本发明涉及用于产生高压射频信号的系统和方法，并且更具体地涉及调谐谐振频率以使其保持等于或基本上等于驱动频率的系统和方法。
背景技术：
某些仪器和产品需要极高电压射频正弦波的精确来源。一个示例是质谱仪，其中高压rf源驱动由多极性(或“多极”)电极组件(诸如多极杆组件)组成的基本上电容性的负载。一个特定示例是四极(或“四线组”)，其由两对杆形成，每一对杆接收rf信号以在四线组内的内部空间中产生rf电场。rf电场将离子聚焦到该空间中心轴线处的离子束中。离子在该空间的一端进入该空间并且沿着中心轴线行进，在该空间的相对端离开。在一些实现方式中，在每个杆对处将dc分量添加到rf信号以提供离子质量带通过滤器。
通常使用振荡器产生高电压以驱动射频功率放大器，该射频功率放大器进而驱动调谐到与振荡器相同频率的高q值lc谐振器。谐振器放大来自功率放大器的驱动电压以产生必要的高电压。对于运行特定实验的给定仪器，所需频率通常是固定的。然而，振幅必须能够设定在很宽的范围内，例如50v至8kvpp(峰-峰振幅)。
由rf放大器驱动的谐振器的使用有利地允许负载的电容有效地作为与谐振器电感谐振的电路电容的大部分工作。这大幅降低了放大器所需的功率(通常降低一到两个数量级)。
将谐振器与rf放大器一起使用的一个问题是谐振器频率容易漂移。也就是说，谐振器调谐到的频率随时间而变化。这种漂移的结果是谐振器频率不再与振荡器或驱动频率匹配。当谐振器频率不能与驱动频率匹配时，由谐振器提供的电压放大系数减小。放大系数减小导致高压振幅减小，这对于光谱仪操作是有问题的。
使用称为调平回路(levelingloop)的基于反馈的电路可以使振幅保持恒定。本领域技术人员理解的这种常用技术增加了馈送到功率放大器输入端的振荡器信号的振幅。这增加了放大器输出功率以补偿来自失调谐振器的减小的放大系数。只要谐振器频率没有漂移超过约0.5％(该漂移对应于约1％的电容或电感变化)，调平回路就能有效地保持高压振幅恒定。期望在大于1％的范围内处理电容器或电感器谐振变化，而不借助于可能引起其他相关问题的不合理的大型且昂贵的放大器。
基于谐振器的rf驱动器中的频率漂移主要与温度有关。谐振器物理发热或冷却。温度变化可能是仪器部件发热和冷却、谐振器本身耗散功率以及环境空气温度变化的结果。谐振器膨胀和收缩，这导致电感分别增大和减小。谐振频率与电感的平方根成反比变化。还会发生热感应电容变化。
即使非常小心，也不可能完全消除电感和电容随时间的变化。在现有技术中，电感变化被最小化到成本合理的程度，然后经由调平回路和适度超尺寸的功率放大器来处理剩余谐振器频率漂移的影响。
一种解决方案涉及在谐振器附近的质谱仪的壳体中安装一个由现场可编程门阵列控制的变速风扇，以降低温度变化。然而，添加风扇需要提供附加的空间。当风扇在操作期间接通时，可能还需要解决增加的电气噪声和声学噪声。另外，风扇不能消除温度变化；它只能缩小变化的范围。
因此，期望在不需要更大且更昂贵的放大器或者可能将噪声引入系统的机电部件的情况下，最小化或甚至消除频率漂移。
技术实现要素：
为了整体或部分解决上述问题和/或本领域技术人员可能已经观察到的其他问题，本公开文本提供了通过举例的方式在下文陈述的实现方式中描述的方法、过程、系统、设备、仪器和/或装置。
根据一个实施方案，一种用于产生高压射频(rf)输出信号的系统包括：振荡器，其被配置为产生驱动频率的驱动信号。rf放大器被配置为放大该驱动信号以产生该驱动频率的放大驱动信号。rf放大器输出连接到谐振器，该谐振器包括调谐部件，该调谐部件被连接以从rf放大器接收放大的驱动信号。放大的驱动信号驱动谐振器以至少部分地基于调谐部件的谐振参数而产生高振幅的rf输出信号，该谐振部件的谐振参数随调谐部件温度而变化。谐振频率被保持在基本上等于驱动频率，这有赖于调谐部件温度。rf输出信号具有放大的振幅。温度变化元件被配置为加热或冷却调谐部件以改变调谐部件温度。谐振调谐控制器被配置为检测该谐振频率和该驱动频率何时不同，并且控制该温度变化元件改变该谐振参数以将该谐振频率调谐为基本上等于该驱动频率。
根据另一个实施方案，提供了一种用于产生高压射频(“rf”)输出信号的方法。使用连接到振荡器的rf放大器产生放大的驱动信号，该振荡器产生驱动频率的rf信号。当谐振频率基本上等于驱动频率时，由于谐振器提供的谐振电压放大或升压，放大的驱动信号驱动谐振器以产生驱动频率下的高压rf输出信号。当检测到谐振频率与驱动频率之间的差值时，谐振器中的调谐部件被加热或冷却以调整调谐部件温度，从而将谐振器频率调谐到基本上等于驱动频率。
根据另一个实施方案，一种rf输出信号发生器被配置为用于执行本文公开的任何方法。
根据另一个实施方案，一种电极组件包括：根据本文公开的任何实施方案的用于产生射频(rf)输出信号的系统；和多个电极，其中这些电极中的一个或多个电极与该系统通信并且被配置为接收rf输出信号。
根据另一个实施方案，一种离子处理装置包括：根据本文公开的任何实施方案的电极组件；和真空室，其中该多个电极位于该真空室中。
根据另一个实施方案，一种质谱仪(ms)包括：根据本文公开的任何实施方案的电极组件；和离子检测器。
通过研究以下附图和具体实施方式，其他装置、设备、系统、方法、特征以及优点对于本领域技术人员将是或将变得显而易见。所有这样的附加的系统、方法、特征以及优点都应当包括在本说明书中，在本发明的范围内，并且受所附权利要求的保护。
附图说明
通过参考以下附图可以更好地理解本发明。附图中的部件不一定按比例绘制，而是强调说明本发明的原理。在附图中，在不同的视图中，相似的附图标记指代对应的部分。
图1是根据本文公开的实施方案的用于产生高压rf输出信号的系统的示例的框图。
图2a是使用串联谐振电路的图1中的系统的示例性实现方式的示意图。
图2b是使用并联谐振电路的图1中的系统的示例性实现方式的示意图。
图3a是rf放大器和串联谐振电路的示意图，示出了用于检测驱动信号频率和谐振电路频率何时具有不同值的技术。
图3b是rf放大器和并联谐振电路的示意图，示出了用于检测驱动信号频率和谐振电路频率何时具有不同值的技术。
图4a是图2a中的系统的示例性实现方式的示意图。
图4b和4c是图4a中具有差分平衡rf输出的系统的示例性实现方式的示意图。
图4d是具有由单个rf放大器驱动的差分平衡rf输出的系统的示例性实现方式的示意图。
图5a是示出用于提供高压rf输出信号的方法的操作的流程图。
图5b是图5a中的流程图中所示的方法的示例性实现方式，示出了用于检测驱动频率与谐振频率之间的差值的示例性方法的操作。
图6是根据一些实施方案的质谱仪(ms)或质谱(ms)系统的示例的示意图。
图7a是根据一些实施方案的四极离子导向组件的示例的示意性侧视(纵向)图。
图7b是沿着图7a中的线b-b截取的横向(x-y)平面中的四极离子导向器组件的示意性剖视图。
具体实施方式
本文公开了用于产生高压射频(rf)信号的系统和方法。本文描述的系统和方法可以用于需要期望频率下的高压rf信号的任何应用或环境中。在下面的描述中可以参考在质谱仪的背景下系统和方法的使用，其中这种参考增强或阐明了该描述。然而，应当理解，本文描述的系统和方法可以在涉及高压rf信号的任何应用中找到有利的用途。
通常，高压rf信号是rf频谱中具有信号振幅电平的任何信号，其中谐振器耦合到rf放大器输出以放大rf放大器输出的驱动电压。在任何特定实现方式中可以被认为是“高电压”值的实际值可以取决于所使用的rf放大器以及添加谐振器以将电压放大到期望电平的需要。在一些实现方式中，“高电压”可以大于50vpp(峰-峰振幅)并且高达8kvpp。其他实现方式可以在更高的电压下操作。
图1是用于产生高压rf输出信号的系统100(其也可以称为高压rf信号产生系统)的示例的框图。系统100包括振荡器102、rf放大器104、谐振器106、调谐部件108、谐振器调谐控制器110以及温度变化元件112。振荡器102可以是被配置为产生驱动频率的驱动信号的任何合适的电子元件或电路。驱动频率是系统100产生的rf信号的频率值。驱动信号被放大并连接以驱动谐振器106，该谐振器被配置为以等于驱动频率的谐振频率操作。可以使用任何合适的振荡器配置来实现振荡器102。示例性实现方式包括反馈振荡器，诸如晶体振荡器、lc振荡器和rc振荡器(在可以产生足够高的频率的程度上)。在其他实现方式中，可以使用负电阻振荡器。振荡器102可以被配置为产生单个期望的驱动频率值f驱动的rf信号vs。振荡器102可以使用多频发生器来实现，该多频发生器使用例如压控振荡器、频率合成器或产生振荡信号的任何其他合适的装置。在一个实现方式中，振荡器102是由谐振器调谐控制器110提供的功能或其部件。
振荡器102连接到rf放大器104，该rf放大器被配置为放大驱动信号vs，以产生驱动频率值f驱动的放大驱动信号v驱动。可以使用任何合适的rf放大器系统来实现rf放大器104。在示例性实现方式中，rf放大器104使用高功率电压源来使得驱动信号的电压能够放大到合适的电平。在一些示例性实现方式中，振荡器102作为不同的单元与rf放大器104分开操作。在其他示例性实现方式中，rf放大器104和振荡器102可以是相同系统的不同功能单元以用于产生大功率rf信号。例如，振荡器102可以是允许选择不同频率的子系统的一部分。rf放大器104还可以以可选电平提供放大。rf放大器104还可以包括合适的阻抗匹配元件以最大化向谐振器106中的功率传输。在示例性实现方式中，rf放大器104是差分放大器，其中每个差分输出连接到独立配置的谐振器，以产生两个高压rf输出，这两个高压rf输出在振幅上彼此相等并且彼此相位相差180度。在下面描述的示例中，差分放大器实现方式将包括谐振器，其具有连接到每个差分输出的调谐部件以在两个谐振器的电压输出上产生rf输出信号。
