解調器25之間、另一端接地。
[0055] 如圖2所示，所述調制解調信號發(fā)生器24用于產生磁通調制信號和磁通解調信號。 [0056]具體地，所述調制解調信號發(fā)生器24分別產生磁通調制信號及與之所述磁通調制 信號向對應的磁通解調信號。在本實施例中，所述磁通調制信號為占空比為50%的方波信 號，以此使工作點在第一工作點及第二工作點之間跳變，其中第一工作點及第二工作點的 變化趨勢相反。
[0057] 如圖2所示，所述解調器25與所述高通濾波器23及所述調制解調信號發(fā)生器24相 連，根據(jù)所述磁通解調信號24對所述高通濾波器23的輸出信號進行解調。
[0058]如圖2所示，所述積分器26與所述解調器25相連，對所述解調器25的輸出信號進行 積分，并輸出與所述被測磁通信號成比例的響應電壓信號Vf。
[0059] 如圖2所示，所述反饋模塊27與所述積分器26及所述調制解調信號發(fā)生器24相連， 將所述響應電壓信號Vf通過所述磁通調制信號調制后反饋至所述SQUID器件21，以此鎖定 工作點。
[0060] 具體地，所述反饋模塊27包括反饋電阻Rf及反饋線圈Lf，所述反饋電阻Rf的一端 連接所述積分器26的輸出端，另一端連接所述反饋線圈Lf，所述反饋線圈Lf的另一端接地， 所述反饋電阻Rf及所述反饋線圈Lf之間連接所述磁通調制信號。所述響應電壓信號Vf及所 述磁通調制信號分別通過所述反饋電阻Rf及第二電阻R2產生反饋電流，反饋電流通過所述 反饋線圈Lf與所述SQUID器件21產生互感Mf，所述互感Mf抵消所述被測磁通信號，使得整個 負反饋回路穩(wěn)定，工作點被鎖定。
[0061 ] 如圖2~圖4所示，上述直讀式磁通調制讀出電路2的工作原理如下：
[0062]通過磁通調制信號將SQUID器件的工作點設定在第一工作點及第二工作點之間跳 躍，所述第一工作點及所述第二工作點的變化趨勢相反，將檢測到的被測磁通信號轉化為 相應的電信號，對該電信號放大后進行高通濾波以濾除低頻噪聲，并隔離直流量，然后經解 調、積分后反饋回所述SQUID器件，形成SQUID磁通鎖定環(huán)路以此鎖定工作點。
[0063]具體地，如圖4所示，所述磁通調制信號為占空比為50%的方波信號，其高電平與 低電平的幅值相反，受所述磁通調制信號的調制，所述SQUID器件的工作點在第一工作點W+ 及第二工作點W-這兩個工作點之間跳躍。將SQUID器件21檢測到的被測磁通信號轉化為相 應的電信號，所述前置放大器22對該電信號放大。然后通過所述高通濾波器23將所述前置 放大器22輸出信號中的低頻噪聲濾除，并隔離直流量。然后經所述解調器25對所述高通濾 波器23輸出的信號進行解調。再藉由所述積分器26對所述解調器25輸出的信號進行積分。 通過反饋模塊27將信號反饋回所述SQUID器件21，形成SQUID磁通鎖定環(huán)路以此鎖定工作 點。當所述直讀式磁通調制讀出電路2處于鎖定狀態(tài)下時，被測磁通信號的微小變化會導致 SQUID工作點發(fā)生微小的變動，圖4所示，而當SQUID分別工作于兩個不同的工作點（第一工 作點W+及第二工作點W-)時，且這兩個工作點的變化趨勢相反時，這種微小的變動正好相互 抵消。在本實施例中，所述第一工作點W+的變化趨勢向上，所述第二工作點W-的變化趨勢向 下。為了確保所述第一工作點W+及所述所述第二工作點W-變化的斜率相同，所述第一工作 點W+與所述第二工作點W-在SQUID磁通-電壓特性曲線上相差半個周期；更具體地，在本實 施例中，所述第一工作點W+及所述第二工作點W-位于波峰和波谷的中間點。
[0064]如上所述，本發(fā)明的直讀式磁通調制讀出電路及方法，具有以下有益效果：
[0065] 1、SQUID器件與讀出電路直接連接實現(xiàn)了磁通調制，噪聲抑制更優(yōu)越;調制頻率選 擇更寬，有利于信噪比提升;克服了傳統(tǒng)磁通調制電路變壓器的負載效應，SQUID磁通電壓 曲線無衰減。
[0066] 2、在前置放大器輸出后引入高通濾波器，保證信號通過的同時，隔離了前置放大 器的輸出偏置電壓和低頻噪聲。
[0067] 3、避免了變壓器的使用，可選擇的磁通調制頻率范圍更寬，針對低頻信號的采集， 可以采用更低的調制頻率，避免切換暫態(tài)效應對磁通調制的影響;避免變壓器存在的熱噪 聲問題。
[0068] 4、SQUID器件與前置放大器匹配，克服了傳統(tǒng)磁通調制電路中SQUID與變壓器匹配 存在的帶寬限制問題，高次諧波分量無損失，SQUID磁通-電壓曲線失真更小。
