可变频时钟信号的产生方法及装置与流程

1.本发明涉及质谱仪器技术领域，尤其涉及一种可变频时钟信号的产生方法及装置。


背景技术：

2.在质谱仪器领域中，不同离子具有不同的质量，质量不同的离子在磁场的作用下到达检测器的时间不同，所以需要产生可变频周期脉冲，用来筛选不同质量的离子到达检测器的时间形成质谱图。目前行业内使用的脉冲变频方式都是上位机下发频率字，通过fpga(现场可编程门阵列)传输频率字配置外部可变频芯片产生不同频率的时钟。外部可产生变频的芯片因为周期性变频工作原理，不能任意时间、任意频率变频，且只能单方向变频(高频变低频或低频变高频)。当想实现双向变频时就需要在fpga外围增加若干可变频芯片，如此增加了硬件成本，同时不利于器件维护。


技术实现要素：

3.本发明提供一种可变频时钟信号的产生方法及装置，旨在不增加硬件成本的前提下，实现动态双向变频，产生任意频率的时钟信号。
4.第一方面，本发明提供一种可变频时钟信号的产生方法，包括：
5.下发变频周期数据、变频使能、以及时钟周期使能；
6.当需要从高频率时钟信号切换为低频率时钟信号时，将所述变频使能和所述时钟周期使能设置为有效，根据下发的第一变频周期数据产生低频率时钟信号；
7.当需要从低频率时钟信号切换为高频率时钟信号时，先清空计数值，再将所述变频使能和所述时钟周期使能设置为有效，根据下发的第二变频周期数据产生高频率时钟信号。
8.在一个实施例中，所述清空计数值，具体为：
9.将所述变频使能设置为无效，以清空计数值。
10.在一个实施例中，所述清空计数值，具体为：
11.通过定时器触发清空计数值。
12.在一个实施例中，所述根据下发的第一变频周期数据产生低频率时钟信号，具体为：
13.根据下发的第一变频周期数据，通过分频的方式产生低频率时钟信号。
14.在一个实施例中，所述根据下发的第二变频周期数据产生高频率时钟信号，具体为：
15.根据下发的第二变频周期数据，通过倍频的方式产生高频率时钟信号。
16.在一个实施例中，所述将所述变频使能和所述时钟周期使能设置为有效，具体为：
17.将所述变频使能和所述时钟周期使能设置为1。
18.在一个实施例中，所述变频使能设置为无效，具体为：
19.将所述变频使能设置为0。
20.第二方面，本发明提供一种可变频时钟信号的产生装置，包括：
21.下发模块，用于：下发变频周期数据、变频使能、以及时钟周期使能；
22.低频率时钟信号产生模块，用于：当需要从高频率时钟信号切换为低频率时钟信号时，将所述变频使能和所述时钟周期使能设置为有效，根据下发的第一变频周期数据产生低频率时钟信号；
23.高频率时钟信号产生模块，用于：当需要从低频率时钟信号切换为高频率时钟信号时，先清空计数值，再将所述变频使能和所述时钟周期使能设置为有效，根据下发的第二变频周期数据产生高频率时钟信号。
24.第三方面，本发明提供一种可变频时钟信号的产生装置，包括fpga模块，所述fpga模块根据上述任一项所述的可变频时钟信号的产生方法产生可变频时钟信号。
25.第四方面，本发明提供一种质谱仪，所述质谱仪利用上述任一项所述的可变频时钟信号的产生方法产生可变频时钟信号，筛选离子，以形成质谱图。
26.本发明提供的可变频时钟信号的产生方法及装置，通过设置变频使能、时钟周期使能、以及清空计数值的机制，实现动态双向变频，能够产生任意频率的时钟信号，有利于质谱仪高效地形成质谱图，同时无需增加额外的硬件成本以及器件维护成本。以及，本发明提供的可变频时钟信号的产生装置可移植性强，支持不同厂家芯片平台使用。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1是本发明提供的可变频时钟信号的产生方法的流程示意图之一；
29.图2是本发明提供的可变频时钟信号的产生方法的流程示意图之二；
30.图3是本发明提供的可变频时钟信号的产生方法的时序图示例；
31.图4是本发明提供的可变频时钟信号的产生装置的结构示意图。
具体实施方式
32.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.本发明实施例提供了可变频时钟信号的产生方法的实施例，需要说明的是，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些数据下，可以以不同于此处的顺序完成所示出或描述的步骤。
34.参照图1，图1是本发明提供的可变频时钟信号的产生方法的流程示意图之一。本发明实施例提供的可变频时钟信号的产生方法包括：
35.步骤101，下发变频周期数据、变频使能、以及时钟周期使能；
36.步骤102，当需要从高频率时钟信号切换为低频率时钟信号时，将所述变频使能和所述时钟周期使能设置为有效，根据下发的第一变频周期数据产生低频率时钟信号；
37.步骤103，当需要从低频率时钟信号切换为高频率时钟信号时，先清空计数值，再将所述变频使能和所述时钟周期使能设置为有效，根据下发的第二变频周期数据产生高频率时钟信号。
