專利名稱：一種快速光斑尺寸測量中前置放大器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種快速光斑測量技術，特別涉及一種快速光斑尺寸測量中前置放大器，應用在加速器中快速束團橫向尺寸測量。
背景技術：
在束流診斷領域中，多陽極光電倍增管(MaPMT)在快速束團橫向尺寸診斷技術中扮演重要角色，它具有極快的響應時間和極高的靈敏度，因此對其中前置的信號讀取系統也要求極高的性能指標。目前針對MaPMT的讀取電路中，如美國Vertilon公司生產的SIB016PMT sensor interface board,其電路的性能和帶寬遠遠滿足不了加速器中的快速束團測量的逐束團分辨率的要求。為此，需要針對前端探測器MaPMT的特性，研制一種高性能的快速前置放大器電路，實現快速束團橫向尺寸的逐束團測量。
發明內容
本發明是設計一種快速前置放大器，其目的是放大來自多陽極光電倍增管(MaPMT)的輸出微弱電流信號，在不影響其快速響應特性的前提下，盡量提高輸出電流脈沖信號的信噪比和信號擺率，保持逐束團響應信號的波形完整性。本發明米用的技術方案為一種快速光斑尺寸測量中前置放大器，從前端MaPMT輸出的微弱電流信號輸入該前置放大器，該前置放大器經過電流電壓轉化，第一級增益和第二級增益后輸出；由于信號從MaPMT陽極輸出后，通過特性阻抗50 Q的0. 8D-QEV同軸電纜傳輸至該前置放大器的第一級增益即電壓反饋型集成運算放大器AD8099的正相輸入端，取樣電阻Rl —端接該運算放大器AD8099的正相輸入端，取樣電阻Rl另一端接地，取樣電阻Rl的阻值被設定為50 Q ；運算放大器AD8099的正相輸入端有接近無窮大的內阻，因此可以從取樣電阻Rl上的電壓取樣，負反饋網絡電阻R2和R3連接運算放大器AD8099的輸出端和負相輸入端，形成的閉環增益為(1+R3/R2);電容Cl并聯在電阻R3上，其對反饋的高頻信號進行相位補償，同時，也有外部補償網絡電容C2，調整實現增益和帶寬的優化；第二級增益的放大器為LMH6702，兩級之間用合適的電阻R4連接，避免Q值過大可能導致的電路振蕩；LMH6702的正相輸入端連接運算放大器AD8099的輸出端，負反饋網絡電阻R6和R7連接LMH6702的輸出端和負相輸入端，形成的閉環增益為(1+R7/R6)；LMH6702輸出端的電阻R5連接外部輸出傳輸線，形成輸出始端匹配，消除了每路信號串擾引起的振蕩；運算放大器AD8099和LMH6702的電源管腳都并聯了旁路電容，為放大器的高速電流提供低阻通道；整個前置放大器電路工作在±5V穩壓源條件下，穩壓源的電源輸入端也需要引入濾波網絡，以減小電源紋波對運放供電的影響和電源串擾。
進一步地，多陽極光電倍增管的多路中的每路輸出均利用該前置放大器進行處理。本發明的原理在于本發明利用設計多路相同且獨立的電路對多陽極光電倍增管(MaPMT)的多路輸出進行處理。每一路電路包括小電阻完成電流與電壓的轉換，第一級大增益高帶寬的電壓反饋運算放大器模塊，連接第二級的小增益高帶寬高壓擺率的電流反饋運算放大器模塊，兩級運放之間連接恰當的電阻。同時也包含了輸入阻抗匹配、電源整流濾波、運放負反饋網絡、外部頻率補償和輸出始端匹配等部分。本發明的優點和積極效果為I、本發明充分發揮現有成熟不同類型的運算放大器特點，第一級增益采用電壓反饋型集成運算放大器AD8099。通過外部補償電路和反饋網絡電路，可以現實10倍高增益，同時有低噪聲的特性，因此能夠放大感興趣的高頻信號同時避免噪聲干擾。2、本發明第二級放大器LMH6702為電流反饋性運算放大器，具有高壓擺率和高帶寬的功能，接收前級輸出信號后，實現2倍增益后輸出驅動負載。3、本發明整個電路具有極快的響應時間和接近600MHz的3dB帶寬，能盡可能的減少從MaPMT輸出的波形的高頻損失，保持波形的完整不失真。
4、本發明模擬逐束團輸入信號時，能夠對信號充分的增益放大，極快的上升時間使得各相鄰信號之間沒有重疊，保持每個脈沖的獨立完整，能夠滿足實際應用的指標要求。
圖I是本發明的原理框圖；圖2是實際電路測試的頻率幅度特性；圖3是模擬逐束團信號測量得到的實際波形圖；圖4是本發明的快速光斑尺寸測量中前置放大器電路原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖及具體實施方式