[0069] 綜上所述，本發(fā)明提供一種直讀式磁通調制讀出電路，包括:檢測被測磁通信號的 SQUID器件;對SQUID器件的輸出信號進行放大的前置放大器;濾除直流量和低頻噪聲的高 通濾波器;產生磁通調制信號和磁通解調信號的調制解調信號發(fā)生器;根據(jù)磁通解調信號 對高通濾波器的輸出信號進行解調的解調器;對解調器的輸出信號進行積分，產生響應電 壓信號的積分器；以及將響應電壓信號通過磁通調制信號調制后反饋至SQUID器件的反饋 模塊。通過磁通調制信號將SQUID器件的工作點設定在第一工作點及第二工作點之間跳躍， 所述第一工作點及所述第二工作點的變化趨勢相反，將檢測到的被測磁通信號轉化為相應 的電信號，對該電信號放大后進行高通濾波以濾除低頻噪聲，并隔離直流量，然后經解調、 積分后反饋回所述SQUID器件，形成SQUID磁通鎖定環(huán)路以此鎖定工作點。本發(fā)明的直讀式 磁通調制讀出電路及方法通過高通濾波器實現(xiàn)了對前置放大器低頻噪聲和輸出直流偏置 的隔離。并且通過調整器件參數(shù)，可以實現(xiàn)SQUID和前置放大器的噪聲和阻抗的良好匹配。 本發(fā)明的直讀式磁通調制讀出電路及方法相較于傳統(tǒng)磁通調制電路及方法避開了變壓器 的使用，實現(xiàn)磁通調制對低頻噪聲的抑制。由于前置放大器為高輸入阻抗，SQUID磁通-電壓 轉換系數(shù)不會因負載效應而降低;前置放大器帶寬較寬，不會對SQUID磁通電壓曲線產生高 次諧波失真；同時也避免了變壓器的熱噪聲問題?？傮w而言，本發(fā)明的直讀式磁通調制讀出 電路及方法完全解決了傳統(tǒng)磁通調制電路中變壓器引入的負面因素，同時電路結構更簡 單，實用性更強。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術中的種種缺點而具高度產業(yè)利用價值。
[0070] 上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟 悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因 此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完 成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權利要求所涵蓋。
【主權項】
1. 一種直讀式磁通調制讀出電路，其特征在于，所述直讀式磁通調制讀出電路至少包 括： SQUID器件，用于檢測被測磁通信號并轉化為相應的電信號輸出； 前置放大器，與所述SQUID器件相連，對所述SQUID器件輸出的電信號進行放大； 高通濾波器，與所述前置放大器相連，用于濾除所述前置放大器輸出的直流量和低頻 噪聲； 調制解調信號發(fā)生器，用于產生磁通調制信號和磁通解調信號； 解調器，與所述高通濾波器及所述調制解調信號發(fā)生器相連，根據(jù)所述磁通解調信號 對所述高通濾波器的輸出信號進行解調； 積分器，與所述解調器相連，對所述解調器的輸出信號進行積分，并輸出與所述被測磁 通信號成比例的響應電壓信號； 反饋模塊，與所述積分器及所述調制解調信號發(fā)生器相連，將所述響應電壓信號通過 所述磁通調制信號調制后反饋至所述SQUID器件，以此鎖定工作點。2. 根據(jù)權利要求1所述的直讀式磁通調制讀出電路，其特征在于:所述高通濾波器包括 連接于所述前置放大器和所述解調器之間的電容，以及一端連接于所述電容輸出端、另一 端接地的電阻。3. 根據(jù)權利要求1所述的直讀式磁通調制讀出電路，其特征在于:所述反饋模塊包括反 饋電阻及反饋線圈；所述反饋電阻的一端連接所述積分器的輸出端，另一端連接所述反饋 線圈；所述反饋線圈的另一端接地，所述反饋電阻及所述反饋線圈之間連接所述磁通調制 信號。4. 根據(jù)權利要求1或3所述的直讀式磁通調制讀出電路，其特征在于:所述磁通調制信 號為占空比為50%的方波信號。5. -種如權利要求1~4任意一項所述的直讀式磁通調制讀出電路的讀出方法，其特征 在于:所述直讀式磁通調制讀出方法至少包括： 通過磁通調制信號將SQUID器件的工作點設定在第一工作點及第二工作點之間跳躍， 所述第一工作點及所述第二工作點的變化趨勢相反，將檢測到的被測磁通信號轉化為相應 的電信號，對該電信號放大后進行高通濾波以濾除低頻噪聲，并隔離直流量，然后經解調、 積分后反饋回所述SQUID器件，形成SQUID磁通鎖定環(huán)路以此鎖定工作點。6. 根據(jù)權利要求5所述的直讀式磁通調制讀出方法，其特征在于:所述第一工作點與所 述第二工作點相差半個周期。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種直讀式磁通調制讀出電路及方法，包括：SQUID器件；對SQUID器件輸出信號放大的前置放大器；濾除直流量和低頻噪聲的高通濾波器；調制解調信號發(fā)生器；對高通濾波器的輸出信號解調的解調器；積分并產生響應電壓信號的積分器；將響應電壓信號后反饋至SQUID器件的反饋模塊。通過調制使SQUID器件的工作點在兩個工作點之間跳躍，兩個工作點的變化趨勢相反，被測信號經過放大、高通濾波、解調、積分后反饋回SQUID器件，以此鎖定工作點。本發(fā)明通過高通濾波器實現(xiàn)了對前置放大器低頻噪聲和輸出直流偏置的隔離；SQUID磁通-電壓轉換系數(shù)不會因負載效應而降低；不會對SQUID磁通電壓曲線產生高次諧波失真；避免了變壓器的熱噪聲問題；電路結構更簡單，實用性更強。
【IPC分類】G01R33/035
【公開號】CN105676152
【申請?zhí)枴緾N201610066331
【發(fā)明人】榮亮亮, 張懿, 蔣坤, 王永良, 伍俊, 謝曉明
【申請人】中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月29日