rf放大器104产生驱动频率f驱动和期望的放大电压的放大的驱动信号。谐振器106连接到rf放大器104以接收放大的驱动信号，其驱动谐振器104以产生驱动频率值f驱动的rf输出信号v输出。谐振频率f谐振是基于调谐部件108的谐振参数，该谐振参数随调谐部件温度而变化。谐振器106可以使用lc谐振电路、rc谐振电路(在rc谐振电路可以在期望频率水平下操作的程度上)、rlc谐振电路或包括调谐部件108的任何其他合适的谐振组件来实现。调谐部件108可以是具有谐振参数或具有影响谐振器106的谐振频率的值的参数的任何部件。例如，调谐部件108可以是电感器或电容器，它们是谐振电路中常用的部件。谐振参数于是可以分别是电感或电容。
应当注意，调谐部件108是谐振器106的部件。调谐部件108的电抗确定谐振器106的谐振频率。与调谐部件108相关联的谐振参数被调整以便调谐谐振频率。然而，调谐部件108可以与形成谐振器106的其他部件分开定位，以便使调谐部件108足够接近温度变化元件112以影响调谐部件108的温度。出于本说明书的目的，应当理解，向谐振器106施加热量或冷却将意味着与向调谐部件108施加热量或冷却调谐部件108相同。
根据部件操作时所处的环境的温度，典型调谐部件的谐振参数可以在某个范围内变化。在一些实施方案中，调谐部件108是电容器(即，调谐电容器)并且谐振参数是该调谐电容器的电容。调谐电容器可以被指定为具有温度系数，该温度系数指示每度温度变化下的电容变化。电感器可以类似地表征为具有温度系数，该温度系数指示每度温度变化下的电感变化。
谐振器106被配置为当谐振频率f谐振基本上等于驱动频率f驱动时放大驱动频率f驱动的rf的输出信号v输出。谐振频率f谐振可以随调谐部件温度的变化而变化。因此，由谐振器106提供的电压放大量取决于谐振器106的调谐状态，因此取决于调谐部件的温度。温度变化元件112被配置为响应于温度控制信号而辐射热量或冷却调谐部件108以改变调谐部件温度。温度变化元件112在允许来自温度变化元件112的加热或冷却影响调谐部件108的温度的位置处安装在系统100中。在示例性实现方式中，温度变化元件112是根据流过电阻器的电流量来辐射热量的电阻器。可以根据系统100的外壳中的部件的布置、温度变化元件112与调谐部件108的接近度以及特定于实现方式的其他因素来选择电阻器的尺寸、电阻和具体材料。在另一个示例性实施方式中，温度变化元件112是用于加热或冷却调谐部件108的热电发生器(例如，珀耳帖装置)。合适的热电发生器可以用于根据传导到热电发生器的电信号来加热或冷却调谐部件108。在其他实施方式中，其他加热和/或冷却装置可以用于温度变化元件112。
在图1中所示的示例中，温度控制信号由谐振调谐控制器110提供给温度变化元件112。谐振调谐控制器110可以被配置为检测谐振频率f谐振和驱动频率f驱动何时是不同的频率值。如果谐振频率f谐振和驱动频率f驱动不同，则谐振调谐控制器110控制温度控制信号以改变谐振参数以将谐振频率f谐振调谐为等于或至少基本上等于驱动频率f驱动。在本文中，“基本上等于”意味着低于和高于驱动频率f驱动的精确值的某个窄范围跨越值，其中该范围的大小对于实现系统100的操作环境是可接受的。作为一个非限制性示例，“基本上等于”意味着等于驱动频率f驱动加上或减去三度(±3°)的相位。作为另一个非限制性示例，“基本上等于”意味着等于驱动频率f驱动加上或减去4khz。
谐振调谐控制器110可以使用反馈控制技术，通过使用检测谐振频率何时不同于驱动频率来调整温度控制信号。在一个示例中，谐振调谐控制器110可以检测驱动电压(v驱动)与输出电压(v输出)之间的相位差作为用于调整温度控制信号的反馈。在另一个示例中，可以使用航位推算系统，其中谐振调谐控制器110包括功率电平与这些功率电平下的相应温度变化的映射。然后可以将温度变化映射到电抗值，调谐部件108可以设定为将谐振频率调谐到该电抗值。
传导到温度变化元件112的温度控制信号取决于用于实现温度变化元件112的装置。在温度变化元件112是被配置为产生热量的电阻器的情况下，温度控制信号是电流或电压电平，这取决于电路细节。温度变化元件112也可以是热电发生器，例如珀耳帖加热器、珀耳帖冷却器或热泵。热电发生器可以被配置为根据传导到热电发生器的温度控制信号来加热或冷却调谐部件108。
在示例性实现方式中，谐振调谐控制器110可以包括现场可编程门阵列(fpga)，其被编程为检测谐振频率f谐振与驱动频率f驱动之间的差值，并且控制温度控制信号以改变谐振参数，从而使谐振频率f谐振调谐为基本上等于驱动频率f驱动。在另一个实现方式中，谐振调谐控制器110可以被实现为由通用控制器单元执行的功能，该通用控制器单元可以为其他系统或子系统提供控制功能。例如，用于产生高压rf信号的系统100可以在质谱仪中操作，该质谱仪使用处理器用于质谱仪中的各种系统或子系统。在另一个实现方式中，谐振调谐控制器110可以使用任何合适的控制元件来实现，该控制元件可以使用或不使用任何类型的处理器资源。例如，可以实现模拟解决方案，其中(例如，使用具有比较器的电路)检测谐振频率与驱动频率之间的差值，并且该差值可以触发电路以产生合适的信号电平来驱动温度变化元件。在示例性实现方式中，谐振调谐控制器110还可以包括充当图1中的振荡器102的振荡器功能。
图2a是高压rf信号产生系统200的示意图，该系统是图1中的系统100的示例性实施方式。系统200包括连接到串联lc谐振电路206的rf放大器202，该串联lc谐振电路包括被实现为使用调谐电容器208的调谐部件。调谐电容器208连接到lc谐振器206并且构成该lc谐振器的电容，该lc谐振器还包括电感器216和电容器218。虽然调谐电容器208在该示例中被示为与电感器216和电容器218串联连接，但是应当理解，调谐电容器208可以以允许它影响谐振频率的任何配置连接。调谐电容器208可以例如与电容器218并联连接。rf放大器202可以包括内部振荡器或从合适的源(图2a中未示出)接收振荡信号。rf放大器202产生放大的驱动信号v驱动以驱动lc谐振器206。调谐电容器208与rf放大器202的输出串联连接。lc谐振器206在电感器216的一端连接到调谐电容器208，其与电容器218串联接地。
调谐电容器208可以基本上靠近温度变化元件212和温度监测元件220定位在系统中，以使得温度变化元件212能够影响调谐部件温度，其可以被理解为调谐电容器208操作的温度。温度监测元件220被定位成感测从温度变化元件112辐射的热量。温度监测元件220可以产生与从温度变化元件112感测到的热量或该温度变化元件的温度对应的电信号电平。该电信号电平可以用作控制回路中的反馈，该控制回路基于指示温度变化元件212的温度的电信号电平来调整温度控制信号。在示例性实施方式中，温度监测元件220可以是响应于温度水平或温度变化而产生电信号的任何合适的换能器。在如图2a中所示的一个实现方式中，温度监测元件220可以是温敏二极管。
图2a中的系统200包括数模转换器(“dac”)240，其被连接以从控制器250接收数字信号。dac240将数字信号转换为电压电平，该电压电平被提供给dc放大器230，该dc放大器提供使电流流过温度变化元件212的电压。控制器250可以以如下方式改变提供给dac240的数字信号：改变从dc放大器230输出的电压并因此改变通过温度变化元件212的电流以向调谐电容器208辐射改变调谐电容器208的电容所需要的热量。
可选地，控制器250可以输出可变脉冲宽度信号，并且dac240可以用简易低通过滤器代替以将可变脉冲宽度信号转换为可变dc电压以驱动dc放大器230。
参考图2a的以下描述示出了用于特定示例性实现方式的系统200的操作。该描述使用特定电容值和电容器规格，并且对于给定的一组要求的示例性实现方式中的操作做出其他假设。应当理解，这些值、规格和假设是用于阐明图2a中的系统200的操作的描述的示例。这些值、规格和假设绝不是出于限制的目的。
图2a中的系统200的目的是在输出v输出下产生rf输出信号，其中rf输出信号具有期望的频率和期望的高压电平。系统200通过利用rf放大器202的输出驱动lc谐振器206来操作。通过仔细选择调谐电容器208的电容和规格，rf输出信号的频率和振幅可以保持在期望的水平。出于讨论的目的，期望系统200产生1.6mhz的频率rf的输出信号。
图2a中的示例中的调谐电容器208是被指定为具有期望温度系数的热调谐电容器。虽然电容器208可以使用合适的陶瓷(例如，瓷器等)或合适的聚合物(例如，聚丙烯)作为电介质材料，但是也可以使用被指定为具有响应于温度的指定温度变化的任何电介质材料作为电介质材料。在该示例中，调谐电容器208是具有n2800温度系数的调谐电容器。电容在负方向上每摄氏度变化2800ppm(一百万分之一)(电容随着温度的升高而下降)。可以在特定实现方式中确定系统200的操作环境中的温度范围。对于该示例，可以假设调谐电容器208在温度范围从约35℃到约110℃的环境中操作。温度下限可以取决于系统200中调谐电容器208的位置。调谐电容器208可以安装在例如直接接收外部空气的位置。上限可以受到温度变化元件212可以加热调谐电容器208的最高温度的影响。例如，温度变化元件212可以被配置为将调谐电容器208加热到110℃。在该例中，总温度范围是75℃。
在给定2800ppm的温度系数的情况下，在75℃工作温度范围内，电容可以改变2800x75℃＝210,000ppm。可以使用lc谐振器206中的电容的特定电容值来确定可以控制lc谐振器206的谐振频率的频率范围。例如，图2a中的谐振器电容218具有68pf的电容值。例如，图2a中的调谐电容器208具有1000pf的电容。在给定谐振器电容器218和调谐电容器208的这些值的情况下，用于确定lc谐振器206的谐振频率的总电容可以确定为
应当注意，可以通过减小调谐电容器208的电容来增加调谐范围。较小的电容导致调谐电容器208两端的电压降较大。一些实现方式(诸如使用系统200作为质谱仪中的四极杆的驱动器)可能对电压电平的下降敏感。通过包括谐振器风扇并随着温度变化或响应频率漂移而改变谐振器风扇转速，可以减小所需的调谐范围。通过包括加热和冷却元件作为温度变化元件212，也可以增加调谐范围。
