偏移电压调节电路及所适用的超导量子干涉传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种偏移电压调节技术，特别是涉及一种偏移电压调节电路及所适用的超导量子干涉传感器。
【背景技术】
[0002]米用超导量子干涉器件(SuperconductingQuantum Interference Device,以下简称SQUID)的传感器是目前已知的最灵敏的磁传感器。广泛应用于心磁、脑磁、极低场核磁共振等微弱磁信号探测和科学研究中。
[0003]超导量子干涉器件SQUID是基于两个并联的约瑟夫森结构成的器件。当给SQUID加载一定的偏置电流，SQUID两端的电压将会随着其感受到的磁场发生变化，这种磁敏感特性，使得SQUID被用于制作极高灵敏度的磁传感器。
[0004]但是，由于SQUID的个体差异很大，因此在使用前需要对SQUID及其读出电路进行调节，以找到SQUID具有最大的磁通电压转换率的工作点，同时SQUID所输出的感应信号在该工作点处的直流电压分量为零。经过工作点调整的SQUID就可接入包含积分器的读出电路(也叫磁通锁定环路)，以实现磁场电压线性转换。
[0005]其中，SQUID的工作点的调节包括两个参数:偏置电流和偏移电压。其中，所述偏置电是加载到SQUID的恒定电流，使其具有磁通电压转化特性。所述偏移电压是用于将SQUID所输出的电压中的直流电压分量予以抵销。在调节过程中，SQUID磁通电压转换特性对偏置电流的调节不是很明感，但偏置电流调节后在SQUID输出的感应信号中的直流电压分量的变化非常明显。因此，调节偏移电压时除了抵消偏置电流产生的电压，同时要进行细微电压偏移量的调节以满足最佳工作点选择的要求。
[0006]现有技术中，如图1所示，在调节SQUID的工作点期间，外接可调的偏置电源通过电阻与SQUID相连，以向所述SQUID输入偏置电流，所述SQUID的输出端与读出电路相连，在所述读出电路中包括与外接可调的偏移电源和所述SQUID输出端相连的加法器，以抵消所述SQUID所输出的感应信号中的直流电压分量。其中，SQUID所输出的感应信号中包含变化较大的直流电压分量，导致直流电压分量变化大的因素主要是偏置电流的变化。如图2所示，由于SQUID的半导体特性，在偏置电流加大到工作启动值时才开始输出感应信号，当偏置电流被调节时，感应信号中所携带的直流电压分量也按照图中曲线所示进行变化，由图中可见，SQUID在工作点所产生的直流电压分量在50微伏左右，而实际上，可用做工作点区域电压选择范围只在3-5个微伏之间，要找到最佳工作点，获得低噪声性能，其偏移电压调节精度要求达到0.1uV0为了适应大多数SQUID器件偏移电压的调节，要求偏移电压信号既要有大的电压可调节范围，至少100微伏以上，又要具有很小的电压调节量如0.1微伏的调节分辨率，因此要求偏移电压源具有千分之一以下的精度，因此精度要求高。对于普通的SQUID读出电路而言，可调偏置电压源只要百分之一的精度即可，而偏移电压源的精度要求要高一个数量级，增加了设计的难度和复杂度。同时由于偏置电压源和偏移电压源是相互独立的，其设计精度不同，因此两种电压源的温度漂移特性不同，因此工作点的温度漂移容忍度变差。读出电路的偏置电压源和偏移电压源只能同时使用具有相同电路特性的高精度可调电压源，电路成本高。精密的偏移电压源既使读出电路增加了成本，也给调节操作带了难度。
【发明内容】
[0007]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偏移电压调节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由于两个可调电压源相对独立而导致调节操作困难、且温度漂移容忍度差的问题。
[0008]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种偏移电压调节电路，应用于超导量子干涉传感器中，其中，所述超导量子干涉传感器包括:超导量子干涉器件，所述偏移电压调节电路至少包括:与外接的可调偏置电源相连的第一比例分压子电路，与外接的可调偏移电源相连的第二比例分压子电路，以及用于将所述第一比例分压子电路和第二比例分压子电路各自所输出电压相叠加来抵消所述超导量子干涉器件所输出的感应信号中的直流电压分量的电压抵消子电路。
