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第37卷增刊4稀有金属材料与工程V01．37，Suppl．4

RAREMETALENGINEERINGOctober2008

2008年10月MATERIALSAND

SQUID读出电路的仿真及其调试电路的设计

王永良，王会武，谢晓明

(中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室，上海200050)

摘要：超导量子干涉器件(SQUID)配合其读出电路可实现极其微弱磁场的测量，设计低噪声高性能的读出电路是

SQUID应用中的一个重要工作。本文介绍了根据电路数学模型进行电路行为仿真的方法，对电路进行模块划分，建立

各模块的数学模型，通过仿真分析影响电路性能的关键参数，进而指导具体电路的设计实现，同时介绍了一种调试电

路的研制，可实现基于交流调制的磁通锁定式读出电路在常温下的调试。

关键词：SQUID；读出电路；电路仿真：调试电路

中图法分类号：051l文献标识码：A文章编号：1002-185X(2008)$4--457-04

感器特性的电路，使得读出电路在室温下无需接入

1概述

SQUID器件实现电路的调试及SQUID系统的测试。

应用调试电路提高了系统调试的效率，降低了实验的

超导量子干涉器件(SQUID，Spuerconducting

InterfaceDevice)是极其灵敏的磁传感器，风险。

Quantum

可用于微弱磁场的探测【11。在生物磁的研究中，如心

2读出电路的仿真

磁成像(MCG，Magnetocadiography)系统，采用多

通道SQUID传感器，检测由人体心脏产生的微弱生物

磁场以进行分析研究。本文在多通道心磁系统中采用现读出电路的建模和仿真，应用其独特的面向对象的

低温dcSQUID，其电压磁通即阼①特性是非线性，图形化编程技术，丰富的数据处理分析接口和强大的

周期的(周期为一个磁通量子①o)，电压变化只有几实时人机交互功能，根据读出电路各模块的算法模型，

像虚拟仪器(VI，Virtual

十个uV。因此需采用基于磁通锁定环路(FLL，

Flux．Locked模块的描述，并连接各个模块，基于软件平台并行处

Loop)的读出电路来实现线性、高精度

理的机制，在相应数学模型下对读出电路进行模拟和

的磁通电压转换。读出电路的性能决定了SQUID传

仿真。

感器性能的发挥【2】，设计高性能读出电路是SQUID

应用研究中的一个重要工作。2．1电路模型

针对读出电路的设计，应用仿真技术对理解电路SQUID及其基于交流调制的磁通锁定式读出电

原理，指导电路设计，提高电路性能具有重要的作用。路系统功能模型如图1所示，主要包括：前置放大器，

Down)的设计原则，电路设计相敏检测器(PSD，Phase—SensitiveDetector)，积分器，

根据至顶向下(Top

分为行为描述，电路描述，版图设计等阶段【3】。文献反馈模块，调制信号发生器以及SQUID传感器模块。

【4，5】介绍的都是基于具体电路描述的仿真。本文将基图中包含两个环路，其中环路L1实现锁相放大功能，

于读出电路的行为描述进行仿真，即从系统设计入其PSD输出经积分器通过环路L2反馈补偿，抵消外

手，在顶层对电路进行功能划分，建立各个模块的数界磁场的