簡介
質譜是帶電原子,、分子、或分子碎片按質荷比（或質量）的大小順序排列的圖譜。質譜分析法主要是通過對被測樣品離子的質荷比的分析而實現(xiàn)對樣品進行定性和定量的一種分析方法。被分析的樣品首先要離子化,，然后利用不同離子在電場或磁場的運動行為的不同，把離子按質荷比（m/z）分開而得到質譜,，通過樣品質譜的相關信息,，可以得到樣品的定性定量結果。
飛行時間質譜儀較其他質譜儀具有靈敏度高,、分辨率高,、分析速度快、質量檢測上限只受離子檢測器限制等優(yōu)點而逐漸成為質譜儀家族中發(fā)展勢頭為迅猛的儀器,。
飛行時間質譜分析速度快,、高精度、高靈敏度的特點決定其必須具有高時間分辨率和高靈敏度的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),。坤馳科技的QT1125可以滿足以上OEM需求,。
質譜儀原理：對于能量相同的離子，離子的質量越大,，達到離子檢測器的時間越長,；質量越小，所用的時間越短,。如果能夠獲得各個離子的到達時間,，質譜儀就能將不同質量的離子根據(jù)飛行時間的不同而分開。
面臨問題
當離子檢測器接收到一個離子時,，在到達板上產生一個負脈沖信號,，于是一次檢測便產生一連串的脈沖信號。在以往采用TDC（時間數(shù)字轉換器）進行采集的質譜儀系統(tǒng)中,，每一個脈沖信號都被量化為“1”,，這樣雖然可以測出離子的到達時間，但是也有缺陷,，對于同一時刻到達的多個離子,，盡管在脈沖的幅度上會有區(qū)別，但是只會被認為是一個“1”,，針對這個缺陷,，人們采用多次積累的方法獲得某種離子在時間上的大致分布。但是這種方法需要通過很長時間的積累（通常要幾十萬到上百萬次）才能夠獲得大致的離子分布，這就大大制約了設備的采集效率,。使用系統(tǒng)的TDC得到一幅譜圖通常要10~20秒的積累才能夠完成,。
解決問題
如果使用高速ADC對高速到達的離子進行采集，由于ADC本身可以獲取信號的幅度信息,，而高速ADC又可以達到很高的時間分辨率,，將兩個優(yōu)點結合，就解決了TDC無法獲得離子幅度信息的缺陷,。使用ADC也可以大大提高采集效率,，如ADC采樣分辨率為8位時，相當于256級量化精度,，在理論上,，一次采集就可以相當于傳統(tǒng)ADC采樣256次，使得到譜圖時間縮短到0.1秒左右,。
系統(tǒng)整體介紹
工作流程
高速脈沖信號進入高速ADC,，完成信號的數(shù)模轉換，按特定順序緩存到板載內存中,，下次脈沖來時,，F(xiàn)PGA將新的采集數(shù)據(jù)與上次緩存的數(shù)據(jù)進行累加，累加到一定數(shù)目后,，通過PCIe總線傳到上位機中,，上位機將數(shù)據(jù)整理顯示，得到終的譜圖,。
系統(tǒng)框圖
硬件介紹
坤馳科技自主研發(fā)的 QT1125 是一款同時具備直流耦合程控放大器和支持寬帶 RF/IF 信號輸入的高速數(shù)據(jù)采集卡,。QT1125 在主機中占用一個單槽 PCIe x 16 插槽。QT1125 的采樣率在 4 通道工作工作模式下為1.25GSPS/CH,，在 2 通道模式下為 2.5GSPS/CH,，在單通道模式下為 5GSPS/CH。DDR3 采集存儲器容量高達 2GB,。QT1125 采用 Xilinx Virtex-6 FPGA,，使用QTexV1.0 開發(fā)套件允許用戶自定義實時處理算法。
規(guī)格
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大支持4通道同步采集,。
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高5GSPS采樣率/單通道,、2.5GSPS采樣率/2通道、1.25GSPS采樣率/4通道,。
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時間交錯自適應校準系統(tǒng),。
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10bit 轉換精度。
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支持 AC,、DC藕合方式,；支持高頻脈沖信號輸入,。
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大板載 2GB DDR3 存儲器。
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支持外部觸發(fā)輸入或輸出,支持用戶擴展IO,。
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PCIE x8 Gen2數(shù)據(jù)傳輸接口,，連續(xù)傳輸率2.8GB/s
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FPGA 支持用戶自定義邏輯開發(fā)。
總結
對于質譜數(shù)據(jù)的采集和處理,，以往通過數(shù)字轉換電路（Time-Digital Converter,，簡稱TDC）,，進行時間間隔的測量,，通過多次的測量和累積后再進行信號處理運算，終能夠從譜圖上反映出物資的譜線,，從而檢測出物資的構成成分,，但是TDC的原理決定了其固有的缺陷：當多個粒子同時到達時，前端儀器產生脈沖的幅度是與粒子的數(shù)量成正比的,，而TDC只認為此時到達了一個粒子,，從而丟失了信息。當利用北京坤馳科技高速采集板卡QT1125進行測量時,，可以同時采集到脈沖的幅度和時間信息,，因此可以進行高速、高時間分辨率的定量分析,。
