专利名称：一种快速光斑尺寸测量中前置放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种快速光斑测量技术，特别涉及一种快速光斑尺寸测量中前置放大器，应用在加速器中快速束团横向尺寸测量。
背景技术：
在束流诊断领域中，多阳极光电倍增管(MaPMT)在快速束团横向尺寸诊断技术中扮演重要角色，它具有极快的响应时间和极高的灵敏度，因此对其中前置的信号读取系统也要求极高的性能指标。目前针对MaPMT的读取电路中，如美国Vertilon公司生产的SIB016PMT sensor interface board,其电路的性能和带宽远远满足不了加速器中的快速束团测量的逐束团分辨率的要求。为此，需要针对前端探测器MaPMT的特性，研制一种高性能的快速前置放大器电路，实现快速束团横向尺寸的逐束团测量。
发明内容
本发明是设计一种快速前置放大器，其目的是放大来自多阳极光电倍增管(MaPMT)的输出微弱电流信号，在不影响其快速响应特性的前提下，尽量提高输出电流脉冲信号的信噪比和信号摆率，保持逐束团响应信号的波形完整性。本发明米用的技术方案为一种快速光斑尺寸测量中前置放大器，从前端MaPMT输出的微弱电流信号输入该前置放大器，该前置放大器经过电流电压转化，第一级增益和第二级增益后输出；由于信号从MaPMT阳极输出后，通过特性阻抗50 Q的0. 8D-QEV同轴电缆传输至该前置放大器的第一级增益即电压反馈型集成运算放大器AD8099的正相输入端，取样电阻Rl —端接该运算放大器AD8099的正相输入端，取样电阻Rl另一端接地，取样电阻Rl的阻值被设定为50 Q ；运算放大器AD8099的正相输入端有接近无穷大的内阻，因此可以从取样电阻Rl上的电压取样，负反馈网络电阻R2和R3连接运算放大器AD8099的输出端和负相输入端，形成的闭环增益为(1+R3/R2);电容Cl并联在电阻R3上，其对反馈的高频信号进行相位补偿，同时，也有外部补偿网络电容C2，调整实现增益和带宽的优化；第二级增益的放大器为LMH6702，两级之间用合适的电阻R4连接，避免Q值过大可能导致的电路振荡；LMH6702的正相输入端连接运算放大器AD8099的输出端，负反馈网络电阻R6和R7连接LMH6702的输出端和负相输入端，形成的闭环增益为(1+R7/R6)；LMH6702输出端的电阻R5连接外部输出传输线，形成输出始端匹配，消除了每路信号串扰引起的振荡；运算放大器AD8099和LMH6702的电源管脚都并联了旁路电容，为放大器的高速电流提供低阻通道；整个前置放大器电路工作在±5V稳压源条件下，稳压源的电源输入端也需要引入滤波网络，以减小电源纹波对运放供电的影响和电源串扰。
进一步地，多阳极光电倍增管的多路中的每路输出均利用该前置放大器进行处理。本发明的原理在于本发明利用设计多路相同且独立的电路对多阳极光电倍增管(MaPMT)的多路输出进行处理。每一路电路包括小电阻完成电流与电压的转换，第一级大增益高带宽的电压反馈运算放大器模块，连接第二级的小增益高带宽高压摆率的电流反馈运算放大器模块，两级运放之间连接恰当的电阻。同时也包含了输入阻抗匹配、电源整流滤波、运放负反馈网络、外部频率补偿和输出始端匹配等部分。本发明的优点和积极效果为I、本发明充分发挥现有成熟不同类型的运算放大器特点，第一级增益采用电压反馈型集成运算放大器AD8099。通过外部补偿电路和反馈网络电路，可以现实10倍高增益，同时有低噪声的特性，因此能够放大感兴趣的高频信号同时避免噪声干扰。2、本发明第二级放大器LMH6702为电流反馈性运算放大器，具有高压摆率和高带宽的功能，接收前级输出信号后，实现2倍增益后输出驱动负载。3、本发明整个电路具有极快的响应时间和接近600MHz的3dB带宽，能尽可能的减少从MaPMT输出的波形的高频损失，保持波形的完整不失真。
4、本发明模拟逐束团输入信号时，能够对信号充分的增益放大，极快的上升时间使得各相邻信号之间没有重叠，保持每个脉冲的独立完整，能够满足实际应用的指标要求。
图I是本发明的原理框图；图2是实际电路测试的频率幅度特性；图3是模拟逐束团信号测量得到的实际波形图；图4是本发明的快速光斑尺寸测量中前置放大器电路原理图。
具体实施例方式下面结合附图及具体实施方式