上面的描述示出了可以如何通过基于电容和温度系数选择调谐电容器208来确定针对期望的谐振频率f谐振的调谐范围。监测谐振频率f谐振与驱动频率f驱动之间的差值，并且当检测到差值时，可以控制温度变化元件212加热调谐电容器208以改变调谐电容器208的电容，从而调整lc谐振器206的谐振频率f谐振。
可以使用各种技术来检测谐振频率f谐振和驱动频率f驱动何时是不同的频率值。通常，可以监测谐振频率f谐振和驱动频率f驱动以确定这两个频率是相同还是不同。例如，图2a中，通过将谐振器输出v输出处的信号相位与rf放大器输出v驱动处的信号相位进行比较，可以监测频率以确定它们是否是相同的频率值。如果谐振频率f谐振与驱动频率f驱动相同，则v驱动的相位将与v输出的相位相差90°。可以监测v驱动和v输出处的信号以确定v驱动与v输出之间的相移是大于还是小于90°。因为调谐电容器208与电容器218直接串联，所以调谐电容器208两端的电压的相位将与电容器218两端的电压v输出的相位相同。监测电压v驱动-vc1而不是v输出的相位可能更方便，因为v输出的振幅通常太高而不便于监测，而(v驱动-vc1)则低得多且便于监测。知道了v驱动与(v驱动-vc1)之间的相位差，就可以导出v驱动与vc1之间的相位差。
应当注意，在一些实现方式中，可以确定并直接比较驱动频率值f驱动和谐振频率值f谐振。然而，监测相对于90°的相移一个优点是相对于90°的偏移方向提供了谐振频率的偏移方向的指示。在串联谐振电路中，当谐振频率f谐振从驱动频率f驱动向下偏移时，v驱动与v输出之间的相位差小于90°。如果谐振频率f谐振从驱动频率f驱动向上偏移，则v驱动与v输出之间的相位差大于90°。相对于90°的相移提供了关于谐振频率f谐振需要在哪个方向上偏移以再次匹配驱动频率f驱动的信息。
在示例性实现方式中，可以通过将rf放大器输出v驱动和谐振器输出v输出连接到与控制器(诸如谐振调谐控制器250)连接的adc(具有适当的电压缩放)来确定相对于90°的相位差，该控制器可以使用fpga来实现。fpga可以被编程为对波形进行数字分析以测量v驱动与v输出之间的相位差。可选地，谐振调谐控制器250可以被配置为在接收v驱动和v输出的输入处使用控制器时钟和过零检测器。在将信号连接到谐振调谐控制器250的输入端之前，可以按比例缩小v驱动和v输出处的电压。
图2b示出了具有与图2a中的系统200基本相同的功能和目的的系统260，除了图2b中的系统260使用了并联谐振电路266代替图2a中的系统200中使用的串联谐振电路206。图2b中的并联谐振电路266包括作为互感器的次级绕组提供的谐振器电感器216，该互感器具有初级绕组220、电容元件218和调谐电容器208。该互感器被配置为在rf放大器202与并联谐振电路266之间提供最佳阻抗匹配，以在谐振时提供最大功率传输。
在图2b中的系统260中，要比较的相位是rf驱动电压v驱动和rf驱动电流i驱动的相位。在lc谐振电路中，通常，当驱动电压的频率等于电路的谐振频率时，驱动谐振器的rf电压的相位将与谐振器汲取的rf电流的相位相同。当v驱动的相位等于i驱动的相位时，谐振频率f谐振等于驱动频率f驱动。
图3a是包括rf放大器304和串联谐振器306的系统300的示意图。图3a示出了用于检测rf放大器的输出处的驱动频率与谐振器306的谐振频率之间的差值的替代技术。系统300包括调谐电容器308和振荡器302以将驱动信号馈送到rf放大器304。调谐电容器308可以由调谐电感器代替，该调谐电感器在经受温度变化时改变电感。rf放大器304在调谐电容器308处产生放大的驱动信号。图3a示出了1)电压信号v输出，其是谐振器306中电容器c2两端的输出电压；2)电压信号vc1，其是调谐电容器308两端的电压；以及3)电压信号v驱动，其是rf放大器304的输出端对地的电压。可以监测电压信号v输出、v驱动和vc1以监测相位差。谐振调谐控制器110(图1中)可以执行(v驱动)-(v驱动-vc1)＝vc1。然后可以将vc1处的相位与v驱动的相位进行比较以确定谐振频率和驱动频率是否不同。
图3b是系统350的示意图，该系统检测驱动频率信号和谐振频率何时具有不同的频率值。图3b中的系统350在功能和操作上类似于图3a中所示的系统300，除了图3b中的系统350包括并联谐振电路366而不是图3a中系统300中的串联谐振电路306。系统350还包括电流互感器(t1)360以提供电压信号vi，如下所述，用于检测驱动频率值f驱动和谐振频率值f谐振何时不同。
图3b中的并联谐振电路366包括互感器(t2)368，其包括初级绕组356和次级绕组358，该初级绕组被配置为从rf放大器304接收电流i驱动。互感器(t2)368可以被配置为在rf放大器304与并联谐振电路366之间提供最佳阻抗匹配，以在谐振时提供最大功率传输。次级绕组358的一端连接到调谐电容器(c1)308。调谐电容器308在相对端接地以形成并联谐振电路366。并联lc谐振电路366还包括输出电容器(c2)，其可以是v输出处的负载中的电容。
电流互感器(t1)360形成有初级绕组364和次级绕组362。初级绕组364与rf放大器304的输出和lc并联谐振器电路366的互感器(t2)368的初级绕组356串联。次级绕组362提供电压信号vi，其与驱动电流i驱动同相。在示例性实现方式中，控制器可以对电压信号vi和电压信号v驱动进行采样，以检测两个信号之间的相位差何时为0度，这将指示驱动频率f驱动与谐振器频率f谐振不同。
图4a中的示意图示出了高压rf信号产生系统400，其包括振荡信号源402、rf放大器404和lc谐振器406，该lc谐振器具有调谐电容器(c1)408、与调谐电容器408串联的第二电容器c四线组以及电感器l。图4a中的系统400是高压rf信号源的示例，该高压rf信号源可以被实现为用于质谱仪中的四极组件的谐振器。lc谐振器406中的第二电容器c四线组是四极杆的电容，在该四极杆两端产生v输出的rf输出信号。
图4a中的系统400还包括温度变化元件412，其定位成辐射热量h以便影响调谐电容器408处的温度。温度变化元件412由通过调谐放大器420产生的温度控制信号来控制，该调谐放大器放大从调谐dac422接收的dc信号。调谐dac422从谐振调谐控制器450接收数字信号。数字信号可以提供与dc信号的电平对应的数字。可以控制dc信号的电平以控制向调谐电容器408辐射的热量。
图4a中的系统400还包括连接到谐振调谐控制器450的输入端的第一驱动器460和第二驱动器462。第一驱动器460可以从与rf放大器输出的连接接收电压信号v驱动。第二驱动器462可以从与谐振器信号节点470的连接接收电压信号v驱动-vc1。第一驱动器460和第二驱动器462可以使用比较器来实现，该比较器被配置为对电压输入进行限幅和缩放，使得谐振调谐控制器450接收适合于其要求的电压电平。
图4a中的系统400的操作涉及从振荡信号源402输出的驱动信号，该振荡信号源由谐振调谐控制器450控制。振荡信号控制器402可以是dac或直接数字合成器(dds)或锁相环(ppl)合成器或压控振荡器(vco)。振荡信号源402可以被配置为接收请求它产生某个频率和振幅的振荡信号的指令。作为响应，振荡信号源402产生所指示的频率和振幅的振荡信号。
模拟信号由rf放大器404放大以产生由lc谐振器406接收的放大的驱动信号，该lc谐振器包括调谐电容器408、电感器l和四线组电容。如上所述，调谐电容器408是热调谐电容器，其电容c1随温度变化。
系统400中的谐振调谐控制器450被配置为通过监测谐振器输入处的驱动电压v驱动与谐振器输出处的电压v输出之间的相位差来检测谐振频率f谐振与驱动频率f驱动之间的差值。v输出的相位与c1两端的电压相位相同，因为c1与四线组电容串联，而后者在谐振器输出两端。如上所述，当谐振器被调谐到f驱动时，vc1的相位与v驱动的相位之间的差值为90°。谐振调谐控制器450通过计算(v驱动)-(v驱动-vc1)＝vc1来确定vc1。然后可以将vc1处的相位与v驱动的相位进行比较以确定谐振频率和驱动频率是否不同。
谐振调谐控制器450可以接收来自第一电压缩放器的驱动信号v驱动，该第一电压缩放器可以是图4a中的第一驱动器460，连接在rf放大器输出v驱动与第一谐振调谐控制器输入之间。谐振调谐控制器450可以在节点470处接收来自第二电压缩放器的谐振器输出v驱动-vc1，该第二电压缩放器可以是第二驱动器462，其连接在节点470处的谐振器输出与第二谐振调谐控制器输入之间。谐振调谐控制器450可以包括控制器时钟和过零检测器，该控制器时钟用于产生时钟信号，该过零检测器用于检测时钟过零点与两个控制器输入信号的过零点之间的时序关系，从该时序关系可以确定两个输入信号之间的相位关系，这进而将产生rf放大器输出v驱动与谐振器输出v输出之间的相位关系。
应当注意，本文描述的用于确定驱动频率和谐振频率何时具有不同频率值的技术并不意图将实现方式限制于任何特定技术。也可以使用用于确定两个频率何时不同的任何合适的技术。
谐振调谐控制器450可以包括第一模数转换器(adc)，其连接在rf放大器输出v驱动与第一谐振调谐控制器输入之间。第一驱动器460可以用于缩放第一adc的电压。第二adc可以连接在谐振器节点v驱动-vc1与第二谐振调谐控制器输入之间。在其中插入第一和第二adc的实现方式中，第二驱动器462可以被配置为具有差分输入(或者前面是差分放大器)以跨越调谐电容器408(c1)两端，使得第二驱动器462的输出将电压vc1馈送给谐振调谐控制器450的输入。谐振调谐控制器450将从第一adc接收的第一多个数字值与从第二adc接收的第二多个数字值进行比较。然后，谐振调谐控制器450确定rf放大器输出与谐振器输出之间的相位。可以使用数字波形分析来执行相位的确定以确定每个信号之间的时间。
系统400中的谐振调谐控制器450可以确定vc1的相位与v驱动的相位之间的差值为90°，这指示驱动频率和谐振频率相同。在示例性实现方式中，调谐电容器408可以被选择为具有在工作温度范围内的电容范围的大约中间的电容。调谐电容器408还可以被选择成使得调谐电容器408将需要在系统400的操作温度范围的大约中间处进行一些加热。谐振调谐控制器450可以产生与电压电平对应的数字信号，该数字信号将在温度变化元件412处产生足以将调谐电容器408的温度维持在工作温度范围中间点附近的热量。