38.需要说明的是，本发明提供的可变频时钟信号的产生方法所提及的“高频率”和“低频率”是指切换不同频率的时钟信号之间的比对，而不是限定某范围内的时钟信号的频率为高频率或低频率。例如，在切换时钟信号之前，前一时钟信号的频率为10，需要将其切换为频率为5的时钟信号，即视为需要从高频率时钟信号切换为低频率时钟信号；又例如，在切换时钟信号之前，前一时钟信号的频率为10，需要将其切换为频率为15的时钟信号，即视为需要从低频率时钟信号切换为高频率时钟信号。
39.需要说明的是，变频周期数据是指需要切换的时钟信号的时钟周期数据，变频使能是指允许变频的信号，当变频使能设置为有效时，即表示允许变频，时钟周期使能是指允许时钟周期生效的信号，当时钟周期使能设置为有效时，即表示允许需要切换的时钟周期生效。且一个时钟的上升沿和下降沿为一个脉冲周期。
40.本发明实施例的执行主体可以是任何符合技术要求的可变频时钟信号产生源，例如可变频时钟信号产生模块、可变频时钟信号产生设备、可变频时钟信号产生电路等。在本实施例中，以质谱仪中的fpga(field programmable gate array，现场可编程门阵列)模块作为执行主体，fpga模块内包含计数器。
41.参照图2，图2是本发明提供的可变频时钟信号的产生方法的流程示意图之二。在通过上位机同时下发变频周期数据、变频使能、以及时钟周期使能后，fpga模块会首先判断变频使能是否为有效，再判断时钟周期使能是否也有效，当变频使能为有效，且时钟周期使能也有效时，表示上位机下发的变频周期数据有效，fpga模块内的计数器开始生效计数，当计数到与变频周期数据一致时，即产生对应频率的时钟信号。
42.当需要从高频率时钟信号切换为低频率时钟信号时，可以通过人工或信号触发器将变频使能和时钟周期使能均设置为有效(例如设置为1)，即表示允许根据下发的第一变频周期数据实现时钟信号变频，fpga模块即可根据下发的第一变频周期数据，通过分频的方式，将高频率时钟信号的频率切换为低频率，从而产生低频率时钟信号。
43.当需要从低频率时钟信号切换为高频率时钟信号时，需要先启动计数值清空机制，使计数值为0，fpga模块才能将低频率时钟信号切换为高频率时钟信号。清空计数值可以通过将变频使能设置为无效(例如设置为0)，那么fpga模块内的计数器将会复位，使计数值为0，或者，也可以通过计时器触发清空计数值，例如通过在fpga内部设置内部看门狗，定时触发计数器清空计数值，后续再将变频使能和时钟周期使能设置为有效，那么fpga模块内的计数器即可从0开始计数，当计数到与下发的第二变频周期数据一致时，通过倍频的方式产生高频率时钟信号。本发明实施例提及的分频或倍频可以通过符合要求的现有技术实现。
44.具体可以参照图3，图3是本发明提供的可变频时钟信号的产生方法的时序图示例，其中fre_valid表示时钟周期，fre_en表示变频使能；cnt表示计数值，fer_data表示上位机下发的变频周期数据，clock2表示输出的时钟信号。当需要将变频周期数据为10的时
钟信号切换为变频周期数据为4的时钟信号时，将变频使能和时钟周期使能均设置为1，fpga内部的计数器计数生效，当计数与变频周期数据一致时，即产生变频周期数据为4的时钟信号。当需要将变频周期数据为4的时钟信号切换为变频周期数据为6的时钟信号时，先将变频使能设置为0(此时时钟周期使能可以保持为1)，以清空计数值，再将变频使能和时钟周期使能设置为1，fpga内部的计数器计数生效，当计数与变频周期数据一致时，即产生变频周期数据为6的时钟信号。
45.质谱仪利用fpga模块执行上述可变频时钟信号的产生方法产生可变频时钟信号，筛选不同质量的离子到达检测器的时间，能够高效地形成精确的质谱图。
46.本发明实施例提供的可变频时钟信号的产生方法，通过设置变频使能、时钟周期使能、以及清空计数值的机制，实现动态双向变频，能够产生任意频率的时钟信号，有助于质谱仪高效地形成质谱图，同时无需增加额外的硬件成本以及器件维护成本。进一步的，当通过将变频使能设置为无效以清空计数值，实现从低频率时钟信号切换为高频率时钟信号时，能够实现任意时间、任意频率、双向可变频的时钟信号的即时动态切换。
47.进一步的，本发明提供的可变频时钟信号的产生装置与本发明提供的可变频时钟信号的产生方法互对应参照。
48.在一方面，上述提及的fpga模块可移植性强，其不但可以应用于质谱仪，也可以应用于不同的其他设备。fpga模块与其他应用设备可以构成本发明实施例提供的一种可变频时钟信号的产生装置，fpga模块在其内部根据本发明提供的可变频时钟信号的产生方法产生可变频时钟信号。
49.另一方面，本发明实施例还提供另一种可变频时钟信号的产生装置，其实现模块并不限定于fpga模块，参照图4，该另一种可变频时钟信号的产生装置，包括：
50.下发模块401，用于：下发变频周期数据、变频使能、以及时钟周期使能；
