(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛行時間質量分析計で、関心事であるイオンを検出するためのシステムにおいて、前記イオンを検出して、それを示す出力信号を生成するための信号収集回路と、保存されるべき前記出力信号の中の幾つかの信号にタグを付けるためのシーケンス／保存制御回路と、前記シーケンス／保存制御回路によってタグを付けられた前記出力信号を保存するためのバッファ回路と、前記タグ付きデータを処理するため、前記バッファ回路から、前記タグ付き信号を受け取り、前記タグ付き信号からの出力スペクトラムを生成するためのディジタル信号プロセッサ回路とを具備し、前記シーケンス／保存制御回路は前記出力信号の全てにまでタグを付けるものではなく、そしてタグの付けられない前記保存されるべき出力信号は廃棄されることを特徴とするシステム。
【請求項２】
さらに、前記シーケンス／保存制御回路を制御し、タグを付ける出力信号を識別するための計測器制御モジュールを具備していることを特徴とする請求項１記載のデータ収集システム。
【請求項３】
前記信号収集回路が、アナログ信号をディジタル出力信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器回路と、イオンカウンタ回路と、飛行時間質量分析計の内部に配置され、前記Ａ／Ｄ変換器回路の入力と前記イオンカウンタ回路の入力とが並列に接続された出力を有し、アナログ信号を提供するためのイオン検出器とを具備し、前記Ａ／Ｄ変換器回路は前記イオン検出器からのアナログ信号をディジタル出力信号に変換し、そして前記イオンカウンタ回路は前記アナログ信号を受け取り、前記イオン検出器により受け取られたイオンを識別し、カウントすることを特徴とする請求項２記載のデータ収集システム。
【請求項４】
前記Ａ／Ｄ変換器回路が、単体のＡ／Ｄ変換器で構成されていることを特徴とする請求項３記載のデータ収集システム。
【請求項５】
前記Ａ／Ｄ変換器回路が、２つの順次クロック型Ａ／Ｄ変換器出力を含むことを特徴とする請求項３記載のデータ収集システム。
【請求項６】
前記シーケンス／保存制御回路が、プログラムされた時刻に、前記イオンカウンタ回路を動作可能にするカウンタ制御回路と、前記プログラムされた時刻に、前記出力信号にタグを付けるための保存制御メモリとを、具備していることを特徴とする請求項３記載のデータ収集システム。
【請求項７】
前記ディジタル信号プロセッサ回路が、前記プログラムされた時刻にわたって前記タグ付き信号を継続的に合計するための回路と、前記スペクトラムを生成するために、合計されたタグ付き信号を保存するためのメモリとを、具備していることを特徴とする請求項６記載のデータ収集システム。
【請求項８】
前記イオンカウンタ回路が、信号のしきい値レベルを確定するための判別器回路を、具備していることを特徴とする請求項７記載のデータ収集システム。
【請求項９】
前記信号収集回路が、前記イオン検出器と、前記イオンカウンタ回路および前記Ａ／Ｄ変換器回路との間に配置されている増幅回路と、前記イオン検出器から受け取ったアナログ信号の振幅を調節するための前記イオンカウンタ回路とを、具備していることを特徴とする請求項８記載のデータ収集システム。
【請求項１０】
前記信号収集回路が、変換され、タグを付けられる各信号のために、前記増幅回路のゲイン設定を制御して、関心事である各イオンに、異なるゲイン設定を持たせることを特徴とする請求項９記載のデータ収集システム。
【請求項１１】
飛行時間質量分析計の内部で、少なくとも１つのイオンを検出するための方法において、イオン検出器で受け取った複数のイオンを検出するステップと、時間の関数として前記イオン検出器によって受け取られた前記イオンに対応して、複数の出力信号を生成するステップと、時間の関数として、保存されるべき信号及び無視されるべき信号として、前記複数の信号に標識を付けるステップと、無視されるべき信号を無視する一方で、時間の関数として、保存されるべき前記信号を合計するステップとを、含んでいることを特徴とする方法。
【請求項１２】
イオンの質量電荷比の関数として、どの信号が保存されるべきで、どの信号が無視されるべきかを判定するステップを、さらに含んでいることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
第１のメモリに前記複数の標識付き出力信号を保存して、新しい信号で上書きすることによって、無視されるべき前記出力信号を廃棄するステップと、保存されるべき前記複数の出力信号を、前記第１のメモリから第２のメモリに転送するステップとを、さらに含んでいることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
複数の出力信号を生成するステップが、前記イオン検出器によって受け取られたイオンに応じて、時間の関数として前記イオン検出器からのアナログ出力信号を生成するステップと、前記アナログ出力信号を、保存すべきデジタル信号と無視すべきデジタル信号に変換するステップとを、含んでいることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
前記複数の出力信号に標識を付けるステップが、時間の関数として、前記イオン検出器からの信号をディジタル信号に変換するステップと、関心事である時間間隔を選択するステップと、前記時間間隔以内に発生するものである前記ディジタル信号を識別するために、前記ディジタル信号にビットを付加するステップとを含み、前記ビットが、前記ディジタル信号を、保存すべきものか、又は無視するものかを区別するものであることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
第１のメモリに前記複数の標識付きの出力信号を保存するステップが、前記複数の標識付きの出力信号を、並列データバスに、交互に出力するステップと、前記出力信号を、並列レジスタに保存するステップと、前記並列レジスタから専用ＦＩＦＯに、前記出力信号を転送するステップとを、含んでいることを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
前記アナログ出力信号を生成するステップが、前記アナログ出力信号のゲインを自動的に且つ連続的に調節するステップを含んでいることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１８】
保存されたディジタル信号を合計する目的のプロセッサのアドレスを識別するために、前記保存されるべきディジタル信号に１ビットを付加するステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
前記専用ＦＩＦＯの各ＦＩＦＯにある前記出力信号が、ディジタル信号プロセッサに、並列で、逐次的に出力されることを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
飛行時間質量分析計の内部で、イオンのスペクトラムから、少なくとも１つのイオン試料を検出して、さらに測定するための装置において、イオンのスペクトラムを受け取るための、飛行時間質量分析計の内部のイオン検出器回路であって、さらにイオンの前記スペクトラムの受け入れに応じて、時間の関数として、出力信号を生成する前記イオン検出器回路と、前記イオン検出器から前記出力信号を受け取り、時間の関数として、前記少なくとも１つのイオン試料からの信号として、さらに無視されるべき信号として、前記出力信号にタグを付けるためのデータ収集回路と、出力スペクトラムを生成するべく、前記少なくとも１つのイオン試料からの前記タグ付き信号を合計する一方で、無視されるべきものとしてタグが付けられた信号を無視するための信号プロセッサ回路とから成ることを、特徴とする装置。