谐振调谐控制器450可以确定vc1的相位与v驱动的相位之间的差值大于90°，这指示谐振频率已经漂移到小于驱动频率的值。谐振调谐控制器450可以通过产生输出到调谐dac422的数字信号来响应，该数字信号的值将增加来自温度变化元件412的热量。增加的热量在调谐电容器408中产生电容减小，这导致谐振器的谐振频率增加。
谐振调谐控制器450可以确定vc1的相位与v驱动的相位之间的差值是否小于90°，这指示谐振频率已经漂移到大于驱动频率的值。谐振调谐控制器450可以通过产生输出到调谐dac422的数字信号来响应，该数字信号的值将减少来自温度变化元件412的热量。减少的热量在调谐电容器408中产生电容增加，这导致谐振器的谐振频率减小。应当注意，图4a中的系统400的实现方式中，其中高压rf信号输出v输出驱动四极组件，另一个互补系统400被实现以产生高压rf信号输出-v输出，其与v输出有180°的相差。然后两个系统组合以在v输出到-v输出内产生高振幅rf信号。图4b中示出了用于产生高压rf信号以驱动质谱仪中的四极组件的系统480的替代实现方式。
图4b是系统480的示意图，该系统包括：振荡信号发生器402，其被配置为产生具有驱动频率值f驱动的驱动频率信号；差分放大器404，其具有第一放大器404a和第二放大器404b；以及串联谐振电路406，其被配置为接收在 v驱动和-v驱动之间的差分放大器404的差分输出，并且在 v输出和-v输出之间产生高压rf谐振信号。差分放大器404的第一放大器404a直接从振荡信号发生器402接收驱动频率信号。差分放大器404的第二放大器404b从反相器403接收驱动频率信号，这确保输入到第二放大器404b的驱动频率相移180°。反相器403使输入到第二放大器404b的信号反相以将放大的rf信号生成为相对于 v驱动信号的-v驱动信号。
串联谐振电路406包括第一级406a和第二级406b。串联谐振电路406的第一级406a包括电感器la、调谐电容器(c1a)408a、和四线组电容482(其是 v输出两端的电容)。串联谐振电路406的第二级406b包括电感器lb、调谐电容器(c1b)408b、和四线组电容482(其是-v输出两端的电容)。调谐电容器408a和408b各自可以通过使用相应的温度变化元件412a、412b调整每个调谐电容器408a、408b的温度来调谐。温度变化元件412a、412b可以如上文参考图1所述配置，以根据驱动频率f驱动与谐振频率f谐振之间的频率值的变化来加热或冷却调谐电容器408a、408b。
系统480包括控制器450，该控制器被配置为从差分放大器404接收 v驱动和-v驱动处的差分放大器输出信号。控制器450经由连接到差分放大器输出信号 v驱动上的第一驱动器460a和连接到差分放大器输出信号-v驱动上的第二驱动器460b接收 v驱动和-v驱动处的差分放大器输出信号。控制器450还可以接收电压信号 v驱动-vc1a，其是调谐电容器(c1a)408a与电感器la之间的节点处的电压信号，其中vc1a是调谐电容器(c1a)408a两端的电压。控制器450可以接收电压信号-v驱动-vc1b，其是调谐电容器(c1b)408b与电感器lb之间的节点处的电压信号，其中vc1b是调谐电容器(c1b)408a两端的电压。图4b中的控制器450经由第三驱动器462a接收电压信号 v驱动-vc1a，并且经由第四驱动器462b接收电压信号-v驱动-vc1b。控制器450将电压信号 v驱动的相位与电压信号 v驱动-vc1a的相位进行比较，以确定v驱动的频率是否不同于由c1a、406a、和电容性负载482形成的串联谐振电路的谐振频率值。控制器450将电压信号-v驱动的相位与电压信号-v驱动-vc1b的相位进行比较，以确定v驱动的频率是否不同于由c1b、406b、和电容性负载482形成的串联谐振电路的谐振频率值。
根据 v驱动(或-v驱动)与 v驱动-vc1a(或-v驱动-vc1b)之间的相位比较结果，控制器450产生数字信号，该数字信号指示相应的温度变化元件412a、412b是否应当加热或冷却相应的调谐电容器408a、408b。基于 v驱动与 v驱动-vc1a之间的比较的数字信号在dac422a处被接收，从而产生与该数字信号对应的模拟信号，其可以由第一调谐放大器420a放大。基于-v驱动与-v驱动-vc1a之间的比较的数字信号在dac422b处被接收，从而产生与该数字信号对应的模拟信号，其可以由第二调谐放大器420b放大。
在可选实现方式中，两个dac422a和422b以及两个调谐放大器420a和420b可以用单个dac和单个调谐放大器代替，温度变化元件412a和412b均由该单个调谐放大器驱动。在这种实现方式中的谐振确定通常将基于与两个差分驱动器相关联的相位增量的平均值。
图4c是用于产生高压rf信号以驱动质谱仪中的四极组件的另一个系统490的示意图。系统490包括并联谐振器电路496，其包括第一级496a和第二级496b。
并联谐振器电路496包括单个调谐电容器(c1)408，其被配置为第一级496a和第二级496b这两者的部件。第一级496a包括与互感器493的第一次级绕组la串联的调谐电容器(c1)408和四线组电容482，该四线组电容表示并联谐振器496的第一级496a在 v输出处遇到的电容。第二级496b包括与互感器493的第二次级绕组lb串联的调谐电容器(c1)408和四线组电容482，该四线组电容表示并联谐振器496的第二级496b在-v输出处遇到的电容。
互感器493包括与第一次级绕组la对应的第一谐振器初级绕组491a，和与第二次级绕组lb对应的第二谐振器初级绕组491b。第一次级绕组la与调谐电容器(c1)408和第二次级绕组lb串联。第一谐振器初级绕组491a与第二谐振器初级绕组491b串联。互感器493被配置为在差分rf放大器404与并联谐振电路496之间提供最佳阻抗匹配，以在谐振时提供最大功率传输。
系统490还包括电流互感器492，其具有第一初级绕组489a，该第一初级绕组与互感器493的第一谐振器初级绕组491a串联并与第一放大器404a的产生电压信号 v驱动的输出端串联。电流互感器492包括第二初级绕组489b，该第二初级绕组与互感器493的第二谐振器初级绕组491b串联并与第二放大器404b的产生电压信号-v驱动的输出端串联。电流互感器492包括次级绕组489c，其提供与驱动电流i驱动对应的电压信号vi。两个放大器输出 v驱动和-v驱动通过两个电流互感器初级绕组489a和489b并通过两个谐振器初级绕组491a和491b串联连接，而不参考接地。因此，总平衡驱动电压为 v驱动-(-v驱动)。第一放大器404a的输出 v驱动连接到仪表放大器486的正输入。第二放大器404b的输出-v驱动连接到仪表放大器486的负输入。仪表放大器486相对于接地重新参考总电压 v驱动和-v驱动，然后驱动第一驱动级460。
第一驱动级460的输出携带仪表放大器486的经缩放的驱动电压输出，其与差分放大器404的输出两端的驱动电压信号处于相同相位。电流互感器492的次级绕组携带与驱动电流i驱动相同相位的电压，该驱动电流也与第二驱动级462处的信号vi同相。控制器450将从第一驱动级460接收的信号 v驱动-(-v驱动)的相位与从第二驱动级460接收的信号vi的相位进行比较。如上所述，当驱动电流i驱动的相位与驱动电压 v驱动-(-v驱动)的相位相差90°时，谐振器频率与驱动频率匹配。
应当注意，利用如图4c中的并联谐振器电路496所示的并联谐振器的并联谐振平衡输出拓扑不严格要求实现差分驱动放大器。图4d示出了使用单个驱动放大器404和2绕组电流互感器492(诸如图3b中所示的电流互感器)的示例性实现方式。图4d中的电流互感器492的初级绕组在一侧与rf放大器404的输出v驱动串联并且在另一侧与第一谐振器初级绕组491a和第二谐振器初级绕组491b串联，使得输出电流i驱动驱动第一谐振器初级绕组491a和第二谐振器初级绕组491b，其中第二谐振器初级绕组491b的底部接地(第一谐振器初级绕组491a和第二谐振器初级绕组491b仍然串联连接)。
参考图4a至4c，所示控制回路利用数字控制器450。然而，在其他实现方式中，可以采用完全模拟控制回路。用于将无线电发射器自动调谐到谐振的模拟控制回路(通常使用机械可变电容器的马达控制调谐)是本领域技术人员公知的。图4d示出了可以使用模拟控制回路代替基于数字控制器的方法的一种方式。电容器c2a和c2b连接以将v驱动的特定部分传送到电流互感器492的次级绕组上的中心抽头。来自电流互感器492的次级绕组的两个平衡电流互感器输出驱动两个检测器二极管497a和497b，它们的dc输出相加。当相对于电流互感器492的匝数比正确选择比率c2a/c2b时，当v驱动的相位等于i驱动的相位时，相位鉴别电压vp理想地等于零。当v驱动的频率大于谐振频率时，v驱动的相位超前i驱动的相位，并且vp的极性为正。当驱动频率小于谐振频率时，vp的极性将为负。该电压驱动调谐放大器420。电容cdom设定控制回路的主要网络极点以确保回路稳定性。
图5a是示出用于提供高压rf输出信号的方法的操作的流程图500。除非在以下描述中另有说明，否则图5a中的流程图500所示的方法应当被理解为在图1中的系统100的示例性实现方式中操作。在该方法的步骤502处，rf放大器104产生具有频率f驱动的放大rf信号。在步骤504处，谐振器106由放大的驱动rf信号驱动，以产生高压rf输出v输出。判定框506确定驱动频率f驱动和谐振频率f谐振是否不同。如果驱动频率与谐振频率不同，则在步骤508处调整辐射到谐振器106中的调谐部件108的热量，以将谐振器频率调回到与驱动频率相同的值。辐射到调谐部件108的热量可以通过加热或通过冷却调谐部件108来调整。谐振调谐控制器110可以确定谐振器频率相对于驱动频率是降低了还是升高了。通过增加或减少辐射到调谐部件108的热量来调谐谐振器106(如果需要，甚至关闭温度变化元件112)。只要系统需要产生高压rf输出信号，就重复步骤502至508。