51.低频率时钟信号产生模块402，用于：当需要从高频率时钟信号切换为低频率时钟信号时，将所述变频使能和所述时钟周期使能设置为有效，根据下发的第一变频周期数据产生低频率时钟信号；
52.高频率时钟信号产生模块403，用于：当需要从低频率时钟信号切换为高频率时钟信号时，先清空计数值，再将所述变频使能和所述时钟周期使能设置为有效，根据下发的第二变频周期数据产生高频率时钟信号。
53.在一种实施例中，所述清空计数值，具体为：将所述变频使能设置为无效，以清空计数值。
54.在一种实施例中，所述清空计数值，具体为：通过定时器触发清空计数值。
55.在一种实施例中，所述根据下发的第一变频周期数据产生低频率时钟信号，具体为：根据下发的第一变频周期数据，通过分频的方式产生低频率时钟信号。
56.在一种实施例中，所述根据下发的第二变频周期数据产生高频率时钟信号，具体为：根据下发的第二变频周期数据，通过倍频的方式产生高频率时钟信号。
57.在一种实施例中，所述将所述变频使能和所述时钟周期使能设置为有效，具体为：将所述变频使能和所述时钟周期使能设置为1。
58.在一种实施例中，所述变频使能设置为无效，具体为：将所述变频使能设置为0。
59.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可
以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
60.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
61.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种可变频时钟信号的产生方法，其特征在于，包括：下发变频周期数据、变频使能、以及时钟周期使能；当需要从高频率时钟信号切换为低频率时钟信号时，将所述变频使能和所述时钟周期使能设置为有效，根据下发的第一变频周期数据产生低频率时钟信号；当需要从低频率时钟信号切换为高频率时钟信号时，先清空计数值，再将所述变频使能和所述时钟周期使能设置为有效，根据下发的第二变频周期数据产生高频率时钟信号。2.根据权利要求1所述的可变频时钟信号的产生方法，其特征在于，所述清空计数值，具体为：将所述变频使能设置为无效，以清空计数值。3.根据权利要求1所述的可变频时钟信号的产生方法，其特征在于，所述清空计数值，具体为：通过定时器触发清空计数值。4.根据权利要求1-3中任一项所述的可变频时钟信号的产生方法，其特征在于，所述根据下发的第一变频周期数据产生低频率时钟信号，具体为：根据下发的第一变频周期数据，通过分频的方式产生低频率时钟信号。5.根据权利要求1-3中任一项所述的可变频时钟信号的产生方法，其特征在于，所述根据下发的第二变频周期数据产生高频率时钟信号，具体为：根据下发的第二变频周期数据，通过倍频的方式产生高频率时钟信号。6.根据权利要求1-3中任一项所述的可变频时钟信号的产生方法，其特征在于，所述将所述变频使能和所述时钟周期使能设置为有效，具体为：将所述变频使能和所述时钟周期使能设置为1。7.根据权利要求6所述的可变频时钟信号的产生方法，其特征在于，所述变频使能设置为无效，具体为：将所述变频使能设置为0。8.一种可变频时钟信号的产生装置，其特征在于，包括：下发模块，用于：下发变频周期数据、变频使能、以及时钟周期使能；低频率时钟信号产生模块，用于：当需要从高频率时钟信号切换为低频率时钟信号时，将所述变频使能和所述时钟周期使能设置为有效，根据下发的第一变频周期数据产生低频率时钟信号；高频率时钟信号产生模块，用于：当需要从低频率时钟信号切换为高频率时钟信号时，先清空计数值，再将所述变频使能和所述时钟周期使能设置为有效，根据下发的第二变频周期数据产生高频率时钟信号。9.一种可变频时钟信号的产生装置，其特征在于，包括fpga模块，所述fpga模块根据权利要求1至7中任一项所述的可变频时钟信号的产生方法产生可变频时钟信号。10.一种质谱仪，其特征在于，所述质谱仪利用权利要求1至7中任一项所述的可变频时钟信号的产生方法产生可变频时钟信号，筛选离子，以形成质谱图。

技术总结
本发明涉及质谱仪器技术领域，提供一种可变频时钟信号的产生方法及装置，包括：下发变频周期数据、变频使能、以及时钟周期使能；当需要从高频率时钟信号切换为低频率时钟信号时，将变频使能和时钟周期使能设置为有效，根据下发的第一变频周期数据产生低频率时钟信号；当需要从低频率时钟信号切换为高频率时钟信号时，先清空计数值，再将变频使能和时钟周期使能设置为有效，根据下发的第二变频周期数据产生高频率时钟信号。本发明通过设置变频使能、时钟周期使能、以及清空计数值的机制，实现动态双向变频，能够产生任意频率的时钟信号，有助于高效地形成质谱图，同时无需增加额外的硬件成本以及器件维护成本。件成本以及器件维护成本。件成本以及器件维护成本。


技术研发人员：胡海辉 葛卫敏 林利泉
受保护的技术使用者：广州禾信仪器股份有限公司
技术研发日：2023.06.02
技术公布日：2023/8/24