进一步说明本发明。如图I所示的快速光斑尺寸测量中前置放大器原理框图，在快速光斑束团横向尺寸测量中，从前端MaPMT输出的微弱电流信号从前置放大器输入，经过电流电压转化，一级增益结构和二级增益结构后输出。整个电路工作在±5V稳压源条件下，电源输入端也需要引入滤波网络，以减小电源纹波对运放供电的影响和电源串扰。由于信号从MaPMT阳极输出后，通过0. 8D-QEV同轴电缆(特性阻抗50 Q )传输至前置放大器，需要对输入端做阻抗匹配，避免终端反射引起的振荡，故取样电阻Rl的阻值被设定为50 Q。如图4所示，同时，取样电阻Rl也起着将MaPMT电流脉冲转换为电压脉冲的作用。第一级增益采用电压反馈型集成运算放大器AD8099。运放的正相输入端有接近无穷大的内阻，因此可以从取样电阻Rl上的电压取样。负反馈网络R2和R3连接运放的输出端和负相输入端，形成的闭环增益为(1+R3/R2)。Cl并联在R3上，可以对反馈的高频信号进行相位补偿，同时，也有外部补偿网络C2，可调整实现增益和带宽的优化。第二级放大器为LMH6702，两级之间用合适的电阻R4连接，可避免Q值过大可能导致的电路振荡。LMH6702的正相输入端连接第一级的输出端，负反馈网络R6和R7连接运放的输出端和负相输入端，形成的闭环增益为(1+R7/R6)。输出端的电阻R5连接内部放大器与外部输出传输线,形成输出始端匹配，同时也消除了四路信号串扰引起的振荡。各芯片的电源管脚都并联了旁路电容，可为放大器的高速电流提供低阻通道。图2是实际依次改变Rl端输入正弦波波形频率，同时保持输入幅度不变，测量R5的输出端，用测量仪器AgilentDS09104A进行多次测量，得到测量的频率幅度曲线。图3是在取样电阻Rl端输入模拟加速器逐束团的信号，在R5的输出端得到的互相独立的脉冲波形。本发明未详细阐述的技术内容属于本领域技术人员的公知技术。
·
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式
进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式
的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
权利要求
1.一种快速光斑尺寸测量中前置放大器，其特征在于从前端MaPMT输出的微弱电流信号输入该前置放大器，该前置放大器经过电流电压转化，第一级增益和第二级增益后输出； 由于信号从MaPMT阳极输出后，通过特性阻抗50 Q的0. 8D-QEV同轴电缆传输至该前置放大器的第一级增益即电压反馈型集成运算放大器AD8099的正相输入端，取样电阻Rl一端接该运算放大器AD8099的正相输入端，取样电阻Rl另一端接地，取样电阻Rl的阻值被设定为50 Q ； 运算放大器AD8099的正相输入端有接近无穷大的内阻，从取样电阻Rl上的电压取样，负反馈网络电阻R2和R3连接运算放大器AD8099的输出端和负相输入端，形成的闭环增益为1+R3/R2 ;电容Cl并联在电阻R3上，其对反馈的高频信号进行相位补偿，同时，也有外部补偿网络电容C2，调整实现增益和带宽的优化； 第二级增益的放大器为LMH6702，两级之间用合适的电阻R4连接，避免Q值过大可能导致的电路振荡；LMH6702的正相输入端连接运算放大器AD8099的输出端，负反馈网络电阻R6和R7连接LMH6702的输出端和负相输入端，形成的闭环增益为1+R7/R6 ； LMH6702输出端的电阻R5连接外部输出传输线，形成输出始端匹配，同时也消除了每路号串扰引起的振荡； 运算放大器AD8099和LMH6702的电源管脚都并联了旁路电容，为放大器的高速电流提供低阻通道； 整个前置放大器电路工作在±5V稳压源条件下，稳压源的电源输入端也需要引入滤波网络，以减小电源纹波对运放供电的影响和电源串扰。
2.根据权利要求I所述的一种快速光斑尺寸测量中前置放大器，其特征在于多阳极光电倍增管的多路中的每路输出均利用该前置放大器进行处理。
全文摘要
本发明提供一种快速光斑尺寸测量中前置放大器，该前置放大器包括取样电阻完成电流与电压的转换，第一级大增益高带宽的电压反馈运算放大器模块，连接第二级的小增益高带宽高压摆率的电流反馈运算放大器模块，两级运放之间连接合适的电阻。同时也包含了输入阻抗匹配、电源整流滤波、运放负反馈网络、外部频率补偿和输出始端匹配等部分。可设计多路相同且独立的电路对多阳极光电倍增管(MaPMT)的多路输出进行处理。本发明充分发挥现有成熟不同类型的运算放大器特点，第一级增益采用电压反馈型集成运算放大器AD8099。通过外部补偿电路和反馈网络电路，可以现实10倍高增益，同时有低噪声的特性，因此能够放大感兴趣的高频信号同时避免噪声干扰。
文档编号H03F1/26GK102751955SQ20121022816
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月3日 优先权日2012年7月3日
发明者孙欢欢, 孙葆根, 杨永良, 肖云云 申请人:中国科学技术大学