图5b是示出用于产生期望谐振频率的高压rf信号的方法的操作的流程图515，该方法类似于图5a中所示的方法，其中图5b中的流程图包括与用于确定串联谐振系统中驱动频率值和谐振频率值何时不同的示例相关的步骤。在该方法的步骤520处，rf放大器产生具有频率f驱动的放大rf信号。在步骤522处，通过放大的驱动rf信号驱动谐振器以产生谐振器输出电压。在判定框524处，该系统确定谐振器输入电压(例如，图4a中的v驱动)与谐振器输出电压(图4a中的v输出)之间的相对相位差。这是通过用控制器(图4a中的450)监测v驱动的相位和(v驱动-vc1)的相位来实现的。由此，控制器可以导出vc1的相位，然后将其与v驱动的相位进行比较。这相当于比较v输出和v驱动的相位，因为vc1的相位与v输出的相位相同(因为c1和c四线组彼此串联，诸如图4a中所示)。如果相位差大于90°，则在步骤526处向调谐部件(诸如图4a中的调谐电容器c1)施加更多热量(或施加更少的冷却)。如果相位差小于90°，则在步骤528处向调谐部件(诸如图4a中的调谐电容器c1)施加更少热量。
图6是根据一些实施方案的质谱仪(ms)或质谱(ms)系统600的示例的示意图，该系统可以用于实施本文所述的主题。ms系统的各种部件的操作和设计对于本领域技术人员而言通常是已知的，因此在本文不需要详细描述。相反，简要描述某些部件以便于理解当前公开的主题。
根据一些实施方案，ms系统600包括至少一个电极组件，诸如通常用作离子导向器的多极电极组件。根据实施方案，多极电极组件可以被配置为执行与离子处理有关的附加功能，诸如如本领域技术人员所理解的质量过滤、质量选择、离子俘获、离子束冷却、离子束聚焦、离子束成形、离子碎裂等。多极电极组件是可以由用于产生如本文所述的高压rf输出信号的系统(诸如图1中所示的高压rf信号产生系统100)驱动的负载的示例。因此，在本公开文本的实施方案中，电极组件可以包括如本文所述的用于产生高压射频(rf)输出信号的系统、和多个电极，其中这些电极中的一个或多个与该系统通信并且被配置为接收rf输出信号。
在图6至图7b中具体所示的实施方案中，多极电极组件是四极组件。然而，应当理解，多极电极组件可以可选地是六极组件、八极组件或更高阶的组件(十极组件、十二极组件等)。
四极电极组件可以包括沿着(例如，平行于)离子导向轴线(例如，z轴)伸长的四个并联电极(或“离子导向”电极，并且通常称为“杆”)，该离子导向轴线也称为电极组件轴线。导向电极围绕导向轴线以距离该导向轴线径向距离r0定位，因此围绕同样沿着导向轴线伸长的离子导向体积(空间)。导向电极在垂直于导向(z)轴线的横向平面(例如，x-y平面)中彼此间隔开。这种类型的电极布置可以称为线性多极几何形状。通常，导向轴线是导向电极在横向平面中的空间布置的中心对称轴线，并且导向电极可以被认为围绕导向轴线周向间隔开并且内切圆形横截面的圆柱形导向体积。导向电极沿着导向轴线在两个相对轴向端部之间延伸，一个用作离子入口端，而另一个用作离子出口端。在当前背景下，术语“圆柱形”和“圆形”用于简化说明性目的，应当理解，能够被电极组件内的离子占据的体积的外壳不一定符合精确的形状，诸如圆柱形或圆形。
四极离子导向器被配置为在导向体积中产生四极射频(rf)电场或复合四极射频/直流(rf/dc)电场。如本文所述的高压rf信号产生系统(例如，图1中所示的高压rf信号产生系统100)可以被配置为将rf功率(或rf和dc功率两者)供应给四极离子导向器的电极。由四极离子导向器产生的四极rf场是二维离子约束场，因为它约束了径向方向(横向或x-y平面)上的离子运动。在离子约束场中稳定的离子在导向轴线附近聚焦成波束，并且能够穿过离子导线器的整个轴向长度并穿过离子出口端。另一方面，由于克服离子约束场并撞击导向电极，在离子约束场中不稳定的离子会丢失。可以设定离子约束场的参数，使得四极离子导向器是质量选择性的，由此选定的质荷(m/z)比或m/z比范围的离子是稳定的，而其他离子是不稳定。质量选择性四极离子导向器的示例包括质量过滤器和线性(二维)离子阱。
如图6中所示，ms系统600总体上可以按照离子工艺流程的顺序包括离子源604、离子源604下游的至少一个质量分析器608、以及定位成从质量分析器608接收离子的离子检测器612。从图6的角度来看，ms系统600限定大致在从左到右的方向(如水平箭头所描绘)上连续地通过前述装置的离子和气体分子的流动路径。ms系统600还包括真空系统(未示出)，其用于将ms系统600的各种内部区域保持在受控的亚大气压水平。如本领域技术人员所理解的，真空系统可以包括经由真空口或排气口与各种内部区域连通的真空管线、一个或多个真空产生泵以及相关部件。真空管线还可以从ms系统600的离子路径中去除非分析中性分子。为了简单起见，未示出可以包括在ms系统600中的附加离子处理装置、离子光学器件、电子器件和其他硬件。例如，在一些实施方案中，ms系统600可以包括本领域技术人员所理解的离子迁移率分析阶段。
图6中的框604、628、620、632、624、636、608、640和612中的一个或多个可以被视为示意性地描绘与特定的一个或多个离子处理装置相关联的真空壳体。真空壳体可以与真空系统的一个或多个真空管线连通。真空壳体可以封闭离子处理装置的部件，这些部件可以包括如本文所公开的电极组件的电极。因此，在本公开文本的实施方案中，离子处理装置可以包括：电极组件(例如，如本文所述的用于产生高压射频(“rf”)输出信号的系统)，和多个电极，其中这些电极中的一个或多个与所述系统通信并且被配置为接收rf输出信号)；以及真空壳体，其中至少电极组件的电极位于真空壳体中。电极可以限定通过ms系统600的离子工艺流程或离子流动路径或者是其一部分。
如本领域技术人员所理解的，离子源604可以是适合于产生用于光谱测定的分析物离子的任何类型的连续波束或脉冲离子源。取决于所实施的电离类型，离子源604可以在真空、或在大气压或接近大气压下操作。离子源的示例包括但不限于电子电离(ei)源、化学电离(ci)源、光电离(pi)源、电喷雾电离(esi)源、大气压化学电离(apci)源、大气压光电离(appi)源、场电离(fi)源、等离子体或电晕放电源、激光解吸电离(ldi)源以及基质辅助激光解吸电离(maldi)源。待分析样品材料可以通过任何合适的方式引入到离子源604，该任何合适的方式包括联用技术，其中样品材料是来自分析分离仪器的输出616，该仪器例如气相色谱(gc)或液相色谱(lc)仪器(未示出)。
在一些实施方案中，至少一个质量分析器(例如，质量分析器608)是基于多极电极组件，诸如四极杆组件，如下面进一步描述的。
离子检测器612可以是被配置用于收集和测量从质量分析器608输出的质量鉴别离子的通量(或电流)的任何装置。离子检测器的示例包括但不限于多通道检测器(例如，微通道板(mcp)检测器)、电子倍增器、光电倍增器、图像电流检测器和法拉第杯。
在一般操作中，将样品分子引入离子源604中，并且离子源604从样品分子产生离子并将离子传输到质量分析器608。质量分析器608基于质荷(m/z)比选择性地将离子传输到离子检测器612，质量选择或过滤的具体机制取决于质量分析器的类型，如本领域技术人员所理解的。离子检测器612接收离子并且产生离子测量信号，根据该离子测量信号构建样品的质谱。
还如图6中所示，在一些实施方案中，ms系统600可以被配置用于实现串联ms(ms/ms)。例如，ms系统600可以被配置为qqq、qtof或qqtof仪器。这里，“q”传统上指定四极质量过滤器或质量分析器(尽管此类装置不一定包括四极)，“q”传统上指定仅rf四极装置(尽管此类装置不一定包括四极，并且通常包括更高阶的多极电极组件，诸如八极电极组件)，而“tof”指代基于飞行时间的装置。因此，ms系统600可以包括质量分析器608上游的第一质量分析器620(在此类实施方案中为第二或最终的质量分析器)；以及在第一质量分析器620与第二质量分析器608之间的离子碎裂装置，诸如碰撞室624。第一质量分析器620被配置用于选择特定m/z比或m/z比范围的前体离子，并且通常但不是必须地被配置为四极质量过滤器。碰撞室624通常包括包围在该碰撞室中的非质量分辨的、仅rf的多极离子导向器(通常比四极更高阶，诸如六极或八极)。如本领域技术人员所理解的，通过惰性气体将碰撞室加压至足以通过碰撞诱导解离(cid)从前体离子产生碎片离子的水平。然而，可以利用除基于cid的装置之外的碎裂装置，例如被配置用于实现电子捕获解离(ecd)、电子转移解离(etd)或红外多光子解离(irmpd)的装置。然后，第二质量分析器608基于质量(m/z比)解析碎片离子，并且将质量分辨碎片离子传输到离子检测器612，该离子检测器输出测量信号，然后从该测量信号产生质谱。
在串联ms实施方案中，第一质量分析器620和第二质量分析器608都可以基于线性四极电极结构。替代地，第二质量分析器608可以是另一种类型的质量分析器，例如三维保罗阱、飞行时间(tof)分析器、静电阱(例如kingdon、knight或
如图6中进一步所示，离子处理装置中的一个或多个(例如，第一质量分析器620、碰撞室624、第二质量分析器608或未具体示出的其他离子导向器)可以在离子光学器件628、632、636和640之前或之后。离子光学器件628、632、636和640可以包括各种类型的透镜元件，例如孔透镜(以轴线为中心的环形电极、具有以轴线为中心的孔的板电极、具有以轴线为中心的开槽或间隙的分裂板或分裂圆柱体电极)、平行板电极、多极杆电极等。