【請求項２１】
前記信号プロセッサ回路、前記データ収集回路、前記イオン検出器回路、及び飛行時間質量分析計に、動作可能な状態で接続されて、これらからデータを受けとりかつこれらにプログラム制御信号を送るための計測器制御回路を、さらに具備していることを特徴とする請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
前記イオン検出器回路が、２次電子倍増管とマイクロチャネルプレート検出器のうちの一つであるイオン検出器と、前記イオン検出器と、動作可能な状態で接続されて、ゲイン制御入力線を有する前置増幅器と、以前に受け取った信号に応じて、前記前置増幅器のゲインを動的に増減するために、前記ゲイン制御入力線に、動作可能な状態で接続されているゲイン制御回路とを、さらに具備していることを特徴とする請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
前記データ収集回路が、前記イオン検出器回路に対する入力信号を受け取るために、動作可能な状態で接続されている信号収集モジュールと、前記信号収集モジュールを動作可能にするために、動作可能な状態で接続されているシーケンス／保存制御モジュールと、前記シーケンス／保存制御モジュールによって制御される前記信号収集モジュールからの信号を一時的に保存するために、前記信号収集モジュールと前記シーケンス／保存制御モジュールに接続されているメモリモジュールとを、具備していることを特徴とする請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
前記信号プロセッサ回路が、少なくとも１つの信号プロセッサ回路と、少なくとも１つの累算器回路を具備し、前記少なくとも１つの信号プロセッサ回路は、信号のゲイン値を共通の基準に調節して、その調節済みの値と、プログラムされたしきい値とを比較し、前記少なくとも１つの累算器回路は、前記プログラムされたしきい値以上の前記調節済みの値を合計することを特徴とする請求項２３記載の装置。
【請求項２５】
飛行時間質量分析計内の変換器からのアナログ出力を、ディジタル化して、複数のディジタル化データ信号を含むディジタル化出力を生成するための信号収集モジュールであって、各ディジタル化信号が１個以上のイオンの到着を表している信号収集モジュールと、保存すべきか又は廃棄すべきデータ信号として、前記複数のディジタル化データ信号の中のある特定の信号を識別するための保存制御モジュールと、以降の処理のために、前記複数のディジタル化データ信号の中の前記特定の信号を、選択的に保存するためのメモリモジュールと、前記複数のディジタル化データ信号の中の前記特定の信号を、合計して、処理するために、前記メモリモジュールに、動作可能な状態で接続されている信号プロセッサモジュールと、全てのデータ収集パラメータを設定し、前記ディジタル化データ信号の分析を開始し、前記信号プロセッサに処理と保存を指示するゲイン制御設定を監視し、前記信号プロセッサモジュールからデータ信号を収集し、さらにディスプレイ上にそのデータ信号を出力するために、前記各モジュールに動作可能な状態で接続されている計測器制御モジュールとを具備し、廃棄すべきデータ信号は前記メモリモジュールに保存されないことを特徴とする飛行時間質量分析計用データ収集システム。
【請求項２６】
飛行時間質量分析計内の検体から生じた１つ以上のスペクトラムから、関心事である１個以上のイオン試料を測定する方法において、イオン検出器で、１つ以上のイオンスペクトラムを検出して、それを表すアナログ出力信号を生成するステップと、前記アナログ出力信号を、少なくとも１組のディジタル信号に変換するステップと、関心事の１個以上のイオン試料に相当する、前記ディジタル信号の中のある信号を識別するステップと、関心事である１個以上のイオン試料であるとしては識別されない前記ディジタル信号を廃棄するステップと、各スペクトラムから前記ディジタル化信号の中のある信号を合計するステップと、その合計の出力を発生するステップとから成ることを、特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、質量分析法に於けるイオンの検出に関するものであり、特に、１つ以上のイオンスペクトルの事前に選定した回数の間隔で、イオン発生量を判定するための操作方法と装置を含むデータ収集システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
質量分析法は、分析化学に於ける価値のあるツールであることが、実証されてきている。質量分析法は、試料の電気的に中性の分子は、帯電又はイオン化され、また、分子の動作は、電磁界によって制御されることが可能であるという事を前提にしている。電磁界に対する帯電分子の反応は、そのイオンの質量電荷比に影響されるので、特定の質量電荷比のイオンを、選択的に検出することができる。
【０００３】
質量分析計は、主として、異なった質量電荷比を持つイオンを区別する方法の面で、異なっている。磁気セクタ質量分析計は、イオンが磁界中で反転するか、又は分散するので、イオンの運動量によって、等しいエネルギーのイオンを分離する。四重極質量分析計は、直流フィールドの下での高周波無線周波数フィールドに応じた加速度の比率に基づいて、イオンを分離する。イオンサイクロトロン／イオントラップ質量分析計は、交流フィールドの下での共振周波数又は共振次元により、イオンを判別する。飛行時間質量分析計は、固定距離での速度に基づいて、イオンを判別する。
【０００４】
設計は比較的簡単であるが、飛行時間質量分析計は、高速度でデータを生成する。異なる質量電荷比を持つイオンが、１個の試料に存在する可能性があるので、イオンは、それらの速度又は運動エネルギーに応じて、異なる回数だけ検出器に衝突することになる。その検出器の出力信号は、非常に短い時間間隔、一般的にはマイクロ秒の10分の1以下に圧縮された、一連のイオン到着応答から構成されている。１００マイクロ秒以内に、最も重いイオンを含めた全イオンが、飛行時間質量分析計の所定距離を走行して、検出器に到着し、この試料分子のスペクトラムを生成する。所与の試料の分析のために、百万個迄のスペクトラムが、生成される。さらに、これらのスペクトラムを、経過時間順に並べた組に分割する必要がある場合もある。時間の単位は、１ミリ秒のオーダーである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
所与の試料の分析で得られた、あるイオン化合物の全データを含んでいる小区画だけが、興味の対象のはずである。しかし、科学者たちは、従来、その試料で生成された全スペクトラムにわたるデータを、収集しなければならなかった。生成されるデータの削減のため、さらに、関心事であるイオン化合物に注目するために、選択した化合物の予想到着時間又はウィンドウの直前に、検出回路を起動することが、提案されている。このようなシステムの詳細については、本発明の出願人が所有する米国特許第５，３６７，１６２号で、公開されている。本発明も、従来技術を全般的に説明しており、その開示内容を参照により本書に組み込んでいる。しかし、過去の装置のいずれも、飛行時間スペクトラムの連続して、中断の無い検出、収集、及び処理の機能は持っていない。さらに具体的にいえば、従来技術による装置のいずれも、これ迄に達成されたものより、本質的に省電力で動作する小型システムを使用して、選択、合計、及び処理のために、アナログ信号をディジタル信号に連続的に変換してはいない。
