中国计量大学 计量测试工程学院, 浙江 杭州 310018
为满足低频压电水听器工作需求, 针对带前置放大器压电水听器自噪声优化问题, 理论推导二端口网络等效噪声模型, 利用LTSPIC建立SPICE模型对关键器件进行噪声仿真, 并基于结型场效应管设计制作低噪声放大电路。对设计的放大器及带前放水听器自噪声测试表明,放大器等效输入噪声为8.48 nV/Hz@1 kHz, 1/f噪声拐点约为350 Hz, 优于现有集成运放式放大器; 带前放水听器噪声谱级为33.577 dB@1 kHz, 其噪声谱级低于零级海况噪声谱。
水听器 前置放大器 结型场效应管 噪声模型 hydrophone pre-amplifier junction field effect transistor noise model
曾莉欣 1,2,3赵豫斌 1,2,3陈少佳 1,2,3田兴成 1,2,3[ ... ]孙志嘉 1,2,3,*
1 中国科学院 高能物理研究所，北京 100049
2 散裂中子源科学中心，广东 东莞 523803
3 核探测与核电子学国家重点实验室，北京 100049
为满足中国散裂中子源（CSNS）多功能反射谱仪（MR）主探测器高气压3He多丝正比室探测器（MWPC）的需求，研制了专用的读出电子学系统。该系统主要由核心前放板和触发扇出板构成，其中以前放板为核心，采用了6块前放板实现探测器142路模拟信号的数字化，并通过判选机制甄别中子信息，将有效中子事例打包发送给后端，触发扇出板提供同一时刻到达的T0信号和触发信号，以确保数据的对齐。读出电子学系统分别在实验室和束流条件下，进行了相关指标测试，测试结果表明性能优于设计要求。目前MWPC探测器已经成功安装到MR谱仪现场，并且已经开始稳定运行。
多功能反射谱仪 多丝正比室探测器 重心法 前置放大器 可编程逻辑阵列 multi-functional reflectance spectrometer multiwire proportional chamber detector barycenter method preamplifier FPGA 强激光与粒子束
2021, 33(8): 086001
中国科学技术大学 国家同步辐射实验室，合肥 230029
针对合肥光源（HLS-Ⅱ）辐射防护与安全需求，且合肥光源的控制系统是基于EPICS架构，为减少辐射监测系统中间的环节，提高合肥光源人身安全联锁可靠性，研制了基于嵌入式EPICS控制系统的中子监测仪。中子监测仪的关键部件-探测器选用BF3针对合肥光源（HLS-Ⅱ）辐射防护与安全需求，研制了基于嵌入式EPICS的中子监测仪，用于场所与环境辐射场中子的监测。合肥光源的控制系统是基于EPICS架构，为减少辐射监测系统中间的环节，提高合肥光源人身安全联锁可靠性，研制了基于嵌入式EPICS控制系统的中子监测仪。中子监测仪的关键部件-探测器选用BF3正比计数管，通过对正比计数管产生的微弱电信号加2 kV的正高压偏置，交流耦合介入前置放大器放大，后输出固定宽度的脉冲信号。信号由CORTEX-M3电路计数，后经CORTEX-A8电路处理后将数据发布到局域网。利用镅铍中子源和合肥光源现场辐射环境对所研制的监测仪性能进行了初步测试，结果表明，该监测仪达到设计要求，可用于中子监测。
合肥光源 CORTEX-M3电路 前置放大器 嵌入式EPICS HLS-II Cortex-M3 circuit preamplifier embedded EPICS 强激光与粒子束
2021, 33(2): 026001
基于大面阵InGaAs基线性背照工作模式APD光敏芯片，采用SMIC 0.35 μm 3.3 V CMOS工艺实现了一款单片集成面阵激光雷达读出电路。电路芯片与APD光敏芯片的每个像元通过In柱互连，实现电流脉冲的有效传输与接收。仿真和测试表明，基于可调节共源共栅输入级和自偏置共源放大级的像元级前置放大器实现了等效5 μA@2.5 ns脉宽的电流检测灵敏度；在片上125 MHz主时钟下，基于计数型和压控延迟型的二段式像元级TDC，通过多相位时钟插值技术实现了1 ns的高精度时间分辨率；采用分时供电的工作模式，32×32面阵读出电路芯片功耗节省了65%。
读出电路 前置放大器 时间数字转换电路 激光雷达 APD ROIC preamplifier time digital convertor ladar APD 红外与激光工程
2020, 49(8): 20190529
1 中国科学院 高能物理研究所, 北京 100049
2 东莞中子科学中心 加速器技术部, 广东 东莞 523803
介绍了束流损失测量系统探测器的选型、前置放大电子学的功能、数据采集系统的硬件配置及本地站显示界面, 着重介绍了本系统在加速器不同能量段的束流调试中的应用。DTL低能段成功观测到了束流损失, 针对RCS段脉冲高功率设备, 对本系统的干扰提出了解决方案, 便于加速器调束时区分干扰与束损, 针对RTBT微脉冲大信号的束损进行了积分展宽, 满足数据采集系统带宽需求。
强流质子加速器 束流损失 探测器 前置放大电子学 数据采集 用户界面 high-currentprotonaccelerator beam loss detector preamplifier data acquisition user interface 强激光与粒子束
