[发明专利]积分电路及所适用的超导量子干涉传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种积分电路及所适用的超导量子干涉传感器。

背景技术

超导量子干涉器件(Superconducting Quantum Interference Device，以下简称SQUID)用于目前已知的最灵敏的磁传感器，其中低温超导SQUID灵敏度达到10飞特，高温超导SQUID灵敏度达到100飞特。这些SQUID是重要的高端应用传感器，广泛应用于生物磁，地球物理探测，极低场核磁共振仪器设备中。

SQUID与读出电路一起构成了超导量子干涉传感器，由于SQUID工作的特殊性，即实现磁通电压的线性转换是基于读出电路原理来实现的。

SQUID器件并非上电即投入运行的器件。超导量子干涉器件由超导材料通过薄膜和微加工工艺制备而成的微电子器件，受到材料和工艺的限制，器件良率低，即使是同一批次加工的器件之间的一致性也较差。因此器件之间的工作参数，如偏置电流和电阻特性完全不同。因此与SQUID器件配合的读出电路，不能将偏置电流等参数固定，而需要根据在低温环境下实际运行情况来调节参数。因此在传感器投入运行前要具备调试测试功能，通常要求读出电路能切换成放大器模式，在外界加载测试磁场的情况下，能在电路输出端观测到SQUID电压响应信号，通过这个电压响应，用户在调节偏置电流时就可以监测SQUID磁通电压响应的情况，判断是否处于灵敏度最高的状态(即响应的电压最大)。通过放大模式，可辅助实现SQUID器件偏置电流的调节。

另一方面，由于SQUID磁场电压转换特性是非线性的，呈现出周期的类正弦函数的特性，因此灵敏度最大的工作点可能具有正的磁通电压转换率(dV/dΦ)或负的磁通电压转换率(dV/dΦ)。因此为了能够选择到最佳的灵敏度工作点，读出电路中的积分电路要求具有正极性积分和负极性积分可选择功能，使得电路可锁定在具有正磁通电压转换斜率和负磁通电压转换斜率的工作点上。

此外，在外部干扰的情况下，读出电路在闭环工作的状态下，可能出现因干扰发生的溢出现象，由于SQUID的特殊性，在溢出后不能自动回复正常工作状态。为了让电路能回归工作点，要求电路具有复位功能。

为了满足上述需求，目前的超导量子干涉传感器在为每个SQUID器件配置读出电路时，还需要提供调试电路。这使得目前的传感器的电路体积和功耗大，无法应对SQUID传感器的尺寸越来越小的需求。

因此，要想提高传感器的集成度，需要对现有的积分电路及读出电路进行改进。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种积分电路及所适用的超导量子干涉传感器，用于解决现有技术中积分电路及读出电路结构复杂的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于超导量子干涉传感器的积分电路，其中，所述超导量子干涉传感器包括：超导量子干涉器件、与所述超导量子干涉器件的输出端相连的前置放大器及与所述积分电路相连的反馈电路，所述积分电路至少包括：用于将所述前置放大器所输出的电信号进行积分处理的积分子电路；与所述前置放大器和积分子电路相连且用于在外部控制信号的控制下令所述积分子电路进行正极性积分或负极性积分的选通器。

优选地，所述积分子电路包括：与所述选通器相连的放大器，与所述放大器的输出端和所述放大器的负输入端相连的电容，其中，所述电容与所述放大器的负输入端还与地线相连。

优选地，所述选通器包括：第一选通器，其中，所述第一选通器的输入端与所述前置放大器的输出端相连，所述第一选通器包括：第一选通开关，连接所述第一选通器的输入端和所述放大器的负输入端；第二选通开关，连接所述第一选通器的输入端和所述放大器的正输入端；

第二选通器，其中，所述第二选通器的输入端与所述反向器的输出端相连，所述第二选通器包括：第五选通开关，连接所述反向器的输出端和所述反馈电路的输入端；第六选通开关，连接所述反向器的输出端和所述反馈电路的输入端。

优选地，所述选通器还用于在外部控制信号的控制下令所述积分子电路进行复位。

优选地，所述选通器中的第一选通器包括：第三选通开关，一端连接所述前置放大器的输出端，另一端悬空。

优选地，所述选通器中的第二选通器包括：第七选通开关，与所述积分子电路中的电容并联且一端接地。

优选地，所述选通器还用于在外部控制信号的控制下令所述积分子电路输出所述前置放大器所输出的电信号。

优选地，所述选通器中的第一选通器包括：第四选通开关，连接所述第一选通器的输入端和所述放大器的负输入端。