【０００６】
【問題を解決するための手段】
本発明の第一の様態によれば、飛行時間質量分析計で複数のイオンを検出し、関心事である選択イオンのみを表示する出力を提供するために、データ収集システムが提供される。さらに詳述すれば、データ収集システムは、試料中のイオンのスペクトラムを受け取り、その受け取ったイオンを表示するデータ信号を生成するための検出器又は変換器と、関心事の信号として、前記データ信号の特定の信号にタグを付け、その関心事のデータ信号を一時的に保存するためのデータ収集モジュールとから成っている。さらに、このシステムは、関心事のデータを集計し、それをメモリに保存することにより、そのデータを部分的に処理するための信号プロセッサも備えている。所定の条件下で、その信号プロセッサにあるデータは、さらに処理が行われる装置制御部に伝送される。
【０００７】
本発明の別の様態によれば、複数のイオンを受け取り、前記イオンを示す連続的なディジタル出力をする回路と、関心事のデータを含む前記出力の中のある出力を識別するために、前記ディジタル出力に動作可能な状態で接続された回路と、タグの付いた信号を一時的に保存し、他の全てのデータを廃棄する記憶回路とから成るデータ収集システムが、飛行時間質量分析計用に提供される。
【０００８】
方法としては、飛行時間質量分析計で、少なくとも１個のイオンを検出するための方法であって、飛行時間質量分析計の検出器で複数のイオンを受け取るステップと、時間の関数として、その検出器が受け取った前記イオンに応じた複数の出力信号を生成するステップと、保存されるべき信号と無視されるべき信号として、また、時間の関数として、前記複数の信号にマークを付けるステップと、時間の関数として保存されるべき前記信号を総計するステップとから成る方法が、提供される。
【０００９】
本発明を実施するデータ収集システムやデータ収集方法から得られる利点は、従来の２倍以上の速度で、データを収集し、処理することができることである。さらに、従来より短い時間間隔で、さらに大きい区画のデータを収集するので、分解能が顕著に向上する。これにより、従来より鮮明で、さらに明確にされたデータ集合となり、従来検出不可能であったイオン種間の質量電荷比を判別することが可能になる。さらに、本発明を実施するデータ収集システムやデータ収集方法は、全データがディジタル化されて、一時的に保存されているので、関心事の全ての特定データを、確実に収集できるという利点も提供する。この様に、関心事のイオンが、既に部分的に検出された直後に、システム又はディジタル回路を起動する結果、データ損失は発生しない。本発明のこれら及び他の特徴、目的、及び利点は、添付の図面を参照しながら、本明細書と特許請求の範囲を読むことによって明白になるはずである。
【００１０】
【実施例】
以下の記述において、数点の異なる図面を参照するが、その中では、類似又は同様の構成要素が、同一のラベル又は参照番号によって識別されている。多重参照又は要素の識別は、ある頁のある回路を、別の頁の相手となる回路又は要素と接続する方法として、使用されている。特に、図を参照すると、図１は、本発明を実施している飛行時間質量分析計システム１０を、一般的に示すブロック図である。光線分析器１０は、ガスクロマトグラフ、グロー放電源、又は誘導性結合プラズマ源等の数個の供給源の内の任意の１個を使用して、直交あるいは軸上飛行管構成を含むが、これに限定はされない、飛行時間質量分析計１２を備えている。例示だけの目的で、供給源１４は、資料室１５の一方の端に、飛行管１６と直交して配置されている。飛行管１６の一端に配置された検出器又は変換器４２について、以下にさらに詳しく説明する。検出器４２は、線２４経由でアナログ出力を、データ収集システム２０に供給し、そのシステム２０は、センサ４２によって生成されたデータを記録して、処理する。さらに、データ収集システム２０は、飛行時間質量分析計１２の動作を制御するために、２３として全体的に表示されている１つ以上の線を経由して、１つ以上の出力を供給する。データ収集システム２０は、データ線あるいはバス３６を経由して、パーソナルコンピュータ又は他のインタフェース２７に、動作可能な状態で接続されている。バス又は線３６経由で、ユーザは、データ収集システム２０が従っているデータ収集及び処理手順と共に、飛行時間質量分析計１２の全ての動作パラメータを実質的に制御できる。
【００１１】
図２には、例えば、飛行時間質量分析において、時間配列検出に使用されるデータ収集システム２０のある実施例が示されている。一般に、データ収集システム２０は、４つのモジュールで構成され、それらのモジュールは、イオン検出器４２に接続されている前置増幅器４０と、下記の前置増幅器４０から線３８でアナログ入力信号を受け取るために、動作可能な状態で接続されているデータ収集モジュール（ＤＡＭ）２２と、バス２８と３０経由で、ＤＡＭ２２からのディジタル入力信号を受け取るように、動作可能な状態で接続されている信号処理モジュール（ＳＰＭ）２６と、バス１３経由でＳＰＭ２６からのディジタル出力を受け取るように、構成されている計測器制御モジュール（ＩＣＭ）３２である。計測器制御モジュール３２は、以下に詳しく述べるように、線１３経由で２２や２６等の他のモジュールと、線２３経由でシステム１０の特定のモジュールと、さらに、データバス又は線３６経由でパーソナルコンピュータ（ＰＣ）あるいは他のプロセッサと、相互接続されていることが望ましい。
【００１２】
データ収集システム２０は、飛行時間質量分析計の動作の制御及びシーケンスを行い、飛行時間質量分析計１２に対する集中時間基準として動作し、イオン検出器４２からのデータを収集し、さらに処理し、イオン検出器出力用前置増幅器のゲイン設定を制御し、一組の時間配列データを、ＰＣ又は他のプロセッサ２７に供給するように設計されている。ここで説明しているシステムが提供する主な利点は、全てのアナログ入力信号２４が、時間の関数として、各試料又は分析の過渡的データに対して、ＤＡＭ２２でディジタル信号に変換されることである。特定の瞬間又は時間間隔で収集された、関心事のディジタルデータには、以後の処理のために保存されるように、ＤＡＭ２２でラベル又はタグが付けられる。保存されないように、タグが付けられるか又は識別された（又は場合によってはラベルが付けられないか又は識別されない）ディジタル信号は、新しいデータをその廃棄データに上書きすることによって、廃棄される。タグの付けられたデータ信号は、バス２８と３０を経由して、そのデータが集計され事前処理されるＳＰＭ２６に伝送される。ＤＡＭ２２とＳＰＭ２６は、複数の専用レジスタとバスを備えているので、そのデータ信号は、低減デューティサイクルで分割されて、処理される。集計されたデータは、追加処理とＰＣ２７への伝送のために、バス１３経由でＩＣＭ３２に伝送される。システム２０を構成している各構成要素については、以下に詳述している。
【００１３】
