[发明专利]超导探测器用直流偏置源

说明书

技术领域

超导电子器件由于其高的灵敏度，常被用于高频低噪声检测技术中。超导SIS混频器和超导HEB混频器目前已经用于毫米波和亚毫米波射电望远镜上作为探测器进行天文及大气分子谱线的观测。超导探测器需要一定的偏置电压或者偏置电流才能工作。直流偏置电源是为超导探测器正常工作提供偏置的仪器。超导SIS混频器和超导HEB混频器的工作稳定性与偏置电源的性能密切相关。 

本发明涉及一种直流偏置电源，特别是一种用于超导SIS探测器和超导HEB探测器的直流偏置电源。 

背景技术

超导探测器件，由于是用于低噪声小信号的检测，对提供其电源的偏置电路提出了很高要求，无论是恒压源还是恒流源电路，一定要具有低噪声、高灵敏度、高稳定度等特点。现在通用的偏置电源(比如Agilent公司的数字源表)存在以下特点：功率大，电压和电流调节范围大，噪声波纹大，采用220V市电直接供电干扰大，多数采用模拟电路实现。因此现在通用的偏置电源无法满足微弱信号检测的超导探测器需要高稳定、低噪声的工作要求，同时不利于实现智能化操作，特别在实际应用中进行系统集成控制时这个缺点尤其明显，针对以上不足，鉴于实验室中对SIS和HEB混频器的性能评估和实际工作使用中的不同要求，并考虑到今后类似空间应用等对可靠性和体积重量等多方面的要求，开发集模拟偏置源的实用性和数字偏置源的方便灵活性于一身的混合直流偏置电源，满足电源功率小，电压和电流调节范围小，噪声低，利用电池供电干扰小的要求，可进行智能化操作，才能更好地适用于实验室测试和实际观测设备中。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种超导探测器用直流偏置源，直流偏置源具备远程控制通信能力和可靠性，其输出电压范围、最大输出电流、测量超导探测器上电压和电流波动幅度、电磁屏蔽性能指标满足超导探测器实际应用要求。即满足以下关于超导探测器用直流偏置源的一些技术指标： 

(1)固定偏置电路输出电压范围为0～10V，模拟扫描电路输出电压范围为-10V～10V，单片机智能控制电路输出电压范围为-10V～10V； 

(2)输出最大电流为1mA； 

(3)测量超导探测器上电压波动幅度小于30μV，电流波动幅度小于0.5μA。 

实现本发明目的的技术方案是： 

超导探测器用直流偏置源，由固定偏置电路、模拟扫描电路、偏置控制及监测电路和单片机智能控制电路组成，单片机智能控制电路的第一输出端通过工作模式控制电路和偏置控制及监测电路的控制端连接，单片机智能控制电路的电压设定端和DA电路输入端连接；所述偏置控制及监测电路的第一输出端通过ADC电路和单片机智能控制电路的信号输入端连接，所述偏置控制及监测电路的偏压设定端通过选择开关选择和DAC电路输出端或模拟扫描电路电压输出端或固定偏置电路电压输出端连接；当偏置控制及监测电路的偏压设定端和DAC电路输出端连接时，超导探测器用直流偏置源的工作方式为智能方式，当偏置控制及监测电路的偏压设定端和模拟扫描电路电压输出端连接或固定偏置电路电压输出端连接时，偏置源的工作方式为手动方式；所述偏置控制及监测电路中设有恒压电路和恒流电路、6线法测量电路和4线法测量电路、IV扫描电路和PV扫描电路，手动方式下设有模拟开关对这些电路选择连接，智能方式下通过单片机智能控制电路控制，对这些电路进行选择链接； 

所述单片机智能控制电路用于与上位机进行通信，通信内容包括接收上位机控制命令、向上位机发送偏置源工作状态信息和测量数据，检测超导探测器用直流偏置源工作方式和偏置控制及监测电路输出状态，并将状态信息发送给上位机，根据状态信息判定后续动作和指令； 

所述偏置控制及监测电路根据单片机发出的模式选择信号完成工作模式的选择，接受偏置设定电压，将偏置电压输出到与电路相连的外部超导探测器负载电路，并完成超导结上电压和电流的放大处理；所述偏置设定电压由偏压设定端输入，偏置设定电压为模拟扫描电路、模拟固定偏置电路或单片机控制DAC输出电路三者之一的输出电压； 

所述固定偏置电路通过恒温基准源结合粗调电位器和细调电位器电路，调节和输出固定偏置电压； 

所述模拟扫描电路通过双运放结合频率调节电位器、快扫慢扫选择开关和输出幅度调节电位器电路，调节和输出模拟扫描电压，为偏置控制及监测电路提供预定偏置电压。 

本发明中设定了可供选择的三种偏置预定电压，包括模拟设定电压和数字设定电压，所以本发明的超导探测器用直流偏置源是模拟偏置源和数字偏置源的混合版本。