[0009]优选地，所述电压抵消子电路包括:与所述第一比例分压子电路和第二比例分压子电路的输出端的共同连接处相连并接地的电阻R4，以及加法器，其中，所述加法器的正输入端与所述超导量子干涉器件相连，所述加法器的负输入端与所述共同连接处相连。
[0010]优选地，所述电压抵消子电路包括:与所述超导量子干涉器件的输出端相连的反向器，以及加法器，其中，所述加法器的负输入端与所述第一比例分压子电路和第二比例分压子电路的输出端的共同连接处相连，所述加法器的负输入端还通过电阻R4与所述反向器的输出端相连，所述加法器的输出端和负输入端之间的电阻R5，所述加法器的正输入端接地。
[0011]优选地，所述反向器包括反向放大器。
[0012]优选地，所述第一比例分压子电路中包含电组R2，所述第二比例分压子电路中包含电阻R3，且所述电阻R2、R3的阻值在百欧级，所述电阻R4的阻值在I至10欧之间，所述电阻R2、R3及R4的取值与所述第一比例分压子电路和第二比例分压子电路各自所分压的比例相关。
[0013]基于上述目的，本发明还提供一种超导量子干涉传感器，其至少包括:与外接的可调偏置电源相连的偏置电路；与所述偏置电路相连的超导量子干涉器件；与所述偏置电源和外接的可调偏移电源相连的偏移电压调整电路，用于根据所述偏置电源和偏移电源所提供的电压来抵消所述超导量子干涉器件所输出的感应信号中的直流电压分量。
[0014]优选地，所述偏移电压调整电路包括:与外接的可调偏置电源相连的第一比例分压子电路，接于外接的可调偏移电源的第二比例分压子电路，以及用于将所述第一比例分压子电路和第二比例分压子电路各自所输出电压相叠加来抵消所述超导量子干涉器件所输出的感应信号中的直流电压分量的电压抵消子电路。
[0015]优选地，所述电压抵消子电路包括:与所述第一比例分压子电路和第二比例分压子电路的共同连接处相连并接地的电阻R4，以及加法器，其中，所述加法器的正输入端与所述超导量子干涉器件相连，所述加法器的负输入端与所述共同连接处相连。
[0016]优选地，所述电压抵消子电路包括:与所述超导量子干涉器件的输出端相连的反向器，以及加法器，其中，所述加法器的负输入端与所述第一比例分压子电路和第二比例分压子电路的输出端的共同连接处相连，所述加法器的负输入端还通过电阻R4与所述反向器的输出端相连，所述加法器的输出端和负输入端之间的电阻R5，所述加法器的正输入端接地。
[0017]优选地，所述反向器包括反向放大器。
[0018]优选地，所述第一比例分压子电路中包含电组R2，所述第二比例分压子电路中包含电阻R3，且所述电阻R2、R3的阻值在百欧级，所述电阻R4的阻值在I至10欧之间，所述电阻R2、R3及R4的取值与所述第一比例分压子电路和第二比例分压子电路各自所分压的比例相关。
[0019]如上所述，本发明的偏移电压调节电路及所适用的超导量子干涉传感器，具有以下有益效果:从偏置电源引出相当于输入所述超导量子干涉器件的偏置电压的电压，以至少部分的抵消感应信号中的直流电压分量，能够通过传感器内部实现直流电压分量的至少大部分的抵消，以有效减少外部偏移电源的动态调节范围。使得外部的偏移电源在有效量程内提供高精度的微调的偏移电压，通过将所述传感器内部引出的电压和所微调的电压按比例取和，能够有效抵消感应信号中的直流电压分量，由此将传感器中的SQUID的最佳工作点所输出的感应信号有效传出。同时，有效降低了温度漂移所带来的影响。
【附图说明】
[0020]图1显示为现有技术的超导量子干涉传感器的结构示意图。
[0021]图2显示为超导量子干涉器件的1-V曲线示意图。
[0022]图3显示为本发明的超导量子干涉传感器的结构示意图。
[0023]图4显示为本发明的超导量子干涉传感器的一种优选方案的结构示意图。
[0024]图5显示为本发明的超导量子干涉传感器的又一种优选方案的结构示意图。
[0025]图6显示为本发明的超导量子干涉传感器的又一种优选方案的结