イオン検出器４２（図１）は、飛行時間質量分析計１２内のイオンを検出して、アナログ信号を入力線２４に供給する。特に、検出器４２は、前置増幅器４０に接続された出力線２４を有する従来型イオン検出器４２である。イオン検出器４２は、マイクロチャネルプレート検出器や二次電子倍増管検出器を含めた、多数の使用可能な検出器の内の任意の１台でよい。前置増幅器４０は、下記のように、ここからの信号出力の振幅を選択的に制御するために、ゲイン制御回路１２７（図６）からの信号を受け取るためのゲイン制御入力線を有する可変減衰器、又は可変ゲイン段として動作する。前置増幅器４０の出力は、データ収集モジュール２２の入力線３８に接続されている。
【００１４】
図３は、ＤＡＭ２２の構成要素を示し、それらは、信号収集モジュール（ＳＡＭ）６０とシーケンス／保存制御モジュール（ＳＳＣＭ）６２であり、両モジュールとも、レジスタ又はメモリモジュール６４に、データと制御ビットを供給している。さらに具体的には、ＳＡＭ６０は、入力線２４（図３と図４）からデータを受け取るために、前置増幅器４０に接続されたアナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器６６とイオンカウンタ６８を備えている。好適な実施例において、Ａ／Ｄ変換器６６は、８ビット出力を有するが、最も望ましいのは、５００ＭＨｚのオーダーの周波数で動作できる１０ビット出力が可能なトラック／ホールドＡ／Ｄ変換器である。Ａ／Ｄ変換器６６も、下記でさらに明白になる理由のために、データがトグルされる２つの出力線７０と７２を備えている。図４で分かるように、一点鎖線で示した並列イオンカウンタ６８は、ディジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器８０の出力線７８に供給されるアナログしきい値又は基準信号だけではなく、入力線２４から供給されるアナログ信号を、受け取るように構成された判別増幅器７６を備えている。出力アナログ信号レベルは、信号プロセッサによって入力端子８１に供給されるディジタル入力信号によって制御される。線２４上の入力が、判別器増幅器７６に印加される出力７８のレベル以上であれば、カウンタ６９に向けて、信号が７４に出力されるが、そのカウンタは、信号しきい値が満足されたことを示すために、８２（図３の２０２及び２０６）経由でパイプライン遅延回路８４（図４）への出力を順番に生成する。そのしきい値を満足させられなかった線２４上の判別増幅器７６への各入力に対して、パイプライン遅延回路８４に向けて、ゼロが８２に出力される。しかし、ＳＳＣＭ６２からの入力線８６に印加された信号によって動作可能になったときにだけ、イオンカウンタ６９は、８２に出力する。
【００１５】
図３及び図５乃至図７に示すＳＳＣＭ６２は、飛行時間質量分析計において変調、抽出、及び偏向パルスのタイミングを制御すると共に、Ａ／Ｄ変換器６６、又はイオンカウンタ６８、あるいはその両方からのデータ収集を制御する。さらに、ＳＳＣＭ６２は、入力線１２５（図２）にゲイン制御信号を供給することにより、前置増幅器４０によって生成されるアナログ入力２４のゲインを制御する。図５で分かるように、ＳＳＣＭ６２は、それぞれＩＣＭ３２からのプログラミングデータを受け取るアドレスライン１００と結合されている保存制御メモリ９２、カウント制御メモリ９４，パルス発生器制御メモリ９６，及びゲイン制御メモリ９８を含む数個のスタティックＲＡＭモジュール９０を備えている。各メモリモジュールが、約４０００個のデータストリング（各データストリングが８ビット以上のデータビット）を保存できることが望ましい。その各メモリに保存されるデータの各ビットは、時間の２ナノ秒区分又は試料を表している。各メモリ９４、９６，および９８のそれぞれの出力１０４、１０６、及び１０８は、それぞれ関連するパラレル入力／シリアル出力の８ビットレジスタ１１２、１１４、及び１１６に接続されている。各レジスタ１１２、１１４、及び１１６は、クロックパルス線１１８から、５００ＭＨｚのタイミングパルスを受け取る。従って、各レジスタには、１６ナノ秒ごとに８ビットの情報がロードされ、そのデータは２ナノ秒ごとに各レジスタからシリアルに伝送される。レジスタ１１０の出力１２０には、８ビットワードが含まれ、以下にさらに詳しく記述されているように、その各ビットが、２００にある８台のレジスタの内の１台に送られる。これらのビットの各ビットは、保存又は廃棄信号を構成し、その信号は、保存され、さらに処理されるべきデータ、又は無視されるべきデータとして、その特定のレジスタでデータを識別する。
【００１６】
スタティックＲＡＭメモリ９０にロードされるデータは、線３６とＩＣＭ３２経由で、システム２０とインタフェースしているコンピュータ２７で、ユーザにより識別された関心事のイオンによって書き込まれる。関心事のイオンの特定の予測到達回数は、基準表によって決定され、その表は、どのデータの２ナノ秒のウィンドウが収集されるべきであるかを識別するために、使用される。関心事であり、後に処理のために保存されるデータとして、ディジタル信号を識別又はタグを付けるために、保存制御レジスタ１１０の出力１２０は、Ａ／Ｄ変換器６６の出力線７０又は７２上のデータ出力、及び下記の２００中のあるレジスタの特定の入力への、イオンカウンタ６８からの出力２０２及び２０６と、結合される。例えば、特定の８ビット長のデータが、関心事であるイオンが到着するはずの２ナノ秒のウィンドウに収集される場合、イオンカウント出力及びＡ／Ｄディジタル信号は、特定のレジスタに一時的に保存される。そのレジスタの出力は、このデータが関心事のデータであり、保存されるべきデータであるというフラグを立てるために、「１」を有している。その特定のレジスタ入力が、「偽」又はゼロの値を含んでいるデータは、保存されない。同様に、Ａ／Ｄデータを収集して、保存するために、「真」の値又は「１」は、「真」又は「１」と同時に制御レジスタ１１２から１２２のカウント制御メモリ出力の同じビット位置を占有する。レジスタ１１２の出力は、以前に略記したように、入力８６でイオンカウンタ６８を動作可能にする。
【００１７】
９４に保存された値については、Ａ／Ｄ変換器６６のパイプライン遅延を念頭に置く必要がある。そのイオンカウンタ６８のパイプライン遅延は、Ａ／Ｄ変換器６６のパイプライン遅延とも一致していることに、注意する必要がある。飛行時間質量分析計において変調、抽出、又は偏向パルスのタイミングと、前置増幅器４０に対する前置増幅ゲインとを制御するために、同様な方法で、データが、それぞれパルス及びゲイン制御レジスタ１１４と１１６から出力される。
【００１８】
ＳＳＣＭ６２（図３）は、ＳＰＭ２６にあるどのプロセッサが、そのデータの処理を担当するかを指示するプロセッサ識別モジュール１４８と共に、所与の時間間隔にわたって前置増幅器４０のゲインを制御するゲイン制御モジュール１２７（図６）を備えている。特に、ゲイン制御モジュール１２７は、上記のゲイン制御レジスタ１１６の出力線１２６からの入力を受け取るゲイン選択カウンタ１２８を備えている。出力線１２６からの入力は、ゲインメモリ１３２とコンパレータ１３４に並列に接続された１３０での出力を生成するために、ゲイン選択カウンタ１２８をトグルする。ゲインメモリ１３２は、システム２０によって収集される各データ収集ウィンドウ毎に、ゲイン情報を保有している。メモリ１３２に保存されているゲイン情報は、分析された最初から数個目までのスペクトラムによって決定される。特定のウィンドウのゲインが、データのクリッピングを引き起こしたか、又は不十分であったか、あるいは低かった場合、そのゲインを適切なレベルに設定することにより、ゲインが補償される。その修正されたゲインのレベルは、ＩＣＭ３２に接続されている線１３５経由で、ゲインメモリ１３２にプログラムされる。