ms系统600还可以包括计算装置(或系统控制器)644。计算装置644被示意性地描绘为表示被配置用于对上述ms系统600的各种功能方面进行控制、监测和/或定时的一个或多个模块(或单元或部件)。计算装置644的一个或多个模块可以是例如台式计算机、膝上型计算机、便携式计算机、平板计算机、手持计算机、移动计算装置、个人数字助理(pda)、智能电话等或者体现于其中。具体地，计算装置644可以控制设置在ms系统600中的一个或多个rf信号产生系统100的操作，并且因此可以与本文描述的rf信号产生系统100的一个或多个部件进行通信。计算装置644还可以示意性地表示未具体示出的所有电压源，以及将电压施加到ms系统600的各种部件所需的时序控制器、时钟、频率/波形发生器等。计算装置644还可以被配置用于从离子检测器612接收离子检测信号，并且根据需要执行与数据采集和信号分析有关的任务，以产生表征正在分析的样本的色谱图、漂移谱和质谱(m/z比)谱。计算装置644还可以被配置用于提供和控制用户界面，该用户界面提供光谱数据和用户可以与之交互的其他数据的屏幕显示。计算装置644可以包括一个或多个读取装置，在其上或其中可以加载有形的、非暂态的计算机可读(机器可读)介质，该计算机可读介质包括用于执行本文公开的任何方法的全部或部分的指令。出于所有这样的目的，计算装置644可以经由有线或无线通信链路(例如，通过计算装置644与一个或多个rf信号发生系统100之间的虚线部分地表示)与ms系统600的各种部件进行信号通信。同样为了这些目的，计算装置644可以包括一种或多种类型的硬件、固件和/或软件以及一个或多个处理器、存储器和数据库。
如上所述，质量分析器620、碰撞室624和/或第二质量分析器608可以包括电极组件，诸如多极电极组件。这些电极组件中的一个或多个可以由一个或多个rf信号发生系统100供电。例如，图6示意性地描绘了与质量分析器620、碰撞室624和第二质量分析器608的电极通信的单个rf信号发生系统100。然而，应当理解，质量分析器620、碰撞室624和第二质量分析器608可以由相应的、离散的(或单独的)rf信号发生系统100供电。
图7a是根据一些实施方案的四极离子导向组件700的示例的示意性侧视(纵向)图。出于描述目的，图7a包括由相互正交的x轴、y轴和z轴(其也可以称为x方向、y方向和z方向)组成的笛卡尔坐标系。z轴对应于离子沿其流动的离子导向轴线748(或组件轴线)(图7a中的水平轴线)，该轴线通常是离子导向组件700的对称中心轴线。x轴和y轴位于与离子导向轴线748正交的横向(x-y)平面中。图7a是y-z平面中的视图。四极离子导向组件700通常可以包括四极离子导向器750。
图7b是沿着图7a中的线b-b截取的横向(x-y)平面中的四极离子导向器750的示意性剖视图。参考图7a和7b，四极离子导向器750包括四个离子导向电极756a、756b、756c和756d，其沿着离子导向轴线748伸长并且在横向平面内围绕离子导向轴线748彼此间隔开。通过该配置，离子导向电极756a、756b、756c和756d围绕内切半径r0的轴向伸长的离子导向体积，其中离子可以受到径向约束。离子导向电极756a、756b、756c和756d在两个相对轴向端部之间延伸，即，从通向导向容积的离子入口端758延伸到从导向体积引出的离子出口端760。在所示实施方案中，离子导向电极756a、756b、756c和756d被布置为四极，其包括第一直径上相对的一对电互连的离子导向电极756a和756c(或“y”电极)，以及第二直径上相对的一对电互连的离子导向电极756b和756d(或“x”电极)，为了清楚起见，后者在图7a中未示出。一个或多个透镜752可以设置在离子入口端758处，而一个或多个透镜792可以设置在离子出口端760处。透镜752和792可以用于将离子分别聚焦和导向到离子入口端758中以及引出离子出口端760。另外，特别是当四极离子导向器750充当离子阱时，透镜752和792可以用于轴向dc势垒或栅极。
四极离子导向器750还可以包括与离子导向电极756a、756b、756c和756d通信的主rf电压源，其示意性地描绘为与第一对相对的离子导向电极756a和756c通信的第一主rf电压源764和与第二对相对的离子导向电极756b和756d通信的第二主rf电压源766。第一rf电压源764将一般形式vrf,主
四极离子导向器750通常还包括与离子导向电极756a、756b、756c和756d通信的dc电压源，其示意性地描绘为与第一对相对的离子导向电极756a和756c通信的第一dc电压源768和与第二对相对的离子导向电极756b和756d通信的第二dc电压源770。第一主dc电压源768向第一对相对的离子导向电极756a和756c施加大小为–u1dc,主的第一主dc电势，并且第二主dc电压源770向第二对相对的离子导向电极756b和756d施加大小为 u2dc,主的第二主dc电势。第一主dc电势的极性与第二主dc电势的极性相反。在图7b中，dc极性分别由离子导向电极对756a/756c和756b/756d上的正负号“-”和“ ”指示。施加到电极对756a/756c和756b/756d的负和正dc偏压是恒定的，即，它们不交替。因此，离子导向电极756a、756b、756c和756d在离子导向体积中产生四极dc场。主四极杆dc场叠加在主rf四极场上，从而在离子导向器体积中产生复合rf/dc约束场。因此，施加到离子导向电极756a、756b、756c和756d的总电势可以表达如下：
第一电极对756a/756c：–(vrf,主cos(ωt) u1dc,主)，以及
第二电极对756b/756d： (vrf,主cos(ωt) u2dc,主)。
在一些实施方案中，可以将dc偏移添加到四极电压，使得第一主dc电势u1dc,主的总振幅不同于第二主dc电势u2dc,主的总振幅。例如，假设四极电压由施加到第一电极对756a/756c的-100v和施加到第二电极对756b/756d的 100v组成，并且进一步假设dc偏移为 15v，则施加到第一电极对756a/756c的第一主dc电势u1dc,主的总振幅将是-85v，并且施加到第二电极对756b/756d的总振幅将是 115v。
因此，四极离子导向器750可以被配置为充当带通质量过滤器，其中控制rf/dc约束场的参数vrf,主、ω和udc,主以确定将在rf/dc约束场中具有稳定轨迹的离子的质量范围，如下面进一步描述的。稳定的离子能够沿着离子导向轴线748漂移通过四极离子导向器750并且从离子出口端760传输到下游装置，而不稳定的离子能够在径向方向上足够远地振荡以到达离子导向电极756a、756b、756c和756d并且呈中性，因此不会从离子出口端760传出。可选地，四极离子导向器750可以被配置为通过利用离子透镜(例如，透镜752和792)来选择性地在四极离子导向器750的轴向端部处添加轴向dc势垒并且通过利用各种已知技术轴向或径向选择性地喷射离子充当本领域技术人员所理解的线性离子阱。
在一些实施方案中，rf电压源764和766或rf电压源764和766以及dc电压源768和770两者可以表示用于产生如本文所述的高压rf输出信号的系统，诸如图1中所示的高压rf信号发生系统100。
虽然在本例中，四极离子导向器750具有线性或二维几何形状，但是可选地四极离子导向器750特别是当被配置为离子阱时可以具有三维(3d)几何形状。作为3d离子阱的示例，阱电极可以包括沿着阱轴线彼此间隔开的一对双曲线端盖电极，以及位于端盖电极之间并且围绕阱同轴扫过的双曲线环形电极。端盖电极的相应焦点面向彼此，因此面向3d离子阱的内部区域，并且环形电极的焦点也面向内部区域。诸如通过如本文所述的高压rf信号发生系统100施加rf俘获电压因此产生3d俘获场，其将离子的运动约束到内部区域的中心的离子云，该运动可以通过阻尼气体进一步减少。阱入口和阱出口可以是通常穿过端盖电极或者替代地穿过环形电极形成的一个或多个孔。3d以及2d离子阱的结构和操作的示例在例如美国专利第7,034,293号中有描述，该专利的内容通过引用结合到本文中。
虽然在本例中，四极离子导向器750(或其他类型的多极电极组件)的电极756a、756b、756c和756d沿着轴线748彼此平行，但在其他实施方案中，电极756a、756b、756c和756d可以沿着给定的轴向方向(例如，从入口端到出口端)朝向彼此会聚或彼此远离地发散。如本领域技术人员所理解的，利用会聚的几何形状，电极组件可以用作离子漏斗。作为另一个可选方案，电极756a、756b、756c和756d可以大致平行，但是它们的直径沿着轴向方向变化，使得离子入口处的内部区域的横截面积大于离子出口处的横截面积，由此提供会聚或发散的离子约束区域。在另一个实施方案中，电极756a、756b、756c和756d如图3中所示可以物理地会聚或发散，并且也具有变化的直径。所有此类实施方案的示例在例如美国专利第8,637,816号、美国专利第9,053,915号、和美国专利公开第2016/0211128号中有描述，其中的每一个文件的内容通过引用结合到本文中。
虽然在本例中，电极756a、756b、756c和756d为杆状并且沿着轴线748伸长，但是在其他实施方案中，电极组件可以具有堆叠环形几何形状。在这种情况下，电极组件的电极沿轴线748串联布置并彼此间隔开。每个电极都成形为环或板，在任一情况下具有通常以轴线748为中心的孔。孔的尺寸可以是恒定的或可以变化。例如，入口端处的第一电极的孔可以具有最大横截面积，出口端处的最后一个电极的孔可以具有最小横截面积，并且中间电极的孔可以具有一个或更多中间横截面积。电极孔的横截面积可以减小(例如，在圆形孔的情况下直径减小)，因此内部区域的横截面积可以在出口方向上渐缩，从而产生离子漏斗配置。在典型的实现方式中，rf约束场，诸如可以由如本文所述的高压rf信号发生系统100供电，通过向每个电极施加rf电压来产生，使得任何给定电极上的rf电压与相邻单元电极上的rf电压相位相差180度。另外，可以根据需要将dc电压施加到第一电极、最后电极和一个或多个中间电极，以控制离子的轴向运动，包括根据需要将脉冲输出到下游装置。在又一实施方案中，电极组件的电极可以被配置为“rf地毯”布置。这些电极几何形状产生如本文所述的会聚离子约束区域。所有此类实施方案的示例在例如上述美国专利第8,637,816号、美国专利第9,053,915号、和美国专利公开第2016/0211128号中有描述。
