孙玉桥， 邱春玲， 杨 光， 李春生

(吉林大学 仪器科学与电气工程学院，长春 130021)

0 引 言

飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)作为一种重要的分析方法，具有检测灵敏度高、分析速度快、样品消耗少等优点。在TOF-SIMS仪器中，脉冲发生器(又称同步机)为一次离子光学系统、激光后电离模块、二次离子提取系统、飞行时间质量分析器、离子检测器等提供精确的工作时序[1-2]，其延时精度需控制在ns时间范围内，否则难以达到TOF-SIMS高质量分辨率的要求。脉冲发生器作为TOF-SIMS的关键测控部件之一，研制该部件对整机仪器国产化具有积极意义。

大范围延时可调的脉冲发生器多采用FPGA加可编程延时芯片的设计方案[3-4]，利用FPGA内计数器实现大范围数字延时，可编程延时芯片(如AD9501)完成短时间的模拟延时。可编程延时器件精度较高、使用方便，但难以实现小于200 ps抖动输出。单独采用FPGA也可实现脉冲延时功能，虽然输出抖动低，但时间分辨率取决于FPGA内部时钟周期，难以实现1 ns以下的延时分辨率。此外，FPGA加斜坡电路方案也被广泛采用，其具有延时范围广、分辨率高的优点。斜坡电路内含恒流源[5]，但高精度的恒流源结构复杂。

本文采用FPGA加斜坡电路的方案[6-9]，对斜坡电路进行简化——用高速三态门替代恒流源。相对于传统斜坡电路和可编程延时器件，简化后的电路延时输出峰峰值抖动(peak-to-peak jitter)更低。抖动是影响TOF-SIMS分辨率的关键参数，更低的抖动有助于提升TOF-SIMS分辨率。简化后的斜坡电路会引入微小的延时误差，但延时误差对TOF-SIMS分辨率无影响。……