ゲイン選択カウンタ１２８が、トグルされる度に、１３０での出力は、ゲインメモリ１３２に、次の、又は適切なデータウィンドウに対して、新しいゲイン値を選択させる。１３６での出力、又は新しいゲイン値は、ゲイン・パイプライン・レジスタ１３８とリードバック・バッファ１４０に、並列に接続されている。前置増幅器４０に対する適切なゲイン値は、１４２に出力される。バッファ１４０で生成された１４４での出力は、診断のために線１３経由でＩＣＭ３２に、線１３５を通じて接続される。データウィンドウの数に応じた特定数のゲイン設定の終了後、ゲイン選択カウンタ１２８は、リセットされる。ウィンドウカウント１７０は、ゲイン選択カウンタ１２８での入力数に応じるために、線１３と１４５経由でＩＣＭ３２により、事前にプログラムされる。ウィンドウカウント１７０は、ゲイン選択カウンタ１２８からの出力１３０と比較される、収集されたデータウィンドウ数を表す信号を出力する。１３０での出力が１７２での出力に等しい場合、出力１４６は、ゲイン選択カウンタ１２８に、ゼロへのリセットを行わせ、カウントを再開させる。既に略記したように、ＳＰＭ２６のどのプロセッサが、システム２０によって収集されたデータの処理を担当しているかを、プロセッサ識別モジュール１４８が、識別する。さらに、モジュール１４８は、データ試料が記録されたときのゲイン設定も記録する。
【００１９】
多くの高速Ａ／Ｄ変換器は、「パイプライン」として知られている技術を使用している。この技術において、Ａ／Ｄ変換器６６は、ある時間間隔、例えば、２ナノ秒毎に試料を取り込む。しかし特定の試料が、Ａ／Ｄ変換器６６から出力される時間が、３０ナノ秒程度であるが、蒸散する場合があり、また、出力時のゲインが異なる場合もある。適切なゲイン設定と、正規のデータ試料とが確実に組み合わされるために、入力線１２６とクロックパルス線１１８に接続されているパイプライン遅延部８４は、そのＡ／Ｄ変換器６６の固有値をその中に保存している。パイプライン遅延部の出力線１４９は、保存ゲイン／プロセッサ識別（ＰＩＤ）カウンタ１５０に接続され、そのカウンタ１５０は、出力線１４９にトグルされると、保存ゲイン／ＰＩＤメモリ１５４が受け取る出力１５２を生成する。保存ゲイン／ＰＩＤメモリ１５４は、上記のゲインメモリ１３２の内容と同じ情報を含んでいるが、保存ゲイン／ＰＩＤパイプライン・レジスタ１６０に接続されているその出力１５８は、Ａ／Ｄ変換器６６の固有ステッピング・インデックス又は遅延によって、１４２上の前置増幅器に設定されたゲイン変化から遅延させられる。１５８上の出力は、そのデータ試料を受け取って、さらに処理をするＳＰＭ２６の中の特定のプロセッサも、識別する。ゲイン情報に付加されて、メモリ１５８から出力されるＰＩＤタグも、ＳＰＭ内のプロセッサ数と、タグを付加され、保存され、さらに処理されるデータ試料数に応じるＩＣＭ３２でのプログラミングによって、事前に割り当てられる。現在、本発明の好適な実施例により、コンピュータカードが、ＰＣに簡単に取り付けられるのと同じように、ユーザは、記述された数のプロセッサに、スナップ嵌めすることができる。その信号のディジタルデータと共に、イオンカウントビット、保存／廃棄ビット、ゲイン情報、及びＰＩＤ指示子が、収集された各試料のデータストリームに追加される。
【００２０】
また、ＳＳＣＭ６２の一部、さらに具体的には、パルス発生器制御メモリ９６とレジスタ１１４の一部を構成するのは、飛行時間質量分析計のサイクルタイム又は期間を制御、あるいは調節するように構成された飛行時間質量分析計用期間カウンタモジュール１８０（図７）である。特に、１２ビットであることが望ましいカウンタ１８２は、下記のクロック発生回路からのパルスクロック入力、又はＰＣＬＫを受け取る。カウンタ１８２の出力線１８４は、コンパレータ１９０と、下記のスタティックＲＡＭモジュール９０の各モジュールに、収集及び保存制御アドレスを提供する配線１００とに、接続されている。各クロックパルスＰＣＬＫがカウンタ１８２をトグルするので、１８４での出力は、メモリ９２、９４、９６、及び９８に対して、１つずつ増加され、その結果、１６ナノ秒毎にそれぞれに、各位置から８ビットワードを出力させる。しかし、飛行時間質量分析計が、２０ミリ秒の期間を持つことが望ましい場合には、カウンタ１８２は、２０ミリ秒の期間を満たすために、最大１２５０カウントまでカウントし、各カウントに対して、総計で１０，０００ビットに対するスタティックＲＡＭ９０の各メモリの８ビット位置を特定する。各ビット位置は、時間の２ナノ秒区分に対応しているので、その総合計時間は、２０ミリ秒を構成する。カウンタ１８２は、コンパレータ１９０に接続されている出力端子を持つ、終了レジスタ１８６に保存されている値によって、リセットされる。そのカウントと終了カウントが同一になったら、コンパレータの出力１９２は、カウンタ１８２をリセットする。
【００２１】
再度、図３を参照すると、システム２０は、Ａ／Ｄ変換器６６及びイオンカウンタ６８によってディジタル化されたデータの全てと、ＳＳＣＭ６２によって提供され、そのデータに付随しているラベルデータを受け取るように構成された、メモリモジュール６４を備えている。特に、図３及び図８乃至図１０を参照すると、メモリモジュール６４は、エミッタ結合ロジック／トランジスタトランジスタロジック（ＥＣＬ／ＴＴＬ）であることが望ましい、複数のレジスタ２００を備えている。図８で分かるように、８個のレジスタ２００が使用され、それぞれＲＥＧ０からＲＥＧ７と命名され、さらに並列に配置されていることが望ましい。ＲＥＧ０からＲＥＧ７迄のレジスタは、Ａ／Ｄ変換器６６の出力７０及び７２，イオンカウンタ６８の出力２０２と２０６、及びレジスタ１１０と１６０（図５）の出力１２０と１６４に接続されている。これらの出力は、保存／廃棄ビット１１０、１０ビットのＡ／Ｄ信号７０と７２、イオンカウントビット２０２と２０６、４ビットのゲイン信号１６４、及び下記の２ビットのＰＩＤ信号１６４を供給する。
【００２２】
メモリモジュールのデューティサイクルを削減して、飛行時間質量分析計の期間を増加するために、Ａ／Ｄ変換器６６とイオンカウンタ６８からのデータが、多数のレジスタ間で分割され、並列に処理される場合に、本発明の目的が達成されることが判明した。つまり、出力２０２として図３に図示されているイオンカウンタ６８からの偶数出力と共に、Ａ／Ｄ変換器６６の出力７０を、ＲＥＧ０、ＲＥＧ２、ＲＥＧ４、及びＲＥＧ６（図８）と命名されている偶数レジスタに接続されているバス２０４に、接続することが望ましい。また、このバスと、偶数レジスタの適切な入力に接続されているのは、保存／廃棄ビット、ゲインビット、及びＰＩＤビットを含んでいるシーケンス／保存制御データである。同様に、Ａ／Ｄ変換器６６の出力７２、イオンカウンタ６８の出力２０６、及び関連するシーケンス／保存制御データを含む奇数出力は、ＲＥＧ１、ＲＥＧ３、ＲＥＧ５、及びＲＥＧ７と命名されている奇数レジスタに内部接続されたバス２０８に、接続されている。さらに、レジスタ２００の各レジスタは、専用のレジスタ出力、つまり、ｎをレジスタ番号として、ＲＥＧＣＬＫｎと一般化して命名されている出力に接続されている。以前に略記されているように、８個のレジスタ２００の１個に１つのデータ試料を保存すると、動作帯域幅要件を、レジスタ当たり５００ＭＨｚから６２．５ＭＨｚに削減できる。この点で、ＴＴＬロジック部品のさらに大きい利用度を考慮して、信号の特性をＥＣＬからＴＴＬに変更することも望ましい。ＥＣＬロジックが全体的に使用されることも考えられるが、その動作を実現するために、ある種の部品をカスタム化することが必要になる場合がある。