示例性实施方案
根据当前公开的主题提供的示例性实施方案可以包括但不限于以下各项：
1.一种用于产生高压射频(“rf”)输出信号的系统，该系统包括：振荡器，其被配置为产生驱动频率的驱动信号；rf放大器，其被配置为放大该驱动信号以产生该驱动频率的放大驱动信号；谐振器，其包括调谐部件，该调谐部件被连接以从该rf放大器接收该放大的驱动信号，其中该放大的驱动信号驱动该谐振器以至少部分地基于该调谐部件的谐振参数而产生与该驱动信号相同频率的放大的rf输出信号，该谐振参数随调谐部件温度而变化，其中该谐振频率基本上等于该驱动频率，这有赖于该调谐部件温度，并且其中当该谐振频率基本上等于该驱动信号的频率时，该rf输出信号由该谐振器提供的谐振电压升压而具有放大的振幅；温度变化元件，其被配置为加热或冷却该调谐部件以改变该调谐部件的温度；以及谐振调谐控制器，其被配置为确定该谐振频率和该驱动频率何时不同，并且控制该温度变化元件改变该谐振参数以将该谐振频率调谐为基本上等于该驱动频率。
2.实施方案1的系统，其中该谐振器是lc谐振器，并且该调谐部件是调谐电容器，其中该lc谐振器的谐振参数是该调谐电容器的电容，并且其中该电容随该调谐部件温度而变化。
3.实施方案1的系统，其中该谐振器是lc谐振器，并且该调谐部件是调谐电感器，其中该lc谐振器的谐振参数是该调谐电感器的电感，并且其中该电感随该调谐部件温度而变化。
4.前述实施方案中任一项的系统，其中该谐振调谐控制器包括现场可编程门阵列(“fpga”)，其被编程为响应于确定该谐振频率和该驱动频率不同而产生温度控制信号。
5.前述实施方案中任一项的系统，其进一步包括：温度监测元件，其被定位成感测从该温度变化元件辐射的热量，并且产生与从该温度变化元件感测的热量对应的电信号电平。
6.前述实施方案中任一项的系统，其中该谐振器在rf放大器输出处接收该驱动电压并且在谐振器输出处产生放大的rf电压，并且该谐振调谐控制器被配置为检测该谐振器输出处的rf电压与该rf放大器输出处的rf电压之间的相移。
7.实施方案6的系统，其中该谐振器接收rf放大器输出处的驱动电压，并且在谐振器输出处产生放大的rf电压，并且当该驱动频率和该谐振频率相同时，该rf放大器输出处的驱动电压与该谐振器输出处的rf电压之间的相位为90°，并且其中该谐振调谐控制器被配置为通过当该谐振频率小于该驱动频率时检测到大于90°的相位并且当该谐振频率大于该驱动频率时检测到小于90°的相位来检测该相移。
8.实施方案1至5中任一项的系统，其中该谐振调谐控制器包括与功率电平对应的温度变化的第一映射和与温度变化对应的该谐振参数的值的第二映射，其中该谐振调谐控制器通过查找与功率电平的变化对应的温度变化并且查找与该温度变化对应的该谐振参数的值来确定该谐振频率与该驱动频率之间的差值。
9.实施方案1至7中任一项的系统，其中该谐振调谐控制器包括第一谐振调谐控制器输入和第二谐振调谐控制器输入，并且该系统进一步包括：第一模数转换器(“adc”)，其连接在该rf放大器输出与该第一谐振调谐控制器输入之间；第二adc，其连接在该谐振器输出与该第二谐振调谐控制器输入之间；其中该谐振调谐控制器将从该第一adc接收的第一多个数字值与从该第二adc接收的第二多个数字值进行比较，以确定该rf放大器输出与该谐振器输出之间的相位。
10.实施方案6或7的系统，其进一步包括：第一电压缩放器，其连接在该rf放大器输出与第一谐振调谐控制器输入之间；第二电压缩放器，其连接在该谐振器输出与第二谐振调谐控制器输入之间；其中该谐振调谐控制器包括控制器时钟和过零计数器，该控制器时钟用于产生时钟信号，该过零计数器用于对在该第一和第二谐振调谐控制器输入处的信号的过零点之间的时钟信号进行计数，以确定该rf放大器输出与该谐振器输出之间的相位。
11.前述实施方案中任一项的系统，其中该振荡器是该谐振调谐控制器的部件。
12.实施方案1或4至11的系统，其中该调谐部件是由温度系数表征的任何电抗部件，该温度系数指示每单位温度变化下的电抗变化。
13.实施方案2或4至12的系统，其中该调谐电容器具有陶瓷电介质或聚丙烯电介质。
14.前述实施方案中任一项的系统，其中该温度变化元件包括冷却元件，该冷却元件被配置为响应于接收到温度控制信号而冷却该调谐部件。
15.前述实施方案中任一项的系统，其中该温度变化元件包括加热元件，该加热元件被配置为响应于接收到温度控制信号而加热该调谐部件。
16.前述实施方案中任一项的系统，其中该温度变化元件包括热电发生器，该热电发生器被配置为响应于接收到温度控制信号而加热或冷却该调谐部件。
17.前述实施方案中任一项的系统，其进一步包括：数模转换器(“dac”)，其被连接以从该谐振调谐控制器接收与加热器设置对应的数字值，并且被配置为将该数字值转换为该温度变化元件处的电压电平。
18.一种用于提供高压射频(“rf”)输出信号的方法，该方法包括：使用连接到振荡器的rf放大器产生放大的驱动信号，该振荡器产生驱动频率的rf信号；使用该放大的驱动信号驱动谐振器以产生谐振频率的rf输出信号，该谐振频率基本上等于该驱动频率，这有赖于调谐部件温度；检测该谐振频率与该驱动频率之间的差值；以及响应于检测到该谐振频率与该驱动频率之间的差值，加热该调谐部件以将该谐振器频率调谐到基本上等于该驱动频率。
19.实施方案18的方法，其中加热该谐振器的步骤包括加热或冷却lc谐振电路中的调谐电容器，以通过改变该调谐电容器的电容来调整该谐振频率。
20.实施方案18的方法，其中加热该谐振器的步骤包括向温度变化元件施加电流。
21.实施方案20的方法，其进一步包括：使用温度监测元件感测该调谐部件温度；以及调整施加到该温度变化元件的电流以获得选定的调谐部件温度。
22.实施方案18至21中任一项的方法，其中检测该谐振频率与驱动频率之间的差值的步骤包括：检测谐振器输出处的rf电压与rf放大器输出处的驱动电压之间的相移。
23.实施方案22的方法，其中当该驱动频率和该谐振频率相同时，rf放大器输出与谐振器输出之间的相位为90°，该方法进一步包括：当该谐振频率小于该驱动频率时检测到大于90°的相位，并且当该谐振频率大于该驱动频率时检测到小于90°的相位。
24.实施方案23的方法，其中第一模数转换器(“adc”)连接在该rf放大器输出与第一谐振调谐控制器输入之间，并且第二adc连接在该谐振器输出与第二谐振调谐控制器输入之间，该方法进一步包括：将从该第一adc接收的第一多个数字值与从该第二adc接收的第二多个数字值进行比较，以确定该rf放大器输出与该谐振器输出之间的相位。
25.实施方案24的方法，其中第一电压缩放器连接在该rf放大器输出与第一谐振调谐控制器输入之间，并且第二电压缩放器连接在该谐振器输出与第二谐振调谐控制器输入之间，该方法进一步包括：对在该第一和第二谐振调谐控制器输入处的该rf信号的过零点之间的时钟信号进行计数，以确定该rf放大器输出与该谐振器输出之间的相位。
26.实施方案20的方法，其进一步包括：产生与温度设置对应的数字值；将该数字值转换为电压电平；以及
在该温度变化元件处施加该电压电平。
27.实施方案18至26中任一项的方法，其中该温度变化元件包括冷却元件，该冷却元件被配置为响应于接收到温度控制信号而冷却该调谐部件。
28.实施方案18至27中任一项的方法，其中该温度变化元件包括加热元件，该加热元件被配置为响应于接收到温度控制信号而加热该调谐部件。
29.实施方案18至28中任一项的方法，其中该温度变化元件包括热电发生器，该热电发生器被配置为响应于接收到温度控制信号而加热或冷却该调谐部件。
30.一种电极组件，其包括：实施方案1至17中任一项的用于产生射频(“rf”)输出信号的系统；和多个电极，其中该电极中的一个或多个与该系统通信并且被配置为接收该rf输出信号。
31.实施方案30的电极组件，其中该电极被布置为围绕内部空间，使得该电极组件包括与该内部空间连通的入口和与该内部空间连通的出口。
32.实施方案30的电极组件，其中该电极被布置为线性离子导向器。
33.实施方案30的电极组件，其中该入口和该出口沿着轴线彼此间隔开，并且该电极沿着该轴线伸长并围绕该轴线周向地彼此间隔开。
34.实施方案33的电极组件，其中该电极具有选自以下项的配置：该电极彼此平行；该电极在沿着该轴线朝向该出口的方向上朝向彼此会聚；该电极彼此发散；前述两种或更多种的组合。
35.实施方案30的电极组件，其中该入口和该出口沿着轴线彼此间隔开，该电极沿着该轴线彼此间隔开，并且该电极包括该轴线上的相应孔。
36.实施方案30的电极组件，其中该电极被布置为离子漏斗。
37.实施方案30的电极组件，其包括直流(dc)电压源，该dc电压源被配置为用于向该电极中的一个或多个施加dc电势。
38.实施方案30的电极组件，其中该多个电极至少包括沿着第一横轴线彼此间隔开的第一电极对，以及沿着第二横轴线彼此间隔开的第二电极对。
39.实施方案38的电极组件，其中该第一电极对包括两个电互连电极，并且该第二电极对包括两个电互连电极。
40.实施方案30的电极组件，其中该电极被布置为三维配置，使得该电极组件包括围绕轴线的环形电极、位于该轴线上的第一端盖电极，以及位于该轴线上并面向该第一端盖电极的第二端盖电极，其中该环形电极位于该第一端盖电极与该第二端盖电极之间。
41.实施方案30的电极组件，其中该多个电极是选自以下项的离子处理装置的一部分：离子导向器；离子阱；质量过滤器；质量分析仪；离子碎裂装置；离子束冷却器；离子束聚焦装置；和离子束成形器。
42.一种离子处理装置，其包括：实施方案30的电极组件；和真空室，其中该多个电极位于该真空室中。
43.一种质谱仪(ms)，其包括：实施方案30的电极组件；和离子检测器。
44.实施方案43的ms，其中该电极组件被配置为输出离子，并且该离子检测器被配置为接收从该电极组件输出的离子。
45.实施方案43的ms，其包括离子源。
46.实施方案45的ms，其中该离子源被配置为输出离子，并且该电极组件被配置为接收从该离子源输出的离子。
