TDC-GPX驱动的飞行时间质谱仪高精度测量技术详解

本文主要探讨了基于TDC-GPX的时间间隔测量系统在飞行时间质谱仪中的应用。TDC-GPX，由德国ACAM公司生产的高精度时间间隔测量芯片，其测量精度可达10ps，具备多种测量模式，包括I模式，适合大规模量程和多次击中需求。在飞行时间质谱仪中，该系统通过抽头延迟线法测量粒子飞行时间，这是一种全数字的高精度方法，利用电信号传输中的时间延迟来确定粒子到达的时间。 TDC-GPX内部结构复杂，包括脉冲输入单元、时间测量单元、数据缓存单元、时钟控制单元、温度控制单元和配置寄存器等，这使得系统能够提供精确且灵活的测量性能。在实际应用中，系统使用红色飓风II代开发板进行整体时序控制，能够同时处理两路差分输入和LVTTL输入脉冲信号，并通过FPGA进行初始化和测量过程的控制。 为了适应大分子飞行时间的检测，本文选择了I模式，这种模式支持1路start输入和8路stop输入，每个stop输入可以连续测量32个stop脉冲，每个通道的典型精度为81皮秒。通过内部start再触发功能，系统可以实现无限次测量，确保对飞行时间的精细捕捉。在具体应用中，如质量数为500的粒子在飞行时间质量分析器中的飞行时间为472.011us，因此在芯片内设置了512us的时间窗口，以确保测量的准确性。 这个基于TDC-GPX的时间间隔测量系统是飞行时间质谱仪中关键的组成部分，它通过高精度的测量技术，有效地提高了粒子鉴别能力和分析效率，对于科学研究和工业应用有着重要的意义。