【００２３】
レジスタ２００の出力に連結されているのは、ＴＴＬロジックＦＩＦＯメモリ２１０であり、各メモリは、レジスタＲＥＧ０からＲＥＧ７（図９及び図１０）に、それぞれ占有されている。この件の説明のために、特定のレジスタ２１０が、名称ＦＩＦＯｎと命名され、ここで、ｎは、ＦＩＦＯアドレスを表し、上記の８個のレジスタの１個に対応しているものとする。各ＦＩＦＯｎは、参照番号２１２として一般的に表示されている専用ハードウェアバス又はデータ線経由で、そのレジスタＲＥＧｎの出力を受け取る。各ＦＩＦＯｎメモリは、２５６アドレス位置を有する１８ビットレジスタを、備えていることが望ましい。各ＦＩＦＯｎが、データを受け取り始めると、各ＦＩＦＯｎからのデータが、ＦＩＦＯアドレスに応じて、それぞれ偶数及び奇数バス２１４及び２１６上に、逐次的に読み出される。レジスタ２１８と２２０は、偶数及び奇数ＦＩＦＯｎの出力２２２と２２４を、それぞれ、出力線２２６と２２８経由で、偶数及び奇数データバス２１４と２１６に連結する。
【００２４】
ＦＩＦＯｎから偶数及び奇数バス２１４及び２１６へのデータの伝送は、図３でメモリモジュール６４の上に示されている自律有限状態機械（ＦＳＭ）２４０によって制御される。ＦＳＭ２４０は、ＦＩＦＯｎのデータの存在を検出し、そのデータが、データバス２１４と２１６に読み出されるようにする。データが、全てのＦＩＦＯレジスタ２１０に存在する場合は、ＦＭＳ２４０は、偶数及び奇数ＦＩＦＯから、同時にデータを読み出す。偶数及び奇数ＦＩＦＯの各グループに対しては、データは、各ＦＩＦＯから、逐次的に読み出される。例えば、ＦＩＦＯ０の位置０、ＦＩＦＯ２の位置０、ＦＩＦＯ４の位置０等の順序である。同時に、ＦＳＭ２４０は、奇数ＦＩＦＯからも、逐次的にデータを読む；例えば、ＦＩＦＯ１の位置０、ＦＩＦＯ３の位置０、ＦＩＦＯ５の位置０等の順序である。このデータは、偶数ＦＩＦＯからのデータと同時的に並行して、データバス２１６上に出力される。
【００２５】
システム２０内で発生する全ての動作のタイミングは、ＳＳＣＭ６２で生成されるクロックパルスに基づいている。特に、ＳＳＣＭ６２は、所定の周波数（図１３及び図１４参照）で動作する発振器２５２を有するクロックモジュール２５０を備えている。好適な実施例において、発振器２５２は、種々の構成要素向けに、２５４で５００ＭＨｚ信号出力を生成する。２５４での５００ＭＨｚ信号出力は、配線１１８を経由して、カウンタ１２２、パルス発生器１２４、及びゲイン制御レジスタ１２６と共に、Ａ／Ｄ変換器６６（図４）及びパイプライン遅延レジスタ８４（図５）に接続されている。さらに、出力２５４は、同じ周波数で動作するジョンソン・カウンタ２５６と、分周器２５８に並列に接続されている。分周器２５８は、クロックパルスの１／８に等しい２６０での出力パルスか又は６２．５ＭＨｚを生成する。出力２６０は、さらにクロック発生回路２６２に接続されている。それぞれのカウンタ２５６と２６２に対する、２６４及び２６６という一般名が付けられた出力は、適切なクロックパルスを、ＤＡＭ２２内の適切な素子に供給する。
【００２６】
図１を参照すると、ＤＡＭ２２からのデータを受け取るために動作可能な状態で接続されているＳＰＭ２６は、そのデータの初期処理を行って、バス１３経由でＩＣＭ３２に、そのデータを出力する。さらに具体的には、図１２により、ＳＰＭ２６は、ディジタル信号プロセッサ及び累算器カード（ＤＳＰＡｓ）と一般名が付けられている１台以上のプロセッサを備えている。ある種の動作では、１台のＤＳＰＡ２７０で十分であることが考えられるが、１台以上のＤＳＰＡが望ましく、さらに、上記のＰＩＤモジュール１４８によって、各ディジタル信号に割り当てられたディジタルアドレスに応じて、ＤＳＰＡ０、ＤＳＰＡ１、ＤＳＰＡ２、及びＤＳＰＡ３として、それぞれアドレス可能な４枚のカードが使用されることが望ましい。しかし、この説明と明瞭さのために、１台（枚）だけのＤＳＰＡが示されている。
【００２７】
各ＤＳＰＡは、Ａ／Ｄ変換器６６からのデータの第１段の処理を担当する。各データワード又は信号は、対応するＤＳＰＡに伝送されると、２７６に出力される前に、その偶数又は奇数の入力ＦＩＦＯ２７４のどちらかによって受け取られる。２７６でのデータ出力は、Ａ／Ｄゲインデータとイオンカウンタ・ゲインデータに分割される。その２つのディジタル信号は、それ自体のタグ又はラベルを維持している各部分と共に、出力２８０に沿った別々の経路に送られる。イオンカウンタ６８のデータが、下記の特定のパラメータを満足しない場合に、Ａ／Ｄ変換器６６からのデータが使用される。これは、イオンカウンタ６８からの無効なデータの使用を、防ぐためである。イオン数／秒の数値が十分に低かったため、１個以上のイオンが、同時に検出器に衝突する可能性が低かったことを検証することによって、マイクロプロセッサ３０６で動作しているソフトウェアは、イオンカウンタのデータが、正規であるか否かを判定する。これにより、イオンカウンタが飽和していなかったことが確認される。
【００２８】
本発明の好適な実施例において、Ａ／Ｄ変換器６６からのデータは、ゲイン値を使用して、２８２で調整される。そのデータのジャスティフィケーションにより、全ての試料が同一の基準で確実に等価される。ジャスティフィケーションは、そのデータが、参照表２８６を通過して、２８４での出力の後に、行われることが望ましい。Ａ／Ｄ変換器６６からの調整済みデータは、２８８でディジタル判別部２９０に出力され、そのデータは、プログラムされたしきい値と比較される。そのデータ値がしきい値より小さい場合、そのデータは廃棄される。その調整済みの値が、しきい値以上であれば、そのデータは、ＤＳＰＡの累算部２９４に向けて２９２で出力される。ＤＳＰＡの累算部は、出力２９２からの調整済みの値を受け取る加算器２９６を備えている。加算器２９６は、データ転送毎にインデックスされ、その調整済みの値は、３００経由で加算器２９６に出力される、スタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）２９８のこの位置に保存されている以前の値と、加算される。加算結果は、ＳＲＡＭ２９８に保存される。このように、多数のスペクトラムから収集された所与の検体の試料が、総合計される。この処理は、加算結果が、あふれ状態を引き起こすか、又は、十分な数の試料が収集されるまで、継続される。その「十分な数の試料」とは、オペレータによって設定される特定のプログラムパラメータによって、決定される。
【００２９】
その累算部があふれそうになるか、又は命令によって、累算部２９４からのデータが出力されるとき、そのデータは、インタフェースモジュール３１０に接続されているバス３０２に向けて、３００で出力される。累算部インタフェース３１０の目的は、ＤＳＰＡカード上のマイクロプロセッサに、累算結果を伝送することである。この機能により、ＤＡＭ２２からの入力データが失われることなく、その伝送が実施される。ある種の累算器には、その結果を伝送するために、「不動作時間」が必要である。このために、その累算器が結果を伝送している間に、数個の試料を失うことになる。いったんそのデータが、プロセッサ３０６に伝送されると、プロセッサ３０６が実行中のソフトウェアは、累算処理を継続する。さらに、このソフトウェアは、Ａ／Ｄデータとイオンカウンタ・データを検査し、上記のように、どちらが有効であるかを判定する。その累算器からのデータが、最初の試料である場合、ＤＳＰＡで動作中のソフトウェアは、使用されるゲイン設定を決定し、さらにこの情報をＩＣＭに渡す。次に、このデータは廃棄される。そのゲイン設定が既に決定されていると、その累算器からのデータは、ＤＳＰＡによって以前に収集されていたデータに、加算される。このデータは、時間順を維持するように合計される。いったんＤＳＰが、必要なデータを全て収集すると、そのデータは、バス１３経由でＩＣＭに伝送される。