47.实施方案43的ms，其包括离子处理装置，其中该离子处理装置包括该电极组件。
48.实施方案47的ms，其中该离子处理装置选自以下项：离子导向器；离子阱；质量过滤器；质量分析仪；离子碎裂装置；离子束冷却器；离子束聚焦装置；和离子束成形器。
应当理解，本文描述的过程、子过程和过程步骤中的一个或多个可以由硬件、固件、软件或前述两个或更多个的组合在一个或多个电子或数字受控装置上执行。软件可以驻留在合适的电子处理部件或系统(例如图6中示意性描绘的系统控制器644)中的软件存储器(未示出)中。软件存储器可以包括用于实现逻辑功能(即，“逻辑”，其可以以数字形式实现，诸如数字电路或源代码，或者以模拟形式实现，诸如模拟源，诸如模拟电、声音或视频信号)的可执行指令的有序列表“”。这些指令可以在处理模块内执行，该处理模块包括例如一个或多个微处理器、通用处理器、处理器组合、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)等。此外，示意图描述了具有物理(硬件和/或软件)实现方式的功能的逻辑划分，该实现方式不受该功能的架构或物理布局的限制。本文描述的系统的示例可以以各种配置实现，并且在单个硬件/软件单元中或者在单独的硬件/软件单元中作为硬件/软件组件来操作。
可执行指令可以被实现为其中存储有指令的计算机程序产品，这些指令在由电子系统的处理模块(例如，图6中的系统控制器644)执行时指导该电子系统执行这些指令。计算机程序产品可以选择性地体现在任何非暂态计算机可读存储介质中以供指令执行系统、设备或装置(诸如基于电子计算机的系统，包含处理器的系统，或者可以选择性地从指令执行系统、设备或装置获取指令并执行指令的其他系统)使用或与其结合使用。在本公开文本的背景中，计算机可读存储介质是可以存储程序以供指令执行系统、设备或装置使用或与其结合使用的任何非暂态装置。非暂态计算机可读存储介质可以选择性地是例如电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统、设备或装置。非暂态计算机可读介质的更具体示例的非穷举列表包括：具有一根或多根电线(电子)的电连接件；便携式计算机磁盘(磁性)；随机存取存储器(电子)；只读存储器(电子)；可擦除可编程只读存储器，例如闪速存储器(电子)；光盘存储器，例如cd-rom、cd-r、cd-rw(光学)；以及数字通用盘存储器，即，dvd(光学)。应当注意，非暂态计算机可读存储介质甚至可以是纸张或在上面打印程序的其他合适的介质，因为程序可以经由对例如纸张或其他介质的光学扫描以电子方式捕获，然后编译、解译或者在必要时以合适的方式处理，然后存储在计算机存储器或机器存储器中。
还应当理解，如本文使用的术语“进行信号通信”或“进行电通信”意味着两个或更多个系统、装置、部件、模块或子模块能够经由在某个类型的信号路径上传播的信号彼此通信。信号可以是通信、功率、数据或能量信号，其可以将信息、功率或能量从第一系统、装置、部件、模块或子模块沿着第一和第二系统、装置、部件、模块或子模块之间的信号路径传送到第二系统、装置、部件、模块或子模块。信号路径可以包括物理、电、磁、电磁、电化学、光学、有线或无线连接。信号路径还可以包括第一和第二系统、装置、部件、模块或子模块之间的附加系统、装置、部件、模块或子模块。
更概括地来说，诸如“通信”和“与...通信”(例如，第一部件与第二部件“通信”)或者“连接”等术语在本文中用于指示两个或两个以上部件或元件之间的结构、功能、机械、电气、信号、光学、磁、电磁、离子或流体关系。因而，一个部件被视为与第二部件通信的事实并不意图排除在第一和第二部件之间存在附加部件和/或附加部件可操作地与第一和第二部件相关联或接合的可能性。
应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以改变本发明的各个方面或细节。此外，前面的描述仅用于说明目的，而不是为了限制的目的，本发明由权利要求限定。
1.一种用于产生高压射频输出信号的系统，其特征在于，该系统包括：
振荡器，其被配置为产生驱动频率的驱动信号；
射频放大器，其被配置为放大该驱动信号以产生该驱动频率的放大的驱动信号；
谐振器，其包括调谐部件，该调谐部件被连接以从该射频放大器接收该放大的驱动信号，其中该放大的驱动信号驱动该谐振器以至少部分地基于该调谐部件的谐振参数而产生与该驱动信号相同频率的放大的射频输出信号，该谐振参数随调谐部件温度而变化，其中谐振频率基本上等于该驱动频率，这有赖于该调谐部件温度，并且其中当该谐振频率基本上等于该驱动信号的频率时，该射频输出信号由于该谐振器提供的谐振电压升压而具有放大的振幅；
温度变化元件，其被配置为加热或冷却该调谐部件以改变该调谐部件的温度；和
谐振调谐控制器，其被配置为确定该谐振频率和该驱动频率何时不同，并且控制该温度变化元件改变该谐振参数以将该谐振频率调谐为基本上等于该驱动频率。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其具有一种或多种以下配置：
该谐振器是lc谐振器，并且该调谐部件是调谐电容器，其中该lc谐振器的谐振参数是该调谐电容器的电容，并且其中该电容随该调谐部件温度而变化；
该谐振器是lc谐振器，并且该调谐部件是调谐电容器，其中该lc谐振器的谐振参数是该调谐电容器的电容，该电容随该调谐部件温度而变化，并且该调谐电容器具有陶瓷电介质或聚丙烯电介质；
该谐振器是lc谐振器，并且该调谐部件是调谐电感器，其中该lc谐振器的谐振参数是该调谐电感器的电感，并且其中该电感随该调谐部件温度而变化；
该调谐部件是由温度系数表征的任何电抗部件，该温度系数指示每单位温度变化下的电抗变化。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该谐振调谐控制器具有一种或多种以下配置：
该谐振调谐控制器包括现场可编程门阵列，其被编程为响应于确定该谐振频率和该驱动频率不同而产生温度控制信号；
该谐振调谐控制器包括与功率电平对应的温度变化的第一映射和与温度变化对应的该谐振参数的值的第二映射，其中该谐振调谐控制器通过查找与功率电平的变化对应的温度变化并且查找与该温度变化对应的该谐振参数的值来确定该谐振频率与该驱动频率之间的差值。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，该谐振调谐控制器具有一种或多种以下配置：
该谐振调谐控制器包括现场可编程门阵列，其被编程为响应于确定该谐振频率和该驱动频率不同而产生温度控制信号；
该谐振调谐控制器包括与功率电平对应的温度变化的第一映射和与温度变化对应的该谐振参数的值的第二映射，其中该谐振调谐控制器通过查找与功率电平的变化对应的温度变化并且查找与该温度变化对应的该谐振参数的值来确定该谐振频率与该驱动频率之间的差值。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，其进一步包括：
温度监测元件，其被定位成感测从该温度变化元件辐射的热量，并且产生与从该温度变化元件感测的热量对应的电信号电平。
6.根据权利要求1-4中所述任一项的系统，其特征在于，该谐振器在射频放大器输出处接收该驱动电压并且在谐振器输出处产生放大的射频电压，并且该谐振调谐控制器被配置为检测该谐振器输出处的射频电压与该射频放大器输出处的射频电压之间的相移。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，该谐振器在射频放大器输出处接收该驱动电压，并且在谐振器输出处产生放大的射频电压，并且当该驱动频率和该谐振频率相同时，该射频放大器输出处的驱动电压与该谐振器输出处的射频电压之间的相位为90°，并且其中该谐振调谐控制器被配置为通过当该谐振频率小于该驱动频率时检测到大于90°的相位并且当该谐振频率大于该驱动频率时检测到小于90°的相位来检测该相移。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，该谐振调谐控制器包括第一谐振调谐控制器输入和第二谐振调谐控制器输入，并且该系统进一步包括：
第一模数转换器，其连接在该射频放大器输出与该第一谐振调谐控制器输入之间；
第二模数转换器，其连接在该谐振器输出与该第二谐振调谐控制器输入之间；
其中该谐振调谐控制器将从该第一模数转换器接收的第一多个数字值与从该第二模数转换器接收的第二多个数字值进行比较，以确定该射频放大器输出与该谐振器输出之间的相位。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，其进一步包括：
第一电压缩放器，其连接在该射频放大器输出与第一谐振调谐控制器输入之间；
第二电压缩放器，其连接在该谐振器输出与第二谐振调谐控制器输入之间；
其中该谐振调谐控制器包括控制器时钟和过零计数器，该控制器时钟用于产生时钟信号，该过零计数器用于对在该第一和第二谐振调谐控制器输入处的信号的过零点之间的时钟信号进行计数，以确定该射频放大器输出与该谐振器输出之间的相位。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，其具有一种或多种以下特征：
该振荡器是该谐振调谐控制器的部件；
数模转换器，其被连接以从该谐振调谐控制器接收与加热器设置对应的数字值，并且被配置为将该数字值转换为该温度变化元件处的电压电平。
11.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，该温度变化元件具有一种或多种以下配置：
该温度变化元件包括冷却元件，该冷却元件被配置为响应于接收到温度控制信号而冷却该调谐部件；
该温度变化元件包括加热元件，该加热元件被配置为响应于接收到温度控制信号而加热该调谐部件；
该温度变化元件包括热电发生器，该热电发生器被配置为响应于接收到温度控制信号而加热或冷却该调谐部件。
技术总结