[實用新型]溫度受控電子設備、控制電路以及離子光學裝置

有效

• 申請號: 201721011110.3
• 申請日: 2017-08-14
• 公開（公告）號: CN208092569U
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: S·沃爾戈坦
• 申請（專利權）人: 塞莫費雪科學(不來梅)有限公司
• 主分類號: G05D23/20
• 分類號: G05D23/20;H01J49/06
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 姬利永

一種溫度受控電子設備，其包括：電路板；多個電子組件，其以形成至少一個電子電路的布置安裝在所述電路板上；溫度傳感器，其經配置以測量所述至少一個電子電路的溫度；以及熱產生組件，其經配置以由溫度控制電路控制，所述溫度控制電路經配置以響應于由所述溫度傳感器測量的所述溫度而控制由所述熱產生組件產生的熱的量。所述多個電子組件布置在所述電路板上以位于一個或多個路徑中的一者上，所述一個或多個路徑中的每一路徑由具有半徑的相應圓界定。

技術領域

本實用新型涉及溫度補償式電子設備，其可形成用于從RF輸入信號產生DC電平的RF檢測器的部分。還提供此類RF檢測器，以及用于設定RF電位的振幅的控制電路，所述RF電位用于使用此RF檢測器供應到分析儀器中的電子放大器。所述分析儀器可為包括離子光學裝置的質譜儀，例如四極濾質器。

背景技術

用于將AC電壓轉換成表示AC電壓的振幅的等效DC電壓的技術在許多電氣或電子系統中是眾所周知的。在離子處理和質譜分析領域中，射頻(RF)檢測器使用此類技術來將RF電壓變換成指示RF電壓的振幅(作為DC電壓)的對應信號，作為閉環控制電路的部分來將RF電壓的振幅維持為恒定的。將理解，此類DC電壓并不嚴格地為隨時間推移而振幅恒定的DC電壓。實際上，DC電壓為具有的DC電平指示RF電壓的振幅的信號，所述振幅可能隨時間推移而恒定，也可能隨時間推移取決于作為輸入的經變換RF 電壓而逐漸改變。

閉環控制電路可形成離子光學裝置的部分，例如四極桿、離子阱、碰撞室或離子光學透鏡。RF電位的振幅變化可能會影響離子在離子光學裝置中所經受的電場，從而引起不合需要的效果，例如不準確測量和離子的損耗。

AC到DC轉換中所使用的組件的電流-電壓(I-V)特性將對DC輸出電平具有顯著影響。確切地說，常常用于整流的有源組件具有相對于溫度非線性改變的電流-電壓特性。舉例來說，當前最常用的半導體材料是硅，其摻雜有不同的其它化學元素且組合以形成 PN結。此結具有溫度相依性，相依性體現為跨越所述結的電壓與穿過所述結的電流之間的關系取決于結溫度。

參考圖1，示出穿過二極管的電流(I_D)與跨越二極管的電壓(U_D)之間的已知關系以及此關系如何相對于溫度而變化。此關系以圖形和數學形式兩者示出。每一半導體在其電流路徑中具有內部電阻部分(對于二極管通常約為15到30Ω)，因此甚至在正常操作中也會發生一些功率損耗。此功率損耗的后果為，二極管的半導體PN結或金屬半導體肖特基結的溫度將增大。因此，如圖1所示，此類效果為自放大式的，且不會自己達到穩定條件。二極管通常還具有不大于約1pF的寄生電容。

接下來參考圖2，描繪用于使用二極管20將輸入AC電壓信號10轉換為對應DC電壓60的RF檢測器的典型現有電路，以及說明輸入電壓(U_rf)與二極管中耗散的功率(P_D) 之間的關系的曲線圖。此類設計例如用于由賽默飛世爾科技(Thermo Fisher Scientific)(TM)以品牌名稱“iCAP”、型號“Q”和“RQ”出售的電感耦合等離子體 (ICP)質譜儀中。RF檢測器通常用于電子閉環電路中，以將RF信號的振幅保持于所需的恒定電平。RF檢測器包括：二極管20；電阻器30；電容器40；以及電感器50。電容器40和電感器50形成低通濾波器，以使得DC輸出60具有低紋波。由于將半導體(二極管20)用作整流元件，因此這種配置是溫度相依性的。電壓與二極管中耗散的功率(其與二極管溫度T_D緊密聯系)之間的關系是高度非線性的。此導致AC輸入10的振幅與 DC電壓電平60之間的關系相對于溫度也是非線性的。

因此，溫度影響將在RF檢測器電路的輸出60處造成DC偏移電壓誤差。此DC偏移電壓也相對于傳入AC電壓10具有非線性關系，因為較高傳入電壓10將引起二極管(和潛在的其它組件)中的較高電流、二極管中的較多功率損耗且因此引起較多熱，從而改變二極管的電流-電壓特性。在提供高功率輸入時，例如對于待提供到離子光學裝置的 RF電位，這尤其成問題。