【００３０】
ＤＳＰＡ２７０は、さらに、バス３０２とマイクロプロセッサ３０６に動作可能な状態で接続されている、リードオンリーの不揮発性メモリ（ＲＯＭ）モジュール３０４も備えている。マイクロプロセッサ３０６は、その中に保存されているプログラムに応じて、ＤＳＰＡ２７０と、ＲＯＭ３０４に応答指令信号を送る。マイクロプロセッサ３０６により収集されたデータは、バス３０２にも接続されている第２のＳＲＡＭ３０８に保存される。バス３０２は、両者ともデータ伝送を可能にしている累算器メモリインタフェース・モジュール３１０と、バスインタフェース３１２を経由して、累算器回路と、動作可能な状態で接続されるか、そうでない場合は、通信を行う。次に、バスインタフェース３１２は、インタフェース３１２経由で、マイクロプロセッサ３０６と双方向通信を可能にする回線３１８経由で、ＶＭＥバス等のバスインタフェースモジュール３１４と、共有メモリ３１６とに接続されている。また、バスインタフェース３１４は、従来の方法で、回線３２０経由で、ＶＭＥバス１３に、双方向通信状態で接続されている。ＶＭＥバス３１３は、ＩＣＭ３２に動作可能な状態で接続され、そのＩＣＭは、本発明の実施例であるデータ収集システムを構成している種々のモジュールやシステムに、プログラミング指令や命令を与える。
【００３１】
ＩＣＭ３２（図１３）は、全てのデータ収集パラメータの設定を担当する。多くのパラメータは、それに接続されているＰＣ内のプログラムに指令される。前置増幅器４０のゲイン設定等の、それ以外のパラメータは、各分析の初めに、最初から数個までの試料が収集された後に、ＩＣＭ３２により確定される。収集システムの設定後に、ＩＣＭ３２は、分析を開始し、前置増幅器のゲイン設定の決定を監督し、ＤＳＰＡカードにデータの処理と保存の開始を命令し、ＤＳＰＡからデータを収集し、さらにそのデータの最終処理を実施する。要求があれば、そのデータをＰＣに送る。さらに、上記のタスクと同時に、ＩＣＭ３２は飛行時間質量分析計の全体的な動作を検分する責任もある。これらの機能は、本発明の出願人に譲渡された同時係属出願で、説明されている。
【００３２】
ＩＣＭ３２は、図２に示すように、ＶＭＥバス１３経由で、ＤＳＰＡ２７０とＤＡＭ２２とにインタフェースしている。これにより、ＩＣＭ３２が、診断の目的でＤＳＰＡ２７０とＤＡＭ２２を検査し、データ収集のためにこれらの構成要素を組み合わせ、さらにデータ収集の終了後に、これらのモジュールから結果を収集することができる。また、ＶＭＥバスインタフェース１３は、ＤＳＰＡ２７０によるＩＣＭ３２上の共有メモリ３１０Ａへのアクセスを可能にする。共有メモリ３１０Ａは、４から２５６メガバイトの間の容量を持つダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ３４Ａへのアクセスを制御するダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ・コントローラ３１２Ａも備えている。さらに、ＶＭＥインタフェース３１１は、ＶＭＥバスインタフェース３１１の一組の専用レジスタ経由で、ＤＳＰＡ２７０とのプロセッサ間通信を可能にする。また、ＶＭＥインタフェース３１１と動作可能な状態で接続されているのは、バス３６経由で、ＰＣ２７（図１）に、ＩＣＭ３２により収集された結果を伝送するために備えられた、ＤＭＡ及びデータ変換器３１６Ａである。この専用ハードウェアは、共有メモリブロック３１０Ａから、自律的にデータを読み出し、ディジタル信号プロセッサ形式からパーソナル・コンピュータ形式に、データの特定個所を変換し、さらにそれをＨＳＬブロック３１８Ａに送る。次に、ＨＳＬ３１８Ａは、ＰＣ２７にその結果を送信するために、独占的な高速シリアル・インタフェース３６を使用する。また、ＩＣＭ３２は、ＤＳＰインタフェース３２２経由でＶＭＥバスインタフェース３１１に、バス３２１経由で動作可能な状態で接続されている、ディジタル信号プロセッサ３２０を備えている。さらに、バス３２１に動作可能な状態で接続されているのは、フラッシュメモリ３２４とスタティックＲＡＭ３２３であり、これらのＲＡＭは、ＤＳＰ３２０用のプログラム及びデータの記憶域となる。フラッシュメモリ３２４は、電気的にプログラム及び消去され、ＤＳＰ３２０にプログラム情報を供給する、０．５メガバイト程度の記憶容量を有している、ファームウェアであることが望ましい。スタティックＲＡＭ３２３は、フラッシュメモリ３２４からダウンロードした追加の動作ソフトウェアを保存するだけでなく、ＤＳＰとの間の送受データに対するバッファスペースも提供する。
【００３３】
８ビットの入出力（Ｉ／Ｏ）バス３２６に並列に接続されているのは、定数を保存するための不揮発性ＲＡＭ３２８と、図１に示すように、飛行時間質量分析計用の供給源１４からの信号の授受に使用されるＲＳ−２３２Ｃトランシーバに、動作可能な状態で接続されている二重汎用非同期トランシーバ３３０である。また、バス３２６に接続されているのは、図１に示されている上記の線又はバス２３経由で、飛行時間質量分析計の他の全てのモジュールと通信するように構成された、ＮＩインタフェース３３２である。さらに、バス３２６に接続されているのは、パリティチェック中に発生したデータ、及びシステムの動作中のエラ−情報を、保持するために備えられた制御／状態レジスタである。８ビットＩ／Ｏバス３２６は、バス３２１へのローカルＩ／Ｏポート３３６と接続されているので、データは、ＤＳＰ３２０、共有メモリ３１０、及びＩＣＭ３２の他のメモリ構成要素との間で交換され得ることに、注意する必要がある。また、８ビットＩ／Ｏバス３２６は、不揮発性ＲＡＭ３２８、二重汎用非同期トランシーバ３３０、及びＮＩ３３２の間のデータの直接伝送を可能にするために、バス３３８経由で、ＨＳＬ３１８にも動作可能な状態で接続されていることに、注意する必要がある。
【００３４】
動作に関して、図１４及び図１５を参照すると、記録されて、収集される特定のデータパラメータは、ＰＣからＩＣＭ３２に出力されるソフトウェア指令によって、データ収集システム２０に事前にプログラムされ、ＩＣＭ３２は、これらの指令を、システム２０を構成している対応構成要素又はモジュールに、順番に、伝送する。飛行時間質量分析計に加速して投下され、検出器４２に受け取られる最初の数個の過渡的イオンパルスの受け取りの際、そこから生成されるアナログ信号のゲインは、ゲイン制御モジュール１２７（図７）により、自動的に調節されて、ゲイン制御メモリ９８に保存される。つまり、そのゲインは、特定の範囲又はしきい値を満足させるために、実質的に自律的調節を行う。
【００３５】
プログラムされたしきい値とゲイン制御モジュール１２７により決定されたゲインの自己較正に続いて、検出器４２により生成された各アナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器６６でディジタル信号に、又はイオンカウンタ６８（図４）でイオンカウント信号あるいはその両方に変換される。既に略記したように、イオンカウント信号は、判別器７６と基準８０によって決定されたように、登録されるだけの十分な強度が必要である。二つの信号、Ａ／Ｄ信号及びイオンカウント信号は、ディジタル収集モジュール２２に渡され、モジュール２２において、それらの信号は、１個以上の特定の２ナノ秒の時間ウィンドウに発生するディジタルデータとして、識別され、タグを付けられ、又はラベルを付けられる。各２ナノ秒のウィンドウは、５００ＭＨｚクロックパルスの１サイクルで計算される（図１４参照）。
