所接收的DC电压源的电压电平。可以通过将期望场强乘以乘法因数来确定波形的期望电压。所述乘法因数可以包括波形生成器附近的大气压力水平的指示。所述乘法因数可以包括波形生成器附近的温度的指示。所述乘法因数可以包括波形生成器附近的大气压力水平的指示和波形生成器附近的温度的指示这二者。控制器可以被设置成确定对数据存储装置的访问，从而确定驱动信号的频率。数据存储装置可以包括函数的参数，该函数限定DC电压源的电压电平与待提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波形生成器，包括：/n开关；/n变压器，其具有初级侧电路和次级侧电路，其中，所述初级侧电路具有第一端子和第二端子，所述第一端子被设置成导电耦合至DC电压源，所述第二端子导电耦合至所述开关；/n控制器，其被设置成向所述开关提供驱动信号，以使所述开关在导通状态和断开状态之间进行切换，其中，所述控制器被设置成调节所述驱动信号的频率，从而控制由所述波形生成器所生成的波形的峰值电压和占空比中的至少一者。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181018 GB 1816996.11.一种波形生成器，包括：
开关；
变压器，其具有初级侧电路和次级侧电路，其中，所述初级侧电路具有第一端子和第二端子，所述第一端子被设置成导电耦合至DC电压源，所述第二端子导电耦合至所述开关；
控制器，其被设置成向所述开关提供驱动信号，以使所述开关在导通状态和断开状态之间进行切换，其中，所述控制器被设置成调节所述驱动信号的频率，从而控制由所述波形生成器所生成的波形的峰值电压和占空比中的至少一者。


2.根据权利要求1所述的波形生成器，其特征在于，所述控制器被设置成，在所述DC电压源的电压电平保持大致恒定时调节所述驱动信号的所述频率。


3.根据权利要求1或2所述的波形生成器，其特征在于，所述控制器被设置成，响应于所述DC电压源的电压电平的改变来调节所述驱动信号的所述频率。


4.根据权利要求3所述的波形生成器，其特征在于，所述控制器被设置成，通过随着所述DC电压源的所述电压电平的增加而增加所述驱动信号的所述频率并且通过随着所述DC电压源的所述电压电平的减小而减小所述驱动信号的所述频率来调节所述驱动信号的所述频率。


5.根据权利要求3或4所述的波形生成器，其特征在于，所述控制器被设置成，随着所述DC电压源的所述电压电平改变来调节所述驱动信号的所述频率，从而将由所述波形生成器所生成的所述波形的所述占空比大致保持在恒定值。


6.根据权利要求5所述的波形生成器，其特征在于，所述控制器被设置成接收所述DC电压源的所述电压电平，并且所述控制器被设置成基于所述DC电压源的所述电压电平来确定待提供至所述开关的所述驱动信号的所述频率，从而将由所述波形生成器所生成的所述波形的所述占空比大致保持在恒定值。


7.根据权利要求6所述的波形生成器，其特征在于，所接收的所述DC电压源的电压电平是基于由所述波形生成的振荡电场的期望场强来确定的。


8.根据权利要求7所述的波形生成器，其特征在于，所述接收的所述DC电压源的电压电平是基于所述期望场强和所述波形生成器附近的大气压力水平的指示来确定的。


9.根据权利要求7或8所述的波形生成器，其特征在于，所述接收的所述DC电压源的电压电平是基于所述期望场强和所述波形生成器附近的温度的指示来确定的。


10.根据权利要求7至9中任一项所述的波形生成器，其特征在于，所述接收的所述DC电压强度的电压电平是通过确定所述波形的期望电压以实现所述期望场强以及通过确定致使所述波形具有所述期望电压的所述DC电压源的电压电平来确定的。


11.根据权利要求10所述的波形生成器，其特征在于，所述波形的所述期望电压是通过将所述期望场强乘以乘法因数来确定的，并且可选地，所述乘法因数包括所述波形生成器附近的所述大气压力水平的指示，并且可选地，所述乘法因数包括所述波形生成器附近的所述温度的指示。


12.根据前述权利要求中任一项所述的波形生成器，其特征在于，所述控制器被设置成访问数据存储装置，所述数据存储装置包括所述驱动信号的多个预定频率值，并且所述控制器被设置成根据所述多个预定频率值中的一者来调节所述驱动信号的所述频率。


13.根据权利要求12所述的波形生成器，其特征在于，
所述数据存储装置包括所述多个预定频率值和多个电压电平，所述电压电平中的每一者对应于所述预定频率值中的一者，以及
所述控制器被设置成，接收所述DC电压源的所述电压电平并且选择与所述DC电压源的所述电压电平相对应的预定频率值。


14.根据权利要求13所述的波形生成器，其特征在于，
所述控制器被设置成，随着所述DC电压源的所述电压电平改变来调节所述驱动信号的所述频率，从而将由所述波形生成器所生成的所述波形的所述占空比大致保持在恒定值，以及
所述多个预定频率值中的每一者被选择，使得当所述DC电压源处于相关联的电压电平时，具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔纳森·皮尔森，
申请(专利权)人：奥斯通有限公司，奥斯通医疗有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US