進一步說明本發明。如圖I所示的快速光斑尺寸測量中前置放大器原理框圖，在快速光斑束團橫向尺寸測量中，從前端MaPMT輸出的微弱電流信號從前置放大器輸入，經過電流電壓轉化，一級增益結構和二級增益結構后輸出。整個電路工作在±5V穩壓源條件下，電源輸入端也需要引入濾波網絡，以減小電源紋波對運放供電的影響和電源串擾。由于信號從MaPMT陽極輸出后，通過0. 8D-QEV同軸電纜(特性阻抗50 Q )傳輸至前置放大器，需要對輸入端做阻抗匹配，避免終端反射引起的振蕩，故取樣電阻Rl的阻值被設定為50 Q。如圖4所示，同時，取樣電阻Rl也起著將MaPMT電流脈沖轉換為電壓脈沖的作用。第一級增益采用電壓反饋型集成運算放大器AD8099。運放的正相輸入端有接近無窮大的內阻，因此可以從取樣電阻Rl上的電壓取樣。負反饋網絡R2和R3連接運放的輸出端和負相輸入端，形成的閉環增益為(1+R3/R2)。Cl并聯在R3上，可以對反饋的高頻信號進行相位補償，同時，也有外部補償網絡C2，可調整實現增益和帶寬的優化。第二級放大器為LMH6702，兩級之間用合適的電阻R4連接，可避免Q值過大可能導致的電路振蕩。LMH6702的正相輸入端連接第一級的輸出端，負反饋網絡R6和R7連接運放的輸出端和負相輸入端，形成的閉環增益為(1+R7/R6)。輸出端的電阻R5連接內部放大器與外部輸出傳輸線,形成輸出始端匹配，同時也消除了四路信號串擾引起的振蕩。各芯片的電源管腳都并聯了旁路電容，可為放大器的高速電流提供低阻通道。圖2是實際依次改變Rl端輸入正弦波波形頻率，同時保持輸入幅度不變，測量R5的輸出端，用測量儀器AgilentDS09104A進行多次測量，得到測量的頻率幅度曲線。圖3是在取樣電阻Rl端輸入模擬加速器逐束團的信號，在R5的輸出端得到的互相獨立的脈沖波形。本發明未詳細闡述的技術內容屬于本領域技術人員的公知技術。
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盡管上面對本發明說明性的具體實施方式
進行了描述，以便于本技術領的技術人員理解本發明，但應該清楚，本發明不限于具體實施方式
的范圍，對本技術領域的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發明的精神和范圍內，這些變化是顯而易見的，一切利用本發明構思的發明創造均在保護之列。
權利要求
1.一種快速光斑尺寸測量中前置放大器，其特征在于從前端MaPMT輸出的微弱電流信號輸入該前置放大器，該前置放大器經過電流電壓轉化，第一級增益和第二級增益后輸出； 由于信號從MaPMT陽極輸出后，通過特性阻抗50 Q的0. 8D-QEV同軸電纜傳輸至該前置放大器的第一級增益即電壓反饋型集成運算放大器AD8099的正相輸入端，取樣電阻Rl一端接該運算放大器AD8099的正相輸入端，取樣電阻Rl另一端接地，取樣電阻Rl的阻值被設定為50 Q ； 運算放大器AD8099的正相輸入端有接近無窮大的內阻，從取樣電阻Rl上的電壓取樣，負反饋網絡電阻R2和R3連接運算放大器AD8099的輸出端和負相輸入端，形成的閉環增益為1+R3/R2 ;電容Cl并聯在電阻R3上，其對反饋的高頻信號進行相位補償，同時，也有外部補償網絡電容C2，調整實現增益和帶寬的優化； 第二級增益的放大器為LMH6702，兩級之間用合適的電阻R4連接，避免Q值過大可能導致的電路振蕩；LMH6702的正相輸入端連接運算放大器AD8099的輸出端，負反饋網絡電阻R6和R7連接LMH6702的輸出端和負相輸入端，形成的閉環增益為1+R7/R6 ； LMH6702輸出端的電阻R5連接外部輸出傳輸線，形成輸出始端匹配，同時也消除了每路號串擾引起的振蕩； 運算放大器AD8099和LMH6702的電源管腳都并聯了旁路電容，為放大器的高速電流提供低阻通道； 整個前置放大器電路工作在±5V穩壓源條件下，穩壓源的電源輸入端也需要引入濾波網絡，以減小電源紋波對運放供電的影響和電源串擾。
2.根據權利要求I所述的一種快速光斑尺寸測量中前置放大器，其特征在于多陽極光電倍增管的多路中的每路輸出均利用該前置放大器進行處理。
全文摘要
本發明提供一種快速光斑尺寸測量中前置放大器，該前置放大器包括取樣電阻完成電流與電壓的轉換，第一級大增益高帶寬的電壓反饋運算放大器模塊，連接第二級的小增益高帶寬高壓擺率的電流反饋運算放大器模塊，兩級運放之間連接合適的電阻。同時也包含了輸入阻抗匹配、電源整流濾波、運放負反饋網絡、外部頻率補償和輸出始端匹配等部分。可設計多路相同且獨立的電路對多陽極光電倍增管(MaPMT)的多路輸出進行處理。本發明充分發揮現有成熟不同類型的運算放大器特點，第一級增益采用電壓反饋型集成運算放大器AD8099。通過外部補償電路和反饋網絡電路，可以現實10倍高增益，同時有低噪聲的特性，因此能夠放大感興趣的高頻信號同時避免噪聲干擾。
文檔編號H03F1/26GK102751955SQ20121022816
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月3日 優先權日2012年7月3日
發明者孫歡歡, 孫葆根, 楊永良, 肖云云 申請人:中國科學技術大學