【００３６】
各２ナノ秒サイクル発生に関して、時間線ＤＡＴＡ＿ＡとＤＡＴＡ＿Ｂ上に識別されている交互になった有効ボックスによって示されるように、Ａ／Ｄ変換器６６は、２５０ＭＨｚの周波数で、バス７０と７２上に交互データ出力の向きを転換する。ＳＳＣＭ６２により設けられた保存／制御ビットだけでなく、Ａ／Ｄ変換器６６とイオンカウンタ６８からのデータ出力は、特定のレジスタＲＥＧｎ（図８）の動作により指令されたレジスタ上に、一時的に保存される。好適な数のレジスタＲＥＧｎに関して、ｎが８であることが望ましいが、１６ナノ秒の時間間隔後に、全レジスタが充足される。レジスタＲＥＧｎにおいては、データは、特性の変更を受けるが、それは、ＥＣＬ信号（高レベルは−０．８Ｖで、低レベルは−１．６Ｖ）から、本質的に、データ信号における増幅とシフトに等しいＴＴＬ信号（高レベルは２．５Ｖで、低レベルは０．０Ｖ）に変更されることが望ましい。全レジスタＲＥＧｎが、いったん充足されると、データは、専用バス２１２経由で、それぞれのＦＩＦＯｎに並列に伝送される。ＦＩＦＯｎにデータを保存して、それをＳＰＭ２６に渡すか、又は次のサイクルでＲＥＧｎに上書きされることを許すことによって、そのデータを廃棄するように、保存／廃棄ビット又はラベルが発行されたのは、この点にある。その保存／廃棄ビットｎは、ＦＩＦＯｎの「書き込み許可」に直接的に接続されているので、所与のデータ試料の保存を直接的に制御できる。
【００３７】
並列バス２１４と２１６に向かう偶数と奇数の番号を付けられたＦＩＦＯから、ＤＡＭ２６のＳＳＣＭ６２により、データパッケージに割り当てられたアドレス又はＰＩＤによって指令されたＤＳＰＡ２７０の所定の１台に対して、ＦＩＦＯ２１０からのデータ出力が、並列に出力される。この処理は、実質的にＦＳＭ２４０に制御され、ＦＭＳ２４０は、連続的にデータ入力を各ＦＩＦＯに読み込み、さらにＳＰＭ２６への送信のために、ＦＩＦＯから読み出されるデータを指示する。各ＤＳＰＡは、ジャスティフィケーションと呼ぶ、データを基本ゲイン値に調整することを含めて、データを前処理し、さらに合計することもある。次に、そのデータは、保存されて、指令の通りにＩＣＭ３２に出力され、また、動作させられ、制御されているソフトウェアに関連付けられる。ＩＣＭに出力後、そのデータは、ＰＣに伝送される。
【００３８】
上記のデータ収集システム２０は、ＩＣＭ３２及びＤＳＰＡ２７０に多重マイクロプロセッサ、又は多重ディジタル信号プロセッサを有していた。多重ディジタル信号プロセッサは、ソフトウェア・セマフォにアクセスするために使用される不可分のリード−モディファイ−ライト動作に対するハードウェア・サポートを提供する。これらのソフトウェア・セマフォは、共有ハードウェアやソフトウェアへの排他的アクセスを保証するために使用される。例えば、ＤＳＰＡカード２７０上のディジタル信号プロセッサ３０６は、累算器部２７１と２７２から伝送されたデータを、同時的に処理し、その間、同じ部分がデータの累算処理を継続する。同時に、ディジタル信号プロセッサ３２０とＩＣＭ３２（図１３）は、そのデータを処理して、ＰＣとインタフェースするが、ＤＭＡとデータ変換部３１６によって制御されているＨＳＬ３１８及び３６経由で送信する前に、共有メモリ３１０に保存されたデータを、時には変換することもある。
【００３９】
【発明の効果】
本発明を実施しているデータ収集システム及び方法によって提供されるか、又はその使用の結果得られる利点は、従来技術の約２倍の速度で、データを収集し、処理を行う能力を備えていることである。また、分解能は、従来のものよりさらに短い時間間隔で、より大きな区画のデータを収集する結果として、顕著に改善されている。これにより、従来よりさらに鮮明で、さらに明確なデータの集合となり、その結果、以前には検出できなかった部類の質量電荷比を持つイオン試料間の判別が、可能となった。さらに、本発明を実施しているデータ収集システム及び方法は、全てのデータがディジタル化されて、一時的に保存されているので、関心事である全ての特定データが、確実に収集されるという利点も提供する。このように、関心事であるイオンが既に部分的に検出された後に、システム、又はディジタル化回路を立ち上げることにより、データは失われない。
【００４０】
上記の説明は、好適な実施例の説明のみが考慮されている。本発明の変更は、当業者及び本発明を制作して使用する人々には容易である。従って、図示され、記述された実施例は、単に説明のためであり、本発明の範囲を制限する意図はなく、本発明の範囲は、「特許請求の範囲」によって規定されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である飛行時間質量分析計を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例であるデータ収集システムの主要構成要素を、一般的に示すブロック図である。
【図３】図２に示すデータ収集モジュールの詳細なブロック形式の電気回路図である。
【図４】本発明のシステムに採用されている信号収集回路のブロック形式の電気回路図である。
【図５】図２に示すデータ収集システムに採用されているシーケンス／メモリ時間基準回路を、一般的に示すブロック形式の電気回路図である。
【図６】シーケンス／メモリ時間基準回路に採用されている前置増幅器ゲイン調節／プロセッサ識別回路を、一般的に示すブロック形式の電気回路図である。
【図７】シーケンス／メモリ時間基準回路に採用されている飛行時間質量分析計用周期カウンタを、一般的に示すブロック形式の電気回路図である。
【図８】本発明に採用されているメモリ回路を、一般的に示すブロック図である。
【図９】本発明に採用されているメモリ回路を、一般的に示すブロック図である。
【図１０】本発明に採用されているメモリ回路を、一般的に示すブロック図である。
【図１１】シーケンス／メモリ時間基準回路に採用されているクロックパルス発生回路を、一般的に示すブロック形式の電気回路図である。
【図１２】図２に示すデータ収集システムに採用されているディジタル信号処理／累算回路を、一般的に示すブロック形式の電気回路図である。
【図１３】計測器制御モジュール回路を示すブロック形式の電気回路図である。
【図１４】好適な実施例のタイミングチャートである。
【図１５】図４に示す信号収集回路のゲインを制御するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
１３    ＶＭＥバスインタフェース
２０    データ収集システム
２２    ディジタル収集モジュール
２３    バス
２４    アナログ入力線
２６    信号処理モジュール
２８    バス
３０    バス
３２    計測器制御モジュール
３６    バス又は回線
３８    入力線
４０    前置増幅器
１２５  入力線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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