2019, 31(1): 15102
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
傅里叶变换红外光谱技术由于具有光通量大、光谱范围宽、分辨率高等诸多优势,在 大气环境监测领域得到广泛应用。以傅里叶变换红外光谱仪微弱红外干涉光信号特征和碲镉汞光电导型红外探测器为 基础,分析了基于迈克逊干涉方法的傅里叶变换光谱仪干涉光信号特征,设计了一种以窄带滤波法为核心的微弱信号检 测电路,建立了等效噪声模型分析电路的噪声性能。采用Tina软件对电路进行了模拟仿真,结果表明该电路在通频带内具 有恒定的增益以及群时延,可实现微弱干涉信号无失真放大。将设计的电路应用于傅里叶变换光谱仪中,在室温条件下 获得了大气400～7000 cm-1中红外波段光谱,几乎覆盖了常见的大气污染物在中红外波段的吸收峰,可以较好 地实现对不同污染气体的分辨与测量。
光谱学 傅里叶变换红外光谱仪 微弱信号 前置放大电路 带通滤波 spectroscopy Fourier transform infrared spectrometer weak signal preamplifier circuit band pass filter
1 中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
3 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
设计和搭建了一个无线光传输系统。针对系统接收机的稳定性和信噪比要求, 详细推导和分析了接收机的光电二极管特性、电路的稳定性和带宽、接收机的噪声和信噪比。详细分析了接收机中噪声的来源, 给出了其影响因素及其计算方法, 并参考实验器件参数实现了定量计算。在LTspice-IV上对光电二极管前置放大电路进行了建模和仿真, 分析了其信号增益和噪声特性, 其结果与理论分析接近。对系统进行了1 MHz方波传输实验测试, 在接收端能得到较好的方波信号, 能为后续的信号处理模块提供稳定可靠的前级信号。
无线光传输 光电二极管 前置放大 相位裕量 噪声增益 LTspice-IV仿真 wireless optical transmission photodiode pre-amplification phase margin noise gain LTspice-IV simulation
武汉大学 物理科学与技术学院，湖北 武汉 430072
光纤通信在大数据时代得到广泛的应用，其速度快、带宽大、可靠性高的特点满足了对长距离、大容量信息传输的要求。前置放大器作为光接收器的前端，其性能高低直接影响到整个光接收系统的工作性能。基于SMIC 0.13 μm CMOS工艺，设计完成了一款5 Gbps光接收前置放大器。首先，整体差分式结构可以消除共模噪声的干扰，降低放大器的等效输入噪声。其次，采用共源共栅的输入结构具有低输入阻抗的特点，能有效抑制光电管大电容带来的不利影响。最后，输出级采用电流模逻辑结构，解决了输出增益与带宽之间的矛盾。仿真结果表明，放大器增益达到62 dBΩ，带宽4.7 GHz；等效输入噪声30.1 pA/sqrt(Hz)，眼图迹线清晰，张开度较大，能够满足5 Gbps平衡光探测器通信要求。
前置放大器 共源共栅结构 平衡探测器 光纤通信 电流模逻辑 pre-amplifier Regulated Cascade(RGC) structure balance detector optical fiber communication Common-Mode Logic(CML)
设计了一种的低成本、低功耗的10 Gb/s光接收机全差跨阻前置放大电路。该电路由跨阻放大器、限幅放大器和输出缓冲电路组成，其可将微弱的光电流信号转换为摆幅为400 mVpp的差分电压信号。该全差分前置放大电路采用0.18 μm CMOS工艺进行设计，当光电二极管电容为250 fF时，该光接收机前置放大电路的跨阻增益为92 dBΩ，-3 dB带宽为7.9 GHz，平均等效输入噪声电流谱密度约为23 pA/(0~8 GHz)。该电路采用电源电压为1.8 V时，跨阻放大器功耗为28 mW，限幅放大器功耗为80 mW，输出缓冲器功耗为40 mW，其芯片面积为800 μm×1 700 μm。
光接收机 CMOS前置放大电路 跨阻放大器 限幅放大器 optical receiver CMOS preamplifier transimpedance amplifier limiting amplifier
1 长春理工大学 机电工程学院, 吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
针对微流控芯片对紫外探测的性能要求,设计了探测器前置放大电路。通过理论分析和计算机仿真给出了光电探测器放大电路分析设计的一般方法,使得所设计的电路可同时满足稳定性和快速性的要求。经实验证实,所设计的电路可很好地满足微流控芯片对340 nm紫外探测的要求,并达到较高探测精度。
微流控芯片 光电探测器 前置放大电路 lab-on-a-chip